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1、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(kāi)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(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)來(lái)帶動(dòng)其他設(shè)備的開(kāi)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(kāi)關(guān)的功能。該智能插座也可以通過(guò)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)11 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 mega 48為控制核心,外圍電路主要由電流采樣電路、模
2、數(shù)轉(zhuǎn)換參考電壓電路、狀態(tài)顯示電路、鍵盤(pán)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(cè)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)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(pán)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(kāi)關(guān)的時(shí)間點(diǎn)。計(jì)算機(jī)主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)主機(jī)接口的電流互感器檢測(cè),過(guò)流保護(hù)通過(guò)另一互感器檢測(cè),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(duì)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(guò)程用對(duì)參考電壓的要求較高,該設(shè)計(jì)采用帶隙恒壓源TL431作為AD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(guò)外部鍵盤(pán)可以采樣待機(jī)電流為
3、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。 12 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(wèn)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;512 B的E2PROM和512B RAM;同時(shí)片內(nèi)還集成了看門(mén)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(cè)
4、、工作狀態(tài)的指示等。13 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(kāi)關(guān)控制,另一路采樣受控接口電流實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)(見(jiàn)圖2)。電流互感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)比較器后,若達(dá)到過(guò)流極限(設(shè)定為10 A)則觸發(fā)外部中斷,經(jīng)過(guò)中斷程序處理判斷是否達(dá)到過(guò)流值并執(zhí)行過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。 14 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。&
5、#160; 圖3中:C3為CBB降壓電容;_R13在電源斷開(kāi)后為C3提供放電回路;R4為限流電阻;經(jīng)過(guò)全波整流后D11將電壓箝位在51V。C3在電路中的容抗XC為:XC=(12)fc,電流,為了滿足繼電器吸合時(shí)的電流要求,取C3的值為1F,最大電流可以達(dá)到100 mA以上。由于為非隔離電源,使用過(guò)程中零電位不能與大地相連。15 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 受控插座的通斷是由繼電器控制的。該設(shè)計(jì)采用的線圈側(cè)電壓為5V的繼電器,用S8050驅(qū)動(dòng)繼電器。mega 48具有較強(qiáng)的IO驅(qū)動(dòng)能力,R17起到限流作用;下拉電阻R18可以避免繼電器誤動(dòng)作;D12
6、為繼電器斷開(kāi)時(shí)提供放電回路。如圖4所示。16 鍵盤(pán)電路 采用單按鍵的輸入方式,用于設(shè)定普通插座和智能插座的功能轉(zhuǎn)換和需要定時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)的時(shí)間設(shè)定。在程序運(yùn)行過(guò)程中,通過(guò)定時(shí)中斷檢測(cè)是否有按鍵按下。當(dāng)功能鍵按下不超過(guò)10s時(shí)進(jìn)入定時(shí)開(kāi)關(guān)模式,并通過(guò)加減按鍵設(shè)定定時(shí)開(kāi)關(guān)的時(shí)間;當(dāng)功能鍵按下超過(guò)10 s時(shí)切換為普通插座使用,若在需要切換為智能插座,則執(zhí)行相同的操作。設(shè)定的參數(shù)和模式保存在mega 48的E2PROM中。17 狀態(tài)顯示和告警電路 該設(shè)計(jì)采用LCDl602液晶顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息,包括是否采用智能控制,主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、受控口
7、狀態(tài)。LCDl602采用7線驅(qū)動(dòng)法,接1 k電阻到地,用于調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。顯示數(shù)據(jù)和指令通過(guò)LCDl602的DB4DB7寫(xiě)入。同時(shí)具備有聲光告警功能,當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流或則定時(shí)切斷時(shí)間到時(shí),相應(yīng)的發(fā)光二極管閃爍以及蜂鳴器告警,并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。18 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路為定時(shí)開(kāi)關(guān)提供精確的時(shí)間。用CR2025鎳氫紐扣電池作為PCF8563的后備電池(見(jiàn)圖5)。2 智能插座的軟件設(shè)計(jì) 主程序主要完成對(duì)IO,定時(shí)器的初始化、讀出存儲(chǔ)在E2PROM中的系統(tǒng)參數(shù),同時(shí)根據(jù)模式設(shè)定進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。該插座可運(yùn)行于3種模式:智能定
8、時(shí)模式、智能節(jié)能模式和普通模式。模式的切換通過(guò)模式按鍵來(lái)選擇。參數(shù)的測(cè)量主要由中斷服務(wù)程序定時(shí)完成。圖6為主程序流程圖。 由于不同的計(jì)算機(jī)待機(jī)電流大小不一樣,因此在使用前需采樣主機(jī)的待機(jī)電流。首先將主機(jī)進(jìn)入待機(jī)模式,通過(guò)模式按鍵進(jìn)入中斷后采樣此時(shí)的電流,并存入E2PROM中。3 智能插座的測(cè)試 將設(shè)計(jì)的插座按圖7的方式連接測(cè)試,采用P4雙核計(jì)算機(jī)和17寸顯示器進(jìn)行測(cè)試,顯示器待機(jī)功耗為5W,待機(jī)電流約25mA。進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)后,按插座上的采樣按鈕,將此計(jì)算機(jī)的待機(jī)電流采樣存進(jìn)E2PROM,測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)后,插座可以有效的切斷顯示器的電源。4 結(jié)語(yǔ)
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