一、智能插座設(shè)計(jì)

1.1 智能插座的硬件結(jié)構(gòu)

電腦智能節(jié)能插座的硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示。外圍電路以mega48為控制核心，主要由電流采樣電路、模式/數(shù)字轉(zhuǎn)換參考電壓電路、狀態(tài)顯示電路、鍵盤(pán)輸入電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘組成。電流采樣電路用于檢測(cè)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)流保護(hù)。

數(shù)字/模式轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓電路為采樣電流提供基準(zhǔn)。狀態(tài)顯示電路指示插座的當(dāng)前狀態(tài);鍵盤(pán)輸入實(shí)現(xiàn)普通插座與智能插座的切換，設(shè)置備用機(jī)臨界電流值，設(shè)置分段切換的時(shí)間點(diǎn)。主機(jī)通過(guò)電流互感器測(cè)試主機(jī)接口運(yùn)行狀態(tài)，過(guò)流保護(hù)由另一變壓器檢測(cè)，當(dāng)電流大于額定電流時(shí)必須及時(shí)切斷控制電源插座，外源保護(hù)。

由于變壓器的感應(yīng)電流小，在數(shù)/模轉(zhuǎn)換過(guò)程中基準(zhǔn)電壓較高。該設(shè)計(jì)使用帶隙恒壓源TL431作為A/D變換的基準(zhǔn)電壓。不同計(jì)算機(jī)主機(jī)的待機(jī)電流可能不同，因此外接鍵盤(pán)可以作為待機(jī)電流的臨界值，插座可以作為普通插座使用。RTC時(shí)鐘由PCF8563組成。

圖是關(guān)于智能插頭的結(jié)構(gòu)

1.2 AVR微控制器

AVR

8位嵌入式微處理器是Atmel公司，具有高性能、高保密性、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可獨(dú)立訪問(wèn)哈佛結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。該系統(tǒng)中使用的大型 48v

處理器包含 4 KB 片中的可編程閃存程序存儲(chǔ)器。512 B 的 E2PROM 和 512B

內(nèi)存;同時(shí)，還集成了看門(mén)狗。3號(hào)ADC;48.可編程PWM輸出;具有在線系統(tǒng)編程功能，芯片資源豐富，集成度高，使用方便。使用AVRmega《》V，可以輕松實(shí)現(xiàn)外部輸入參數(shù)，電流檢測(cè)和操作狀態(tài)的設(shè)置。

1.3 集成電路換能器

設(shè)計(jì)采用電流型電流互感器采樣交流電流，全程采樣主機(jī)接口電流實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制，另一種方式采樣控制接口電流實(shí)現(xiàn)流量保護(hù)（見(jiàn)圖2）。電流互感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)I-V變換后用mega48采樣，根據(jù)變壓器系數(shù)計(jì)算出電流的有效值。I-V變換經(jīng)過(guò)比較器，輸出電壓達(dá)到過(guò)流限值（設(shè)定為10A）觸發(fā)外部中斷，通過(guò)中斷例行處理判斷是否實(shí)現(xiàn)過(guò)流值和過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。

圖片是關(guān)于電流采樣電路和過(guò)流保護(hù)的

1.4 電源電路

MCU的工作電壓和繼電器的線圈側(cè)電壓為5V直流電壓，考慮成本和空間因素，采用電阻減壓的方法。

圖片是關(guān)于電阻電容降低電路

圖 3：C3 是 CBB 降壓電容。_R13斷電后為C3提供放電電路;R4為限流電阻;全波整流后，D11將電壓箝位至5.1V。電路中C3的公差XC為：XC=（1/2）PI

fc，電流，為了滿足繼電器的電流要求，C3的值為1μF，最大電流可達(dá)100mA以上。由于非隔離電源，零電位無(wú)法接地。

1.5 繼電器驅(qū)動(dòng)電路

受控插座的控制由繼電器控制。設(shè)計(jì)的線圈側(cè)電壓為5V，S8050用于驅(qū)動(dòng)繼電器。Mega 48具有強(qiáng)大的I /O驅(qū)動(dòng)能力，R17僅限于流量;下拉電阻R18可避免繼電器誤操作;D12在繼電器斷開(kāi)時(shí)提供放電電路。參見(jiàn)圖 4。

圖為繼電器驅(qū)動(dòng)電路

1.6 鍵盤(pán)電路

單次擊鍵的輸入模式用于設(shè)置普通插座和智能插座功能的時(shí)間設(shè)置以及需要時(shí)間開(kāi)關(guān)的時(shí)間。在程序過(guò)程中，檢查是否按下了該鍵。當(dāng)功能鍵按下不超過(guò)10s時(shí)，進(jìn)入定時(shí)開(kāi)關(guān)模式，通過(guò)加減鍵設(shè)置定時(shí)開(kāi)關(guān)的時(shí)間。當(dāng)功能鍵按下10秒以上切換到正常插座使用時(shí)，如果需要切換到智能插座，則執(zhí)行相同的操作。設(shè)置參數(shù)和模式存儲(chǔ)在

mega 2 的 E48PROM 中。

狀態(tài)顯示和報(bào)警電路

設(shè)計(jì)采用LCDl602液晶顯示系統(tǒng)狀態(tài)信息，包括是否采用智能控制、主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、受控口狀態(tài)等。LCDl602采用7線法驅(qū)動(dòng)，再用1kΩ對(duì)地電阻，用于調(diào)節(jié)LCD對(duì)比度。顯示數(shù)據(jù)和指令由LCDl4的DB7~DB602編寫(xiě)。同時(shí)，它具有聲光報(bào)警功能，當(dāng)流量或時(shí)間截止時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管閃爍和蜂鳴器報(bào)警，并做出相應(yīng)的動(dòng)作。

實(shí)時(shí)電路

實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路為定時(shí)開(kāi)關(guān)提供精確的時(shí)間。使用CR2025鎳氫紐扣電池作為PCF8563的備用電池（見(jiàn)圖5）。

圖片是關(guān)于實(shí)時(shí)電路的

二、智能插頭軟件設(shè)計(jì)

主程序主要完成I/O、定時(shí)器的初始化，讀取E2PROM中存儲(chǔ)的系統(tǒng)參數(shù)，并根據(jù)模式進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。插座可在三種模式下工作：智能定時(shí)模式、智能節(jié)能模式和普通模式。模式開(kāi)關(guān)由模式按鈕選擇。參數(shù)的測(cè)量主要由中斷服務(wù)例程完成。無(wú)花果。6.主程序流程圖。

圖片是關(guān)于主程序流程圖

由于不同的計(jì)算機(jī)待機(jī)電流大小不同，因此在使用前需要主機(jī)的待機(jī)電流。首先，主機(jī)進(jìn)入待機(jī)模式，模式鍵進(jìn)入中斷后輸入采樣時(shí)間的電流，并存入E2PROM。

三、智能插座測(cè)試

插座的設(shè)計(jì)連接到圖 6

中的測(cè)試。測(cè)試采用P4雙核電腦和17寸顯示器，顯示器待機(jī)功耗為5W，待機(jī)電流約為25mA。進(jìn)入待機(jī)模式，按下插座上的采樣按鈕，將計(jì)算機(jī)待機(jī)電流采樣引入E2PROM芯片，測(cè)試結(jié)果表明，計(jì)算機(jī)進(jìn)入待機(jī)模式后，可以有效切斷電源插座的顯示。