一種印表機節能插座及其工作方法
2023-05-03 07:27:41
專利名稱：一種印表機節能插座及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種插座的節能技術，特別是一種印表機節能插座及其工作方法。
背景技術：
目前，國內最常見的節能控制器主要有兩種電視節能控制器和電腦節能控制器， 這兩種節能控制器的工作原理和使用方法基本相似。主要採用特殊設計的「零功耗待機」智 能監測控制系統、「超微功耗待機」紅外遙控喚醒系統和「防誤插」安全電源轉換器結構，通 過主控位影視設備關機信號檢測，對被控影視、音響等電器設備系統，實施完全自動斷電控 制，使被控電器系統實現安全「零功耗待機」。但是由於這種電源控制器包括主控插孔、受控 插孔、模式可變插孔、紅外控制器、可變開關等，結構複雜，在使用時主控設備與被控設備的 插孔必須一一對應，且操作步驟繁瑣，成本較高，不能得到廣泛的應用。而現在國內還沒有製造商生產出專為印表機使用的智能化的節能插座，因此，打 印機只能使用普通的節能插座，而普通的印表機節能插座由於不是針對印表機的特點專門 設計的，因此達不到節能的目的。
發明內容
為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種專用於印表機智能化節能控 制且結構簡單、操作方便、成本低廉的印表機節能插座及其工作方法。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下一種印表機專用智能化節能插座，包括插座外殼和插座電路，所述的插座電路包 括信號採集模塊、電源模塊、智能控制模塊、繼電器執行模塊，所述的電源模塊分別與信號 採集模塊、智能控制模塊和繼電器執行模塊連接，所述的智能控制模塊分別與信號採集模 塊和繼電器執行模塊雙向連接，所述的信號採集模塊、電源模塊、智能控制模塊和繼電器執 行模塊集成在一塊電路板上，所述的信號採集模塊通過USB數據線與印表機連接；所述的信號採集模塊包括USB-J1、高速光耦U4、信號採集傳感器TO、高速光耦TO， 所述的USB-Jl的管腳1、高速光耦U4管腳8、速光耦U6的管腳8、信號採集傳感器U5管腳 8分別接電源，USB-Jl管腳4、高速光耦U4和高速光耦U6的管腳3和管腳5、信號採集傳 感器U5管腳4均與地連接，USB-Jl管腳2、高速光耦U4及高速光耦U6的管腳6分別通過 上拉電阻R4、電阻R8、電阻R9與電源相連；高速光耦U4、高速光耦U6管腳2分別通過電阻 R5、電阻R6與USB-Jl的管腳2和管腳3相連，並且二者的管腳6分別連接信號採集傳感器 U5的管腳2和管腳3 ；信號採集傳感器U5的管腳1連接智能控制模塊中51微控制晶片U2 的管腳12 ；所述的電源模塊包括兩腳插針JP1、變壓器T1、整流電路D1、穩壓二極體D2和穩壓 器Ul，所述的兩腳插針JPl與220V市電連接，兩腳插針JPl的管腳1接變壓器Tl初級的 一端、管腳2經保險絲Fl與變壓器Tl初級端的另一端相連；所述的整流電路Dl的管腳1、 3分別與變壓器Tl的次級兩端連接，管腳2分別連接穩壓二極體D2的陰極、電容Cl正極、電容C2 —端、電容C3正極，然後再與穩壓器Ul的管腳1連接，管腳4分別與穩壓二極體D2 的陽極、電容Cl負極、電容C2另一端、電容C3負極連接，然後與穩壓器Ul的管腳2連接並 接地；所述的穩壓器Ul的管腳3、管腳2分別與電容C4的正負極相連，管腳3接輸出電源 