智能插座的軟硬件設(shè)計(jì)方案

1、智能插座的軟硬件設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的智能節(jié)能插座，具有智能節(jié)能和定時(shí)開關(guān)功能，也可 作為普通插座使用。經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)顯示出了良好的控制效果，不僅 使計(jì)算機(jī)外設(shè)的待機(jī)功率降為零，同時(shí)也起到了保護(hù)外設(shè)的作用，在 節(jié)能減排方面具有一定的社會(huì)效益和廣泛的推廣價(jià)值。1.智能插座的硬件結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)智能節(jié)能插座的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示。該控制器以AVR mega 48為控制核心，外圍電路主要由電流采樣電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換參 考電壓電路、狀態(tài)顯示電路、鍵盤輸入電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘構(gòu)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)/模轉(zhuǎn)換參考電壓 電路為電流的采樣提供參考；狀態(tài)顯示電路表明插座當(dāng)前的運(yùn)行狀 態(tài)；鍵盤輸入

2、實(shí)現(xiàn)普通插座與智能插座的切換、 設(shè)置待機(jī)臨界電流值、 設(shè)置分段開關(guān)的時(shí)間點(diǎn)。計(jì)算機(jī)主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)主機(jī)接口的電流互 感器檢測(cè)，過(guò)流保護(hù)通過(guò)另一互感器檢測(cè)，當(dāng)電流大于額定電流一定 時(shí)間時(shí)切斷受控插座的電源，對(duì)外設(shè)起到保護(hù)作用。由于互感器的感 應(yīng)電流較小，在數(shù)/模轉(zhuǎn)換過(guò)程用對(duì)參考電壓的要求較高， 該設(shè)計(jì)采 用帶隙恒壓源TL431作為A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓。不同的計(jì)算機(jī)主機(jī) 的待機(jī)電流可能不同，因此通過(guò)外部鍵盤可以采樣待機(jī)電流為臨界 值，同時(shí)可以設(shè)置插座作為普通插座使用；RTC寸鐘由PCF8563構(gòu)成圖1 智能插座的硬件鰭構(gòu)圖八山2.AVR單片機(jī)AVR微處理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC處理器

3、，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)的哈佛結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。該系統(tǒng)采用的mega 48v處理器包含有4 KB片內(nèi)可編程FLASH程序存儲(chǔ)器；512 B的E2PR0和512B RAM 同時(shí)片內(nèi)還集成了看門狗；8路10位ADC 3路可編程PWM輸出；具 有在線系統(tǒng)編程功能，片內(nèi)資源豐富，集成度高，使用方便。使用 AVR mega48可以很方便地實(shí)現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、電流檢測(cè)、工 作狀態(tài)的指示等。3. 電流采樣電路該設(shè)計(jì)采用電流型電流互感器采樣交流電流， 一路采樣主機(jī)接口 電流實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制，另一路采樣受控接口電流實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)（見圖2） 電流互感器的輸出信號(hào)

4、經(jīng)過(guò)I-V變換后用mega48采樣，根據(jù)互感器 的變比系數(shù)可以計(jì)算出電流的有效值。I-V變換的輸出電壓經(jīng)過(guò)比較 器后，若達(dá)到過(guò)流極限（設(shè)定為10 A）則觸發(fā)外部中斷，經(jīng)過(guò)中斷程 序處理判斷是否達(dá)到過(guò)流值并執(zhí)行過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。-5 r -& DR P圖2 電流采樣電路和過(guò)流保護(hù)也烙4. 電源電路單片機(jī)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，采用阻容降壓的方式產(chǎn)生。如圖3所示圖35 V阻容降壓電路冷n列n- coir圖3中：C3為CBB降壓電容；_R13在電源斷開后為C3提供放電 回路；R4為限流電阻；經(jīng)過(guò)全波整流后 D11將電壓箝位在5. IV。C3 在電路中的容

5、抗XC為：XC=(1/2) n fc ,電流，為了滿足繼電器吸合 時(shí)的電流要求，取C3的值為1卩F,最大電流可以達(dá)到100 mA以上。 由于為非隔離電源，使用過(guò)程中零電位不能與大地相連。5. 繼電器驅(qū)動(dòng)電路受控插座的通斷是由繼電器控制的。該設(shè)計(jì)采用的線圈側(cè)電壓為 5V的繼電器，用S8050驅(qū)動(dòng)繼電器。mega 48具有較強(qiáng)的I /O驅(qū)動(dòng) 能力，R17起到限流作用；下拉電阻R18可以避免繼電器誤動(dòng)作；D12 為繼電器斷開時(shí)提供放電回路。如圖 4所示。圖£ 繼電莽驅(qū)動(dòng)電珞6. 鍵盤電路采用單按鍵的輸入方式，用于設(shè)定普通插座和智能插座的功能轉(zhuǎn) 換和需要定時(shí)開關(guān)時(shí)的時(shí)間設(shè)定。 在程序運(yùn)行過(guò)程

6、中，通過(guò)定時(shí)中斷 檢測(cè)是否有按鍵按下。當(dāng)功能鍵按下不超過(guò)10s時(shí)進(jìn)入定時(shí)開關(guān)模式，并通過(guò)加減按鍵設(shè)定定時(shí)開關(guān)的時(shí)間；當(dāng)功能鍵按下超過(guò)10 s時(shí)切換為普通插座使用，若在需要切換為智能插座，則執(zhí)行相同的操 作。設(shè)定的參數(shù)和模式保存在 mega 48的E2PR0I中。7狀態(tài)顯示和告警電路該設(shè)計(jì)采用LCDI602液晶顯示系統(tǒng)的狀態(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)。LCDI602采用7線驅(qū)動(dòng)法，接 1 k Q電阻到地，用于調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。顯示數(shù)據(jù)和指令通過(guò) LCDI602的DB4- DB7寫入。同時(shí)具備有聲光告警功能，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流 或則定時(shí)切斷時(shí)間到時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管閃爍以及蜂

7、鳴器告警，并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作8. 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路為定時(shí)開關(guān)提供精確的時(shí)間。用CR2025鎳氫紐扣電池作為PCF8563勺后備電池（見圖5）。圖5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電u -9. 智能插座的軟件設(shè)計(jì)主程序主要完成對(duì)I /0,定時(shí)器的初始化、讀出存儲(chǔ)在 E2PROM 中的系統(tǒng)參數(shù)，同時(shí)根據(jù)模式設(shè)定進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。 該插座可運(yùn) 行于3種模式：智能定時(shí)模式、智能節(jié)能模式和普通模式。模式的切 換通過(guò)模式按鍵來(lái)選擇。參數(shù)的測(cè)量主要由中斷服務(wù)程序定時(shí)完成。圖6為主程序流程圖圖6 主程序澆程圖d i anofi. com由于不同的計(jì)算機(jī)待機(jī)電流大小不一樣，因此在使用前需采樣主 機(jī)的待機(jī)電流。首先將主機(jī)進(jìn)入待機(jī)模式，通過(guò)模式按鍵進(jìn)入中斷后 采樣此時(shí)的電流，并存入 E2PRO中。10. 智能插座的測(cè)試將設(shè)計(jì)的插座按圖7的方式連接測(cè)試，采用P4雙核計(jì)算機(jī)和17 寸顯示器進(jìn)行測(cè)試，顯示器待