基于AVR的智能節(jié)能插座設(shè)計(jì)
0 引言
計(jì)算機(jī)外部設(shè)備(如打印機(jī)、掃描儀、音響等)的待機(jī)能耗不但增加了消費(fèi)者的日常電費(fèi)開支，也使電力資源浪費(fèi)極大。該設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)智能節(jié)能插座利用主機(jī)的開機(jī)和關(guān)機(jī)來帶動(dòng)其他設(shè)備的開或關(guān)，使其接口設(shè)備待機(jī)能耗為零，能夠減少計(jì)算機(jī)及其外設(shè)所產(chǎn)生的輻射，以此達(dá)到節(jié)能和環(huán)保功效；同時(shí)還具備有分段定時(shí)開關(guān)的功能。該智能插座也可以通過功能轉(zhuǎn)換作為普通插座使用，不影響其他設(shè)備的使用。
1 智能插座的設(shè)計(jì)
1．1 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 mega48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計(jì)算機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和過流保護(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)通過主機(jī)接口的電流互感器檢測，過流保護(hù)通過另一互感器檢測，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)換過程用對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時(shí)鐘由PCF8563構(gòu)成。
1．2 AVR單片機(jī)
AVR微處理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC處理器，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；512B的E2PROM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 mega48V可以很方便地實(shí)現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、電流檢測、工作狀態(tài)的指示等。
1．3 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)過流保護(hù)(見圖2)。電流互感器的輸出信號(hào)經(jīng)過I-V變換后用mega 48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)過比較器后，若達(dá)到過流極限(設(shè)定為10 A)則觸發(fā)外部中斷，經(jīng)過中斷程序處理判斷是否達(dá)到過流值并執(zhí)行過流保護(hù)動(dòng)作。
1．4 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5 V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。
