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一个红外舒适型节能电源插座的详细实现方案

发布时间:2020-06-30 23:47:23 阅读: 来源:面霜厂家

一、项目概述

本文引用地址: 引言

如今可持续发展成为社会的主题,从而电器的节能与环保越来越受到重视。随着电视机、计算机的使用越来越普遍,其节能与环保成为人们关心的问题。该节能插座的设计利用AVR单片机来控制计算机外部设备电源接口的开或关,具有智能节能和定时开关功能,也可作为普通插座使用,充分显示出设计的智能化与人性化。智能节能插座能有效地控制能源浪费,具有巨大的市场空间。

1.2 项目背景/选题动机

据有关部门调查,有近七成的居民家庭使用家电后不关闭电源,很多的居民不知道待机也会耗电。而由于电器关机没拔插头的原因,全国每年的耗电量十分惊人。电器待机耗电严重浪费着能源。人们在关闭计算机、电视的时候,处在待机状态,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,并且容易产生安全隐患。

为节约能源同时杜绝用电时的安全隐患,我们设计了此智能型节能插座:

(1)此插座在检测到主控设备(电脑主机、电视机)关闭后,能自动切断其他插孔设备(打印机、DVD/VCD等)的电源。

(2)为增加其舒适性,增加了红外遥控,更显人性化;

(3)该智能节电插座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。

(4)该设计减少了待机功耗,节约了能源,减少了设备的辐射,具有良好的节能环保特性。

二、需求分析

2.1 功能要求

红外舒适型节能插座,具有智能节能和定时开关的功能,同时也可以作为普通插座使用。通过功能键选择插座的不同功能。

①当处于智能节电模式时,单片机通过一路电流采样检测主机电流的大小并与待机电流(由于不同的计算机待机电流大小不一样,因此在使用前需采样主机的待机电流。首先将主机进入待机模式,通过模式按键进入中断后采样此时的电流,并存入E2PROM中)比较,以此来判断计算机所处的的状态:当处于待机状态时,通过一路驱动电路把受控接口断开,从而使主机的外部设备断电,以达到节能和环保的目的。处于正常工作模式时,通过驱动电路把接口接上。

②当处于定时开关模式时,可以通过键盘的加减设定定时开关的时间,当定时时间到达时便断开受控插座,使外部设备断电。

③当处于普通插座模式时,即为一般的插座,不影响其他设备的使用。

④同时该插座具有过流保护的功能,当另一路的受控接口的采样电流大于外设的额定电流一⑤当用户主动关闭主机(电脑、电视)时,单片机控制主控接口断开,使主机断电。当用户再次要使用插座时,通过遥控器给单片机发送红外信号,触发单片机产生中断,控制主控接口接上。

图1 系统架构

2.2 性能要求

工作电压为AC220V/50HZ;使用电压范围为:AC175V-240V;最大负载电流11.336A;静态功耗小于0.5w;负载断电延迟时间:12.0s+-2s;环境温度-40℃-85℃。

在用户正常使用计算机,使mega 48单片机处于休眠状态。当检测到的主机电流小于待机电流时,唤醒单片机,触发单片机的外部中断INT0,控制受控接口断开;在用户关闭计算机后,使mega 48单片机处于休眠状态,当用户再次要使用插座时,通过遥控器给插座发送红外信号,唤醒单片机,触发单片机的外部中断INT1,控制主控接口接上。也可通过按键触发单片机中断,控制主控接口接上。通过使单片机休眠,从而达到了彻底节能的目的。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

图2为系统硬件结构图,该系统硬件结构以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。另外,当用户主动关闭主机(电脑、电视)时,单片机控制主控接口断开,使主机断电。当用户再次要使用插座时,通过遥控器给插座发送红外信号,触发单片机产生中断,控制主控接口接上。也可通过按键触发单片机中断,控制主控接口接上。

图2 系统硬件结构图

①电流采样电路和过流保护电路

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。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。电路图如图3:

图3 电流采样电路和过流保护电路图

②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。其降压电路图如图4所示:

图4 阻容降压电路图

图中: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;经过全波整流后D11将电压箝位在5.1V。C3在电路中的容抗XC为:XC=(1/2)πfc。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。

③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5V的继电器,用S8050驱动继电器。mega 48具有较强的I/O驱动能力,R17起到限流作用;下拉电阻R18可以避免继电器误动作;D12为继电器断开时提供放电回路。如图5所示。

图5 继电器驱动电路

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