VCC，管腳1接電容C3的正極；所述的智能控制模塊包括微處理器電路、電容復位電路及晶振電路，所述的微處 理器電路包括51微控制晶片U2，其管腳9通過電容C7與電源相連構成電容復位電路，管腳 12接信號採集傳感器TO管腳1，管腳18、19分別接晶振Yl的兩端，管腳21連接繼電器執 行模塊的非門U3，管腳31通過上拉電阻Rl與電源連接；所述的晶振電路包括電容C5、電容 C6、晶振Y1，電容C5、電容C6的一端分別連接晶振Yl的兩端，另一端接地；所述的繼電器執行模塊包括繼電器驅動電路和繼電器電路，所述的繼電器驅動電 路主要由非門U3、電阻R2、電阻R3、開關三極體Ql組成，非門U3的一端與智能控制模塊的 51微控制晶片U2管腳21連接，另一端通過電阻R2再與開關三極體Ql的基極及電阻R3 — 端連接，電阻R3的另一端與開關三極體Ql的發射極相連並接地；開關三極體Ql的集電極 連接繼電器Kl的輸入端，繼電器Kl另一輸入端接到+15V電源上繼電器Kl的輸出端與打 印機電源相連。本發明所述的51微控制晶片U2是安裝有USB接口協議和節電控制算法程序、兼 容標準MCS-51指令系統的微控制晶片，內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。本發明所述的插座外殼上安裝有功能選擇按鍵，所述的功能選擇按鍵連接在列印 機和信號採集模塊之間。一種印表機專用智能化節能插座的工作方法，包括以下步驟A、啟動電源模塊，對220V市電進行轉換，並採用穩壓器Ul輸出直流+5V和+15V， 從而使智能控制模塊中的51微控制晶片U2和電容復位電路、信號採集模塊中的信號採集 傳感器U5開始工作；B、信號採集模塊中的USB-Jl對印表機的狀態數據進行檢測，再由信號採集傳感 器U5通過USB數據線及外圍電路將檢測到的信號發送到智能控制模塊中的51微控制晶片 U2，由智能控制模塊控制繼電器執行模塊工作；C、智能控制模塊中的主控制程序對採集的印表機USB接口信號進行判斷，根據主 控制程序中設置的待機等待時間，進而控制繼電器執行模塊的繼電器完成印表機電源的開 斷選擇。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果1、本發明採用智能化USB信號採集模塊對印表機的工作狀態進行判斷，再由低功 耗51微控制晶片對印表機處於不同工作狀態所傳遞出的不同的握手協議進行分析進而控 制繼電器完成印表機電源的開斷選擇，達到節能的目的，是一款專門針對印表機而設計的 智能化節能插座。2、本發明採用智能化USB信號採集和檢測，接口標準，使用方便簡單。避免了普通 節電設備在人員操作時一旦疏忽達不到好的節能效果。3、本發明除插座面板上增加功能按鍵和採集信號所用的USB接口，其他與普通插 座基本類似。插孔嚴格按照國家電氣標準設計，可通過設計在插座外殼上安裝有功能選擇 按鍵進行普通插座和智能插座模式的轉換。控制電路採用微型集成模塊設計，體積小，隱藏在插座內部。USB信號採集部分通過標準的USB接口插件和標準的USB延長線組成。從而 使本發明結構非常簡單。4、本發明設計了由高速光耦U4和高速光耦U6組成的並行印表機檢測接口，對於 老式的並行口印表機同樣適用，有利於一些辦公室老式印表機繼續使用和節電插座的使 用，經濟方便。5、本發明具有用戶調整功能，用戶可根據實際需要自行在主控制程序中設待機等 待時間，採用USB數據線對列印信號進行傳遞。操作簡單方便，面向不同的場所和使用人群 具有較強的適應性和靈活性，使產品肯定工作在正確的節能模式下。6、本發明具有兩種功能選擇，當不需要用作智能插座時，可選擇普通插座模式，同 時工作在智能化模式時本身微功耗約為0. 9W左右，這樣使用本產品的用戶就可以方便的 一物多用，有利於成本的節約。7、由於本發明設計新穎，整體外型採用標準化設計，用戶使用時和普通插座基本 相同，安全可靠。尤其適合學校教研室、辦公室、實驗室、機房以及列印社等公共或辦公場所 的使用，節省能源，使用簡單，通用性高，實用性強。
