Wi-Fi智能定时器的设计

辽宁工业大学电子与信息工程学院 张雨晴 褚丽莉 杨邦立 白兰杭

Wi-Fi智能定时器的设计

辽宁工业大学电子与信息工程学院 张雨晴 褚丽莉 杨邦立 白兰杭

介绍了由脉冲发生电路、逻辑控制电路、数码管显示电路和继电器控制电路结合完成了一种实用Wi-Fi智能定时器的设计。主要实现三大功能：通过按键对Wi-Fi进行定时、显示定时时间和定时关闭Wi-Fi。首先通过脉冲发生电路产生秒脉冲，再经过3600分频电路输入到逻辑控制电路中，在逻辑控制电路中通过按键对Wi-Fi的使用时间进行定时，同时计时时间通过七段数码管显示，由继电器控制电路控制Wi-Fi的开与关，当定时时间到达后，继电器断开，Wi-Fi关闭。

定时器；七段数码管；继电器；Wi-Fi

0 引言

随着产业结构的不断调整、生产工艺的飞速发展、人们生活水平的不断提高及家用电器的逐渐普及，待机能耗也成为了“吃”电的罪魁祸首，无异于对资源的直接浪费，据统计我国城市家庭的平均待机能耗相当于这些家庭每天都在使用着一盏15瓦到30瓦的的长明灯。为避免能源消耗，市场对定时控制系统的需求越来越大如：定时自动报警、定时自动打铃、定时通断动力设备以及各种电气的定时启动等成为未来的发展趋势。而今网络的迅速发展，Wi-Fi上网解决了运营商的互联互通、高收费、漫游性的问题，已走近千家万户。然而它带来便利的同时也隐含着待机消耗，Wi-Fi智能定时器可以根据使用者的要求对Wi-Fi进行定时，智能的控制Wi-Fi开启的时间，实现了节约能源，绿色环保、节能减排的目的。

本文是结合模拟电路技术以及数字电路的相关知识设计的Wi-Fi智能定时系统，目的就是实现以下要求：Wi-Fi使用者可以根据自身要求，通过按键装置对Wi-Fi定时器对进行定时，通过控制计数器的时间从而控制继电器的吸合与断开，以保证拥有足够上网时间的同时，避免无人上网路由器产生的待机损耗和对人体微量的辐射。减少电子设备的功耗以及进一步延长电子设备的使用寿命。

1 系统总体设计

本文所设计的Wi-Fi智能定时器包括如下的几个部分：脉冲发生电路、逻辑控制电路、数码管显示电路和继电器控制电路。利用555定时器接成施密特触发器，产生1HZ的秒脉冲作为脉冲发生器，将脉冲发生信号产生的脉冲经过由4片74LS160形成的3600分频的电路，输入逻辑控制电路中，系统等待用户输入定时时间，使用者每按一次按键开关计数器输入一个脉冲，并计数一次，代表定时一个小时。开关拨动两次，计数器输入两个脉冲，并计数两次，代表定时两个小时，同时定时时间会通过七段数码管显示出来，当定时时间未到时，逻辑控制电路输出高电平，继电器吸合，Wi-Fi上电工作，当计时时间到达后，逻辑控制电路输出低电平，继电器断开，Wi-Fi掉电。系统设计的总体框图如图1所示。

2 单元电路设计

智能定时器装置是由脉冲发生电路、逻辑控制电路、数码管显示电路和继电器控制电路四部分组成。将脉冲发生信号产生的脉冲输入逻辑控制电路中，等待用户输入定时时间，所设置的定时会经由逻辑控制电路判断，时间未到时，逻辑控制电路输出高电平，继电器吸合，Wi-Fi正常工作，当计时时间到达后，逻辑控制电路输出低电平，继电器断开，Wi-Fi掉电。

图1 系统设计的总体框图

2.1 脉冲发生电路设计

脉冲发生电路由555定时器产生秒脉冲电路与3600分频电路两个电路组成。555定时器在工业自动控制、定时、仿声、防盗报警等方面有着广泛应用。电路如图2所示。

图2 555定时器电路连接图

对于74LS160和74LS161两种计数器芯片来讲，都需要采用多片级联的方式来实现3600分频的功能；获得n进制计数器的方法有两种，分别为置零法和置数法，置零法在计数过程中因为电路结构的关系，会出现一个计数的丢失，而采用置数法设计电路需要计数范围为0～n-1。以六进制为例说明其工作原理：74LS160输入端都接地，QA、QC、经四输入与非门接到端，ENP、ENT、接高电平，计数方位从0到5，每接收6个周期的脉冲就输出一个高电平，且进位信号直接由引脚RCO输出，完成6分频功能。本电路采用4片74LS160分别6×6×10×10来实现3600分频，如图3所示。

图3 3600分频电路图

2.2 逻辑控制电路设计

逻辑控制电路由定时输入电路、时间计数电路和时间检验电路组成。加法器时钟脉冲引脚接入电平开关，开关拨动一次，计数器输入一个脉冲，并计数一次，代表定时一个小时。开关拨动两次，计数器输入两个脉冲，并计数两次，代表定时两个小时，以此类推。可根据用户需要，最多定时9个小时。[7]

图4 时间定时电路图

时间计数部分由74LS160、数码管驱动器74LS48和七段数码管组成。计数器时钟脉冲引脚接分频电路的时钟输出。清零端接确定开关S，当用户设置好定时时间后，按下确定功能键，74LS160开始在分频脉冲下自动计数。

