一、智能插座設(shè)計

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、鍵盤輸入電路和實時時鐘組成。電流采樣電路用于檢測計算機的運行狀態(tài)和過流保護(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);鍵盤輸入實現(xiàn)普通插座與智能插座的切換，設(shè)置備用機臨界電流值，設(shè)置分段切換的時間點。主機通過電流互感器測試主機接口運行狀態(tài)，過流保護(hù)由另一變壓器檢測，當(dāng)電流大于額定電流時必須及時切斷控制電源插座，外源保護(hù)。

由于變壓器的感應(yīng)電流小，在數(shù)/模轉(zhuǎn)換過程中基準(zhǔn)電壓較高。該設(shè)計使用帶隙恒壓源TL431作為A/D變換的基準(zhǔn)電壓。不同計算機主機的待機電流可能不同，因此外接鍵盤可以作為待機電流的臨界值，插座可以作為普通插座使用。RTC時鐘由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，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器可獨立訪問哈佛結(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器。512 B 的 E2PROM 和 512B

內(nèi)存;同時，還集成了看門狗。3號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，可以輕松實現(xiàn)外部輸入參數(shù)，電流檢測和操作狀態(tài)的設(shè)置。

1.3 集成電路換能器

設(shè)計采用電流型電流互感器采樣交流電流，全程采樣主機接口電流實現(xiàn)開關(guān)控制，另一種方式采樣控制接口電流實現(xiàn)流量保護(hù)（見圖2）。電流互感器的輸出信號經(jīng)過I-V變換后用mega48采樣，根據(jù)變壓器系數(shù)計算出電流的有效值。I-V變換經(jīng)過比較器，輸出電壓達(dá)到過流限值（設(shè)定為10A）觸發(fā)外部中斷，通過中斷例行處理判斷是否實現(xiàn)過流值和過流保護(hù)動作。

圖片是關(guān)于電流采樣電路和過流保護(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，零電位無法接地。

1.5 繼電器驅(qū)動電路

受控插座的控制由繼電器控制。設(shè)計的線圈側(cè)電壓為5V，S8050用于驅(qū)動繼電器。Mega 48具有強大的I /O驅(qū)動能力，R17僅限于流量;下拉電阻R18可避免繼電器誤操作;D12在繼電器斷開時提供放電電路。參見圖 4。

圖為繼電器驅(qū)動電路

1.6 鍵盤電路

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間設(shè)置以及需要時間開關(guān)的時間。在程序過程中，檢查是否按下了該鍵。當(dāng)功能鍵按下不超過10s時，進(jìn)入定時開關(guān)模式，通過加減鍵設(shè)置定時開關(guān)的時間。當(dāng)功能鍵按下10秒以上切換到正常插座使用時，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)和模式存儲在

mega 2 的 E48PROM 中。

狀態(tài)顯示和報警電路

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

實時電路

實時時鐘電路為定時開關(guān)提供精確的時間。使用CR2025鎳氫紐扣電池作為PCF8563的備用電池（見圖5）。

圖片是關(guān)于實時電路的

二、智能插頭軟件設(shè)計

主程序主要完成I/O、定時器的初始化，讀取E2PROM中存儲的系統(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：智能定時模式、智能節(jié)能模式和普通模式。模式開關(guān)由模式按鈕選擇。參數(shù)的測量主要由中斷服務(wù)例程完成。無花果。6.主程序流程圖。

圖片是關(guān)于主程序流程圖

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

三、智能插座測試

插座的設(shè)計連接到圖 6

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