本發明共有附圖5張，其中圖1是印表機節能插座的組成示意圖。圖2是印表機節能插座的信號採集模塊電路圖。圖3是印表機節能插座的電源模塊電路圖。圖4是印表機節能插座的智能控制模塊電路圖。圖5是印表機節能插座的繼電器執行模塊電路圖。圖中1、信號採集模塊，2、電源模塊，3、智能控制模塊，4、繼電器執行模塊。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進一步地描述。如圖1-5所示，一種印表機專用智能 化節能插座，包括插座外殼和插座電路，所述的插座電路包括信號採集模塊1、電源模塊2、 智能控制模塊3、繼電器執行模塊4，所述的電源模塊2分別與信號採集模塊1、智能控制模 塊3和繼電器執行模塊4連接，所述的智能控制模塊3分別與信號採集模塊1和繼電器執 行模塊4雙向連接，所述的信號採集模塊1、電源模塊2、智能控制模塊3和繼電器執行模塊 4集成在一塊電路板上，所述的信號採集模塊1通過USB數據線與印表機連接；所述的信號採集模塊1包括USB-J1、高速光耦U4、信號採集傳感器TO、高速光耦 U6，所述的USB-Jl的管腳1、高速光耦U4管腳8、速光耦U6的管腳8、信號採集傳感器U5管 腳8分別接電源，USB-Jl管腳4、高速光耦U4和高速光耦U6的管腳3和管腳5、信號採集 傳感器U5管腳4均與地連接，USB-Jl管腳2、高速光耦U4及高速光耦U6的管腳6分別通 過上拉電阻R4、電阻R8、電阻R9與電源相連；高速光耦U4、高速光耦U6管腳2分別通過電 阻R5、電阻R6與USB-Jl的管腳2和管腳3相連，並且二者的管腳6分別連接信號採集傳感 器U5的管腳2和管腳3 ；信號採集傳感器U5的管腳1連接智能控制模塊3中51微控制芯 片U2的管腳12 ；
所述的電源模塊2包括兩腳插針JP1、變壓器Tl、整流電路D1、穩壓二極體D2和穩 壓器Ul，所述的兩腳插針JPl與220V市電連接，兩腳插針JPl的管腳1接變壓器Tl初級的 一端、管腳2經保險絲Fl與變壓器Tl初級端的另一端相連；所述的整流電路Dl的管腳1、 3分別與變壓器Tl的次級兩端連接，管腳2分別連接穩壓二極體D2的陰極、電容Cl正極、 電容C2 —端、電容C3正極，然後再與穩壓器Ul的管腳1連接，管腳4分別與穩壓二極體D2 的陽極、電容Cl負極、電容C2另一端、電容C3負極連接，然後與穩壓器Ul的管腳2連接並 接地；所述的穩壓器Ul的管腳3、管腳2分別與電容C4的正負極相連，管腳3接輸出電源 VCC，管腳1接電容C3的正極；所述的智能控制模塊3包括微處理器電路、電容復位電路及晶振電路，所述的微 處理器電路包括51微控制晶片U2，其管腳9通過電容C7與電源相連構成電容復位電路，管 腳12接信號採集傳感器TO管腳1，管腳18、19分別接晶振Yl的兩端，管腳21連接繼電器 執行模塊4的非門U3，管腳31通過上拉電阻Rl與電源連接；所述的晶振電路包括電容C5、 電容C6、晶振Y1，電容C5、電容C6的一端分別連接晶振Yl的兩端，另一端接地；所述的繼電器執行模塊4包括繼電器驅動電路和繼電器電路，所述的繼電器驅動 電路主要由非門U3、電阻R2、電阻R3、開關三極體Ql組成，非門U3的一端與智能控制模塊 3的51微控制晶片U2管腳21連接，另一端通過電阻R2再與開關三極體Ql的基極及電阻 R3 一端連接，電阻R3的另一端與開關三極體Ql的發射極相連並接地；開關三極體Ql的集 電極連接繼電器Kl的輸入端，繼電器Kl另一輸入端接到+15V電源上繼電器Kl的輸出端 與印表機電源相連。