基于AVR的智能節能插頭設計方案

一、智能插座設計

1.1 智能插座的硬件結構

電腦智能節能插座的硬件結構如下圖所示。外圍電路以mega48為控制核心，主要由電流采樣電路、模式/數字轉換參考電壓電路、狀態顯示電路、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和過流保護。

數字/模式轉換基準電壓電路為采樣電流提供基準。狀態顯示電路指示插座的當前狀態;鍵盤輸入實現普通插座與智能插座的切換，設置備用機臨界電流值，設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，過流保護由另一變壓器檢測，當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。

由于變壓器的感應電流小，在數/模轉換過程中基準電壓較高。該設計使用帶隙恒壓源TL431作為A/D變換的基準電壓。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。

圖是關于智能插頭的結構

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、低功耗等優點，程序存儲器和數據存儲器可獨立訪問哈佛結構，代碼執行效率高。該系統中使用的大型 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，可以輕松實現外部輸入參數，電流檢測和操作狀態的設置。

1.3 集成電路換能器

設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開關控制，另一種方式采樣控制接口電流實現流量保護（見圖2）。電流互感器的輸出信號經過I-V變換后用mega48采樣，根據變壓器系數計算出電流的有效值。I-V變換經過比較器，輸出電壓達到過流限值（設定為10A）觸發外部中斷，通過中斷例行處理判斷是否實現過流值和過流保護動作。

圖片是關于電流采樣電路和過流保護的

1.4 電源電路

MCU的工作電壓和繼電器的線圈側電壓為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100mA以上。由于非隔離電源，零電位無法接地。

1.5 繼電器驅動電路

受控插座的控制由繼電器控制。設計的線圈側電壓為5V，S8050用于驅動繼電器。Mega 48具有強大的I /O驅動能力，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。

圖為繼電器驅動電路

1.6 鍵盤電路

單次擊鍵的輸入模式用于設置普通插座和智能插座功能的時間設置以及需要時間開關的時間。在程序過程中，檢查是否按下了該鍵。當功能鍵按下不超過10s時，進入定時開關模式，通過加減鍵設置定時開關的時間。當功能鍵按下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，則執行相同的操作。設置參數和模式存儲在

mega 2 的 E48PROM 中。

狀態顯示和報警電路

設計采用LCDl602液晶顯示系統狀態信息，包括是否采用智能控制、主機運行狀態、受控口狀態等。LCDl602采用7線法驅動，再用1kΩ對地電阻，用于調節LCD對比度。顯示數據和指令由LCDl4的DB7~DB602編寫。同時，它具有聲光報警功能，當流量或時間截止時，相應的發光二極管閃爍和蜂鳴器報警，并做出相應的動作。

實時電路

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

圖片是關于實時電路的

二、智能插頭軟件設計

主程序主要完成I/O、定時器的初始化，讀取E2PROM中存儲的系統參數，并根據模式進入相應的處理程序。插座可在三種模式下工作：智能定時模式、智能節能模式和普通模式。模式開關由模式按鈕選擇。參數的測量主要由中斷服務例程完成。無花果。6.主程序流程圖。

圖片是關于主程序流程圖

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，主機進入待機模式，模式鍵進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，測試結果表明，計算機進入待機模式后，可以有效切斷電源插座的顯示。