时间检验部分由门电路74LS136和74LS32组成，用于检验定时时间输入部分的时间和时间计数部分的时间是否相同。当两者时间相同时，门电路输出低电平，使继电器2断开。电路图如图5所示。

图5 时间检验电路图

2.3 数码管显示电路设计

七段数码管是一类价格便宜，使用简单的元器件，在电器特别是家电领域应用极为广泛，如显示屏、空调、热水器、冰箱等等，具有体积小、显示醒目、直观的优点。从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。本次研究选用共阴极的数码管，将七段数码管的阴极连接在一起，经过译码驱动电路，显示定时时间。

2.4 继电器控制电路

继电器是一种电子控制器件，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用，目前已广泛应用于计算机外围接口设备、恒温系统、电机控制、数控机械，遥控系统、工业自动化装置等等。一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成，由通电产生的电磁效应控制衔铁的吸合与断开，这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

当逻辑控制电路输出处在计数时间内时，逻辑控制电路输出高电平，继电器吸合，Wi-Fi上电工作，当计时结束时，逻辑控制电路输出低电平，继电器断开，Wi-Fi掉电。又因为尽可能的降低设备功耗，在计时结束的时候不止将Wi-Fi电源断开，还可以将定时器的电源断开以求更低的功耗，更能延长设备的使用寿命，因此需要增加一个继电器来控制定时器的所有电源，处在计时期间的时候继电器吸合，开始计数，计时结束的时候，将所有电源断开。继电器(1)用来控制Wi-Fi电源的通断，继电器(2)用于控制整个定时电路所有芯片的电源通断，可用一个发光二极管来代替Wi-Fi设备，电路图如图6所示。

图6 继电器控制电路图

3 仿真结果

本次实验的电路仿真部分是在 Multisim 软件中进行的。利用空格键模仿按键设置定时时间，利用LED灯模仿Wi-Fi的工作状态，LED灯亮则表示此时Wi-Fi处于工作状态，LED灯灭，则Wi-Fi不工作。按下按钮，根据用户需求设置定时时间，开关拨动一次，计数器输入一个脉冲，代表定时一个小时。开关拨动两次，计数器输入两个脉冲，代表定时两个小时，定时时间设置完毕后计数器开始计数，数码管显示定时时间，此时LED灯亮，表示Wi-Fi处于工作状态，可以使用网络。当到达定时时间后，会发现LED灯熄灭，此时可以得出Wi-Fi不工作，达到了定时关闭的目的，减少了待机损耗，实现了本次研究的目的。

4 发展前景

随着电器的时代的到来，使能源方面面临着巨大的挑战，合理用电，节约用电，以及利用清洁能源发电被大力提倡，其中利用节能的新理念，开发节能新技术成为一种有效可行的好方法。节能型产品的特点都是在耗能少的情况下，为用户提供同等的服务，而本产品同样采用了节能的理念。定时关闭Wi-Fi电源体现了本产品的智能化特征，在用户能享受网络的同时，也避免了用户忘记关闭电源而带来的能源消耗，减少二氧化碳的排放量，节约电能。本产品使用的定时装置，符合未来发展的要求，满足国家提倡的节能减排理念，具有广阔的发展前景。

5 结论

本次设计解决市面上大部分路由器没有定时功能或者繁琐的界面设置方式，采用硬件定时的方式，傻瓜式操作，更能方便没有计算机基础的人们使用。定时装置不仅限于用于Wi-Fi定时，还可以用在生活中的其他方面；比如晚上给电动车充电，传统的电车充电器在电池充满之后不会停止冲电，这样会降低电池的使用寿命，因此可以在充电前设置好充电时间，记满时间之后停止充电，等等方面。

[1]康华光.电子技术基础[M].北京高等教育出版社,2006.

高小平.中国智能家居的现状及发

[2]胡杰.组合逻辑电路的设计方法[J].山东工业技术,2012.

[3]赵书范.王宪伟.基于电子技术试验与课程设计[M].清华大学出版社,2014.

[4]Multisim在电工电子课程教学中的典型应用[J].张志友.实验技术与管理,2009.

[5]陈立万.模拟电子技术基础实验及课程设计[M].西安:西安交通大学出版社,2012.

[6]沙春芳.Multisim 10在模拟电子教学中的应用[J].中国现代教育装备,2011(2):10-21.

[7]曹文.电子设计基础[M].北京:机械工业出版社,2013.

[8]田良.综合电子设计与实践[M].江苏:东南大学出版社,2010.

The Design Of Wi-fiintelligent timer

Zhang Yuqing Chu Lili Yang Bangli Bai Lanhang
（School of Electronics & Information Engineering，Liaoning University of Technology，Jinzhou Liaoning 121001，China）

Describes the design and implementation of the wi-fiintelligent timer based on the combination of pulse generator circuit，logic control circuit，digital tube display circuit and relay control circuit. The three main functions: the wi-fitiming，display timing and shut down of wi-fiby pressing the key. First，the pulse generating circuit generates a second pulse，and then through the 3600 frequency division circuit input to the logic control circuit，the use time of wi-fiin the logic control circuit timing，and the timing time through seven segments of digital tube display，the relay control circuit controls the opening and closing of wi-f i，when the timing arrival，the relay disconnect，wi-fito shut down.

timer；Seven segment tube；relay；wi-f i

张雨晴，现就读于辽宁工业大学电子与信息工程学院。

褚丽莉。