所述的51微控制晶片U2是安裝有USB接口協議和節電控制算法程序、兼容標準 MCS-51指令系統的微控制晶片，內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。所述的插座外殼上安裝有功能選擇按鍵，所述的功能選擇按鍵連接在印表機和信 號採集模塊1之間。如圖1-5所示，一種印表機專用智能化節能插座的工作方法，包括以下步驟A、啟動電源模塊2，對220V市電進行轉換，並採用穩壓器Ul輸出直流+5V和+15V， 從而使智能控制模塊3中的51微控制晶片U2和電容復位電路、信號採集模塊1中的信號 採集傳感器U5開始工作；B、信號採集模塊1中的USB-Jl對印表機的狀態數據進行檢測，再由信號採集傳感 器U5通過USB數據線及外圍電路將檢測到的信號發送到智能控制模塊3中的51微控制芯 片U2，由智能控制模塊3控制繼電器執行模塊4工作；C、智能控制模塊3中的主控制程序對採集的印表機USB接口信號進行判斷，根據 主控制程序中設置的待機等待時間，進而控制繼電器執行模塊4的繼電器完成印表機電源 的開斷選擇。下面對本發明的工作過程進行進一步地說明。如圖1所示，電源模塊2通過實現 變壓器降壓功能，對220V市電進行轉換，並採用線性直流穩壓模塊輸出直流5V和15V，從而 使智能節電控制器中的微控制器和信號採集傳感器能夠正常工作，達到弱電控制強電的效 果。USB信號採集模塊1通過設計的印表機USB信號採集傳感器將列印信號傳送到智能控 制模塊3中。智能控制模塊3主要以51微控制晶片為主，5V供電。繼電器執行模塊4主要 設計了繼電器控制電路，根據智能控制模塊3中給出的指令來控制繼電器的開斷。當印表機在規定延時時間內沒有列印任務時，繼電器會自動斷開，從而使電源實現物理上的斷開， 當印表機有列印任務時會自動接通電源進行列印。為了保證系統的工作穩定性和可靠性，我們應用了單片機系統模塊即智能控制模 塊3，這部分連接在繼電器執行電路和USB信號採集電路之間，通過軟體編程實現延時效 果，印表機在不同的工作狀態下所輸出的信號是固定的。從而實現了產品性能的穩定性和 可靠性，在很大程度上避免了傳統產品設計中依靠人為主觀因素造成的誤差。實現了智能 化和現代化。圖2是USB信號採集模塊1的電路，該電路主要是通過設計的印表機USB信號採 集傳感器完成列印握手協議信號的採集，再通過USB數據線對列印信號進行採集，並將採 集到的信號通過外圍電路發送給MCU智能控制模塊3。印表機的工作狀態如下信號採集模塊1中的USB-Jl管腳2 (D+)為「 1」和管腳3 (D_)兩種信號電平組合 共有四種邏輯狀態，其中三種代表印表機正常狀態，一種為禁止出現的無效狀態，具體意義 為①管腳2(D+)為「1」且管腳3(D_)為「0」，代表閒置狀態以及數據「1」;②管腳2 (D+)為 「0」且管腳3(D_)為「1」，代表數據「0」;③管腳2(D+)為「0」且管腳3(D_)為「0」，代表數 據傳輸結束標誌；④管腳2 (D+)為「1」且管腳3(D_)為「1」是禁止狀態，無效。