基于AVR的智能节能插头设计方案

一、智能插座设计

1.1 智能插座的硬件结构

电脑智能节能插座的硬件结构如下图所示。外围电路以mega48为控制核心，主要由电流采样电路、模式/数字转换参考电压电路、状态显示电路、键盘输入电路和实时时钟组成。电流采样电路用于检测计算机的运行状态和过流保护。

数字/模式转换基准电压电路为采样电流提供基准。状态显示电路指示插座的当前状态;键盘输入实现普通插座与智能插座的切换，设置备用机临界电流值，设置分段切换的时间点。主机通过电流互感器测试主机接口运行状态，过流保护由另一变压器检测，当电流大于额定电流时必须及时切断控制电源插座，外源保护。

由于变压器的感应电流小，在数/模转换过程中基准电压较高。该设计使用带隙恒压源TL431作为A/D变换的基准电压。不同计算机主机的待机电流可能不同，因此外接键盘可以作为待机电流的临界值，插座可以作为普通插座使用。RTC时钟由PCF8563组成。

图是关于智能插头的结构

1.2 AVR微控制器

AVR

8位嵌入式微处理器是Atmel公司，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哈佛结构，代码执行效率高。该系统中使用的大型 48v

处理器包含 4 KB 片中的可编程闪存程序存储器。512 B 的 E2PROM 和 512B

内存;同时，还集成了看门狗。3号ADC;48.可编程PWM输出;具有在线系统编程功能，芯片资源丰富，集成度高，使用方便。使用AVRmega《》V，可以轻松实现外部输入参数，电流检测和操作状态的设置。

1.3 集成电路换能器

设计采用电流型电流互感器采样交流电流，全程采样主机接口电流实现开关控制，另一种方式采样控制接口电流实现流量保护（见图2）。电流互感器的输出信号经过I-V变换后用mega48采样，根据变压器系数计算出电流的有效值。I-V变换经过比较器，输出电压达到过流限值（设定为10A）触发外部中断，通过中断例行处理判断是否实现过流值和过流保护动作。

图片是关于电流采样电路和过流保护的

1.4 电源电路

MCU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，采用电阻减压的方法。

图片是关于电阻电容降低电路

图 3：C3 是 CBB 降压电容。_R13断电后为C3提供放电电路;R4为限流电阻;全波整流后，D11将电压箝位至5.1V。电路中C3的公差XC为：XC=（1/2）PI

fc，电流，为了满足继电器的电流要求，C3的值为1μF，最大电流可达100mA以上。由于非隔离电源，零电位无法接地。

1.5 继电器驱动电路

受控插座的控制由继电器控制。设计的线圈侧电压为5V，S8050用于驱动继电器。Mega 48具有强大的I /O驱动能力，R17仅限于流量;下拉电阻R18可避免继电器误操作;D12在继电器断开时提供放电电路。参见图 4。

图为继电器驱动电路

1.6 键盘电路

单次击键的输入模式用于设置普通插座和智能插座功能的时间设置以及需要时间开关的时间。在程序过程中，检查是否按下了该键。当功能键按下不超过10s时，进入定时开关模式，通过加减键设置定时开关的时间。当功能键按下10秒以上切换到正常插座使用时，如果需要切换到智能插座，则执行相同的操作。设置参数和模式存储在

mega 2 的 E48PROM 中。

状态显示和报警电路

设计采用LCDl602液晶显示系统状态信息，包括是否采用智能控制、主机运行状态、受控口状态等。LCDl602采用7线法驱动，再用1kΩ对地电阻，用于调节LCD对比度。显示数据和指令由LCDl4的DB7~DB602编写。同时，它具有声光报警功能，当流量或时间截止时，相应的发光二极管闪烁和蜂鸣器报警，并做出相应的动作。

实时电路

实时时钟电路为定时开关提供精确的时间。使用CR2025镍氢纽扣电池作为PCF8563的备用电池（见图5）。

图片是关于实时电路的

二、智能插头软件设计

主程序主要完成I/O、定时器的初始化，读取E2PROM中存储的系统参数，并根据模式进入相应的处理程序。插座可在三种模式下工作：智能定时模式、智能节能模式和普通模式。模式开关由模式按钮选择。参数的测量主要由中断服务例程完成。无花果。6.主程序流程图。

图片是关于主程序流程图

由于不同的计算机待机电流大小不同，因此在使用前需要主机的待机电流。首先，主机进入待机模式，模式键进入中断后输入采样时间的电流，并存入E2PROM。

三、智能插座测试

插座的设计连接到图 6

中的测试。测试采用P4双核电脑和17寸显示器，显示器待机功耗为5W，待机电流约为25mA。进入待机模式，按下插座上的采样按钮，将计算机待机电流采样引入E2PROM芯片，测试结果表明，计算机进入待机模式后，可以有效切断电源插座的显示。