【導讀】計算機外部設備(如打印機、掃描儀、音響等)的待機能耗不但增加了消費者的日常電費開(kāi)支，也使電力資源浪費極大。該設計的計算機智能節能插座利用主機的開(kāi)機和關(guān)機來(lái)帶動(dòng)其他設備的開(kāi)或關(guān)，使其接口設備待機能耗為零，能夠減少計算機及其外設所產(chǎn)生的輻射，以此達到節能和環(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)功能轉換作為普通插座使用，不影響其他設備的使用。
計算機外部設備(如打印機、掃描儀、音響等)的待機能耗不但增加了消費者的日常電費開(kāi)支，也使電力資源浪費極大。該設計的計算機智能節能插座利用主機的開(kāi)機和關(guān)機來(lái)帶動(dòng)其他設備的開(kāi)或關(guān)，使其接口設備待機能耗為零，能夠減少計算機及其外設所產(chǎn)生的輻射，以此達到節能和環(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)功能轉換作為普通插座使用，不影響其他設備的使用。
1、智能插座的設計
1．1 智能插座的硬件結構
計算機智能節能插座的硬件結構圖如圖1所示。該控制器以AVR mega 48為控制，外圍電路主要由電流采樣電路、模／數轉換參考電壓電路、狀態(tài)顯示電路、鍵盤(pán)輸入電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘構成。電流采樣電路用于檢測計算機的運行狀態(tài)和過(guò)流保護；數／模轉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前的運行狀態(tài)；鍵盤(pán)輸入實(shí)現普通插座與智能插座的切換、設置待機臨界電流值、設置分段開(kāi)關(guān)的時(shí)間點(diǎn)。計算機主機運行狀態(tài)通過(guò)主機接口的電流互感器檢測，過(guò)流保護通過(guò)另一互感器檢測，當電流大于額定電流一定時(shí)間時(shí)切斷受控插座的電源，對外設起到保護作用。由于互感器的感應電流較小，在數／模轉換過(guò)程用對參考電壓的要求較高，該設計采用帶隙恒壓源TL431作為A／D轉換的參考電壓。不同的計算機主機的待機電流可能不同，因此通過(guò)外部鍵盤(pán)可以采樣待機電流為臨界值，同時(shí)可以設置插座作為普通插座使用；RTC時(shí)鐘由PCF8563構成。
1．2 AVR單片機
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)，程序存儲器和數據存儲器可獨立訪(fǎng)問(wèn)的哈佛結構，代碼執行效率高。該系統采用的mega 48v處理器包含有4 KB片內可編程FLASH程序存儲器；512 B的E2PROM和512B RAM；同時(shí)片內還集成了看門(mén)狗；8路10位ADC；3路可編程PWM輸出；具有在線(xiàn)系統編程功能，片內資源豐富，集成度高，使用方便。使用AVR mega48V可以很方便地實(shí)現外部輸入參數的設置、電流檢測、工作狀態(tài)的指示等。
1．3 電流采樣電路
該設計采用電流型電流互感器采樣交流電流，一路采樣主機接口電流實(shí)現開(kāi)關(guān)控制，另一路采樣受控接口電流實(shí)現過(guò)流保護(見(jiàn)圖2)。電流互感器的輸出信號經(jīng)過(guò)I-V變換后用mega 48采樣，根據互感器的變比系數可以計算出電流的有效值。I-V變換的輸出電壓經(jīng)過(guò)比較器后，若達到過(guò)流極限(設定為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到過(guò)流值并執行過(guò)流保護動(dòng)作。
1．4 電源電路
單片機的工作電壓和繼電器的線(xiàn)圈側電壓為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。
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5．1V。C3在電路中的容抗XC為：XC=(1／2)πfc，電流，為了滿(mǎn)足繼電器吸合時(shí)的電流要求，取C3的值為1μF，電流可以達到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。
1．5 繼電器驅動(dòng)電路
受控插座的通斷是由繼電器控制的。該設計采用的線(xiàn)圈側電壓為5V的繼電器，用S8050驅動(dòng)繼電器。mega 48具有較強的I／O驅動(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為繼電器斷開(kāi)時(shí)提供放電回路。如圖4所示。
1．6 鍵盤(pán)電路
采用單按鍵的輸入方式，用于設定普通插座和智能插座的功能轉換和需要定時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)的時(shí)間設定。在程序運行過(guò)程中，通過(guò)定時(shí)中斷檢測是否有按鍵按下。當功能鍵按下不超過(guò)10s時(shí)進(jìn)入定時(shí)開(kāi)關(guān)模式，并通過(guò)加減按鍵設定定時(shí)開(kāi)關(guān)的時(shí)間；當功能鍵按下超過(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，則執行相同的操作。設定的參數和模式保存在mega 48的E2PROM中。
1．7 狀態(tài)顯示和告警電路
該設計采用LCDl602液晶顯示系統的狀態(tài)信息，包括是否采用智能控制，主機運行狀態(tài)、受控口狀態(tài)。LCDl602采用7線(xiàn)驅動(dòng)法，接1 kΩ電阻到地，用于調節液晶顯示對比度。顯示數據和指令通過(guò)LCDl602的DB4～DB7寫(xiě)入。同時(shí)具備有聲光告警功能，當出現過(guò)流或則定時(shí)切斷時(shí)間到時(shí)，相應的發(fā)光二極管閃爍以及蜂鳴器告警，并執行相應的動(dòng)作。
1．8 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、智能插座的軟件設計
主程序主要完成對I／O，定時(shí)器的初始化、讀出存儲在E2PROM中的系統參數，同時(shí)根據模式設定進(jìn)入相應的處理程序。該插座可運行于3種模式：智能定時(shí)模式、智能節能模式和普通模式。模式的切換通過(guò)模式按鍵來(lái)選擇。參數的測量主要由中斷服務(wù)程序定時(shí)完成。圖6為主程序流程圖。
由于不同的計算機待機電流大小不一樣，因此在使用前需采樣主機的待機電流。首先將主機進(jìn)入待機模式，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、智能插座的測試
將設計的插座按圖7的方式連接測試，采用P4雙核計算機和17寸顯示器進(jìn)行測試，顯示器待機功耗為5W，待機電流約25mA。進(jìn)入待機狀態(tài)后，按插座上的采樣按鈕，將此計算機的待機電流采樣存進(jìn)E2PROM，測試結果表明，當計算機進(jìn)入待機狀態(tài)后，插座可以有效的切斷顯示器的電源。
4、結語(yǔ)
本文設計的智能節能插座，具有智能節能和定時(shí)開(kāi)關(guān)功能，也可作為普通插座使用。經(jīng)過(guò)測試，系統顯示出了良好的控制效果，不僅使計算機外設的待機功率降為零，同時(shí)也起到了保護外設的作用，在節能減排方面具有一定的社會(huì )效益和廣泛的推廣價(jià)值。
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