文档介绍：基于AVR的智能节能插座设计
来源:现代电子技术作者:黄界
0 引言
    计算机外部设备(如打印机、扫描仪、音响等)的待机能耗不但增加了消费者的日常电费开支,也使电力资源浪费极大。该设计的计算机智能节能插座利用主机的开机和关机来带动其他设备的开或关,使其接口设备待机能耗为零,能够减少计算机及其外设所产生的辐射,以此达到节能和环保功效;同时还具备有分段定时开关的功能。该智能插座也可以通过功能转换作为普通插座使用,不影响其他设备的使用。
1 智能插座的设计
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时钟由PCF8563构成。
AVR单片机
    AVR微处理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC处理器,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E2PROM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 mega48V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。
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经过I-V变换后用mega 48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。
电源电路
    单片机的工作电压和继电器的线圈侧电压为5 V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;。C3在电路中的容抗XC为:XC=(1/2)πfc,电流,为了满足继电器吸合时的电流要求,取C3的值为1μF,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。
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5