智能插座的软硬件设计方案

1、智能插座的软硬件设计本文设计的智能节能插座，具有智能节能和定时开关功能，也可 作为普通插座使用。经过测试，系统显示出了良好的控制效果，不仅 使计算机外设的待机功率降为零，同时也起到了保护外设的作用，在 节能减排方面具有一定的社会效益和广泛的推广价值。1.智能插座的硬件结构计算机智能节能插座的硬件结构图如图 1所示。该控制器以AVR mega 48为控制核心，外围电路主要由电流采样电路、模/数转换参 考电压电路、状态显示电路、键盘输入电路和实时时钟构成。电流采 样电路用于检测计算机的运行状态和过流保护； 数/模转换参考电压 电路为电流的采样提供参考；状态显示电路表明插座当前的运行状 态；键盘输入

2、实现普通插座与智能插座的切换、 设置待机临界电流值、 设置分段开关的时间点。计算机主机运行状态通过主机接口的电流互 感器检测，过流保护通过另一互感器检测，当电流大于额定电流一定 时间时切断受控插座的电源，对外设起到保护作用。由于互感器的感 应电流较小，在数/模转换过程用对参考电压的要求较高， 该设计采 用带隙恒压源TL431作为A/D转换的参考电压。不同的计算机主机 的待机电流可能不同，因此通过外部键盘可以采样待机电流为临界 值，同时可以设置插座作为普通插座使用；RTC寸钟由PCF8563构成图1 智能插座的硬件鰭构图八山2.AVR单片机AVR微处理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC处理器

3、，具有高 性能、高保密性、低功耗等优点，程序存储器和数据存储器可独立访 问的哈佛结构，代码执行效率高。该系统采用的mega 48v处理器包含有4 KB片内可编程FLASH程序存储器；512 B的E2PR0和512B RAM 同时片内还集成了看门狗；8路10位ADC 3路可编程PWM输出；具 有在线系统编程功能，片内资源丰富，集成度高，使用方便。使用 AVR mega48可以很方便地实现外部输入参数的设置、电流检测、工 作状态的指示等。3. 电流采样电路该设计采用电流型电流互感器采样交流电流， 一路采样主机接口 电流实现开关控制，另一路采样受控接口电流实现过流保护（见图2） 电流互感器的输出信号

4、经过I-V变换后用mega48采样，根据互感器 的变比系数可以计算出电流的有效值。I-V变换的输出电压经过比较 器后，若达到过流极限（设定为10 A）则触发外部中断，经过中断程 序处理判断是否达到过流值并执行过流保护动作。-5 r -& DR P图2 电流采样电路和过流保护也烙4. 电源电路单片机的工作电压和继电器的线圈侧电压为5V直流电压，考虑成本和空间因素，采用阻容降压的方式产生。如图3所示图35 V阻容降压电路冷n列n- coir图3中：C3为CBB降压电容；_R13在电源断开后为C3提供放电 回路；R4为限流电阻；经过全波整流后 D11将电压箝位在5. IV。C3 在电路中的容

5、抗XC为：XC=(1/2) n fc ,电流，为了满足继电器吸合 时的电流要求，取C3的值为1卩F,最大电流可以达到100 mA以上。 由于为非隔离电源，使用过程中零电位不能与大地相连。5. 继电器驱动电路受控插座的通断是由继电器控制的。该设计采用的线圈侧电压为 5V的继电器，用S8050驱动继电器。mega 48具有较强的I /O驱动 能力，R17起到限流作用；下拉电阻R18可以避免继电器误动作；D12 为继电器断开时提供放电回路。如图 4所示。图£ 继电莽驱动电珞6. 键盘电路采用单按键的输入方式，用于设定普通插座和智能插座的功能转 换和需要定时开关时的时间设定。 在程序运行过程

6、中，通过定时中断 检测是否有按键按下。当功能键按下不超过10s时进入定时开关模式，并通过加减按键设定定时开关的时间；当功能键按下超过10 s时切换为普通插座使用，若在需要切换为智能插座，则执行相同的操 作。设定的参数和模式保存在 mega 48的E2PR0I中。7状态显示和告警电路该设计采用LCDI602液晶显示系统的状态信息，包括是否采用智 能控制，主机运行状态、受控口状态。LCDI602采用7线驱动法，接 1 k Q电阻到地，用于调节液晶显示对比度。显示数据和指令通过 LCDI602的DB4- DB7写入。同时具备有声光告警功能，当出现过流 或则定时切断时间到时，相应的发光二极管闪烁以及蜂

7、鸣器告警，并执行相应的动作8. 实时时钟电路实时时钟电路为定时开关提供精确的时间。用CR2025镍氢纽扣电池作为PCF8563勺后备电池（见图5）。图5 实时时钟电u -9. 智能插座的软件设计主程序主要完成对I /0,定时器的初始化、读出存储在 E2PROM 中的系统参数，同时根据模式设定进入相应的处理程序。 该插座可运 行于3种模式：智能定时模式、智能节能模式和普通模式。模式的切 换通过模式按键来选择。参数的测量主要由中断服务程序定时完成。图6为主程序流程图图6 主程序澆程图d i anofi. com由于不同的计算机待机电流大小不一样，因此在使用前需采样主 机的待机电流。首先将主机进入待机模式，通过模式按键进入中断后 采样此时的电流，并存入 E2PRO中。10. 智能插座的测试将设计的插座按图7的方式连接测试，采用P4双核计算机和17 寸显示器进行测试，显示器待