前三種狀態 可以表達USB信號的所有狀態，因此檢測USB-Jl管腳2 (D+)和管腳3 (D-)的狀態就可以知 道印表機的工作狀態。當檢測到管腳2(D+)由「1」變成為「0」，管腳3(D_)由「0」變成為 「1」，表明印表機由平時閒置狀態(Idle)進入工作狀態。圖3是電源模塊2的電路，該電路首先將220V市電接入兩腳插針JPl，在兩腳插針 JPl管腳2連接保險絲Fl —端，對電路中的重要器件進行保護使電路安全運行，變壓器Tl 將220V市電進行轉換為15V，然後經過整流電路D1、穩壓二極體D2將工頻交流電轉為具有 直流電成分的脈衝直流電，其中穩壓二極體D2為整流二極體，這樣就由整流電路D1、穩壓 二極體D2和濾波電容Cl組成了電容濾波整流電路，濾波電容Cl將脈衝直流中的交流成分 濾除，減少交流成分，增加直流成分。然後由穩壓器Ul組成的穩壓電路對整流後的直流電 壓採用負反饋技術進一步穩定直流電壓。即由穩壓器Ul完成15V到5V的轉換，從而使微 處理器和USB信號採集傳感器能夠正常工作。圖4是智能控制模塊3的電路，主要實現由主控制程序對採集的印表機USB接口 信號進行判斷進而控制繼電器完成印表機電源的開斷選擇。圖5是繼電器執行模塊4的電路，主要由驅動電路和繼電器兩部分組成。。當微處 理器輸出控制指令，控制繼電器電路自動切斷印表機電源。如果檢測到有列印任務，則完成 電源的自動恢復接通。整個過程採用微控制器完成，反應時間為μ S級別，用戶感覺不出打 印機電源的開斷，不影響印表機的正常使用。
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權利要求
一種印表機專用智能化節能插座，包括插座外殼和插座電路，其特徵在於所述的插座電路包括信號採集模塊(1)、電源模塊(2)、智能控制模塊(3)、繼電器執行模塊(4)，所述的電源模塊(2)分別與信號採集模塊(1)、智能控制模塊(3)和繼電器執行模塊(4)連接，所述的智能控制模塊(3)分別與信號採集模塊(1)和繼電器執行模塊(4)雙向連接，所述的信號採集模塊(1)、電源模塊(2)、智能控制模塊(3)和繼電器執行模塊(4)集成在一塊電路板上，所述的信號採集模塊(1)通過USB數據線與印表機連接；所述的信號採集模塊(1)包括USB J1、高速光耦U4、信號採集傳感器U5、高速光耦U6，所述的USB J1的管腳1、高速光耦U4管腳8、速光耦U6的管腳8、信號採集傳感器U5管腳8分別接電源，USB J1管腳4、高速光耦U4和高速光耦U6的管腳3和管腳5、信號採集傳感器U5管腳4均與地連接，USB J1管腳2、高速光耦U4及高速光耦U6的管腳6分別通過上拉電阻R4、電阻R8、電阻R9與電源相連；高速光耦U4、高速光耦U6管腳2分別通過電阻R5、電阻R6與USB J1的管腳2和管腳3相連，並且二者的管腳6分別連接信號採集傳感器U5的管腳2和管腳3；信號採集傳感器U5的管腳1連接智能控制模塊(3)中51微控制晶片U2的管腳12；所述的電源模塊(2)包括兩腳插針JP1、變壓器T1、整流電路D1、穩壓二極體D2和穩壓器U1，所述的兩腳插針JP1與220V市電連接，兩腳插針JP1的管腳1接變壓器T1初級的一端、管腳2經保險絲F1與變壓器T1初級端的另一端相連；所述的整流電路D1的管腳1、3分別與變壓器T1的次級兩端連接，管腳2分別連接穩壓二極體D2的陰極、電容C1正極、電容C2一端、電容C3正極，然後再與穩壓器U1的管腳1連接，管腳4分別與穩壓二極體D2的陽極、電容C1負極、電容C2另一端、電容C3負極連接，然後與穩壓器U1的管腳2連接並接地；所述的穩壓器U1的管腳3、管腳2分別與電容C4的正負極相連，管腳3接輸出電源VCC，管腳1接電容C3的正極；所述的智能控制模塊(3)包括微處理器電路、電容復位電路及晶振電路，所述的微處理器電路包括51微控制晶片U2，其管腳9通過電容C7與電源相連構成電容復位電路，管腳12接信號採集傳感器U5管腳1，管腳18、19分別接晶振Y1的兩端，管腳21連接繼電器執行模塊(4)的非門U3，管腳31通過上拉電阻R1與電源連接；所述的晶振電路包括電容C5、電容C6、晶振Y1，電容C5、電容C6的一端分別連接晶振Y1的兩端，另一端接地；所述的繼電器執行模塊(4)包括繼電器驅動電路和繼電器電路，所述的繼電器驅動電路主要由非門U3、電阻R2、電阻R3、開關三極體Q1組成，非門U3的一端與智能控制模塊(3)的51微控制晶片U2管腳21連接，另一端通過電阻R2再與開關三極體Q1的基極及電阻R3一端連接，電阻R3的另一端與開關三極體Q1的發射極相連並接地；開關三極體Q1的集電極連接繼電器K1的輸入端，繼電器K1另一輸入端接到+15V電源上繼電器K1的輸出端與印表機電源相連。
2.根據權利要求1所述的一種印表機專用智能化節能插座，其特徵在於所述的51微 控制晶片U2是安裝有USB接口協議和節電控制算法程序、兼容標準MCS-51指令系統的微 控制晶片，內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。
3.根據權利要求1所述的一種印表機專用智能化節能插座，其特徵在於所述的插座 外殼上安裝有功能選擇按鍵，所述的功能選擇按鍵連接在印表機和信號採集模塊(1)之 間。
4. 一種印表機專用智能化節能插座的工作方法，其特徵在於包括以下步驟A、啟動電源模塊(2)，對220V市電進行轉換，並採用穩壓器Ul輸出直流+5V和+15V， 從而使智能控制模塊(3)中的51微控制晶片U2和電容復位電路、信號採集模塊(1)中的 信號採集傳感器U5開始工作；B、信號採集模塊⑴中的USB-Jl對印表機的狀態數據進行檢測，再由信號採集傳感器 TO通過USB數據線及外圍電路將檢測到的信號發送到智能控制模塊(3)中的51微控制芯 片U2，由智能控制模塊(3)控制繼電器執行模塊(4)工作；C、智能控制模塊(3)中的主控制程序對採集的印表機USB接口信號進行判斷，根據主 控制程序中設置的待機等待時間，進而控制繼電器執行模塊(4)的繼電器完成印表機電源 的開斷選擇。
全文摘要
本發明公開了一種印表機專用智能化節能插座及其工作方法，所述插座的電路包括信號採集模塊、電源模塊、智能控制模塊、繼電器執行模塊，電源模塊分別與信號採集模塊、智能控制模塊和繼電器執行模塊連接，智能控制模塊分別與信號採集模塊和繼電器執行模塊雙向連接，信號採集模塊、電源模塊、智能控制模塊和繼電器執行模塊集成在一塊電路板上，信號採集模塊通過USB數據線與印表機連接。本發明採用智能化USB信號採集模塊對印表機的工作狀態進行判斷，再由低功耗51微控制晶片對印表機處於不同工作狀態所傳遞出的不同的握手協議進行分析進而控制繼電器完成印表機電源的開斷選擇，達到節能的目的，是一款專門針對印表機而設計的智能化節能插座。
文檔編號H01R13/66GK101938071SQ20101026428
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月24日 優先權日2010年8月24日
發明者曾潔, 賈世傑, 陳少華 申請人:大連交通大學