DIY一個(gè)紅外舒適型節能電源插座的設計，給你詳細的軟硬件架構及實(shí)現方案

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

圖2為系統硬件結構圖，該系統硬件結構以AVR mega 48為控制核心，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。另外，當用戶(hù)主動(dòng)關(guān)閉主機（電腦、電視）時(shí)，單片機控制主控接口斷開(kāi)，使主機斷電。當用戶(hù)再次要使用插座時(shí)，通過(guò)遙控器給插座發(fā)送紅外信號，觸發(fā)單片機產(chǎn)生中斷，控制主控接口接上。也可通過(guò)按鍵觸發(fā)單片機中斷，控制主控接口接上。

圖2 系統硬件結構圖

①電流采樣電路和過(guò)流保護電路

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。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。電路圖如圖3：

圖3 電流采樣電路和過(guò)流保護電路圖

②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。其降壓電路圖如圖4所示：

圖4 阻容降壓電路圖

圖中：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。為了滿(mǎn)足繼電器吸合時(shí)的電流要求，取C3的值為1μF，最大電流可以達到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。

③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5所示。

圖5 繼電器驅動(dòng)電路

④鍵盤(pán)電路

共有四個(gè)按鍵K0、K1、K2和K3，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。模式切換鍵K0用于智能模式與普通模式間的轉換。當K0鍵按下進(jìn)入智能模式時(shí)，檢測K1鍵若K1鍵被按下則系統進(jìn)入定時(shí)開(kāi)關(guān)模式，若K1鍵沒(méi)有按下則系統實(shí)時(shí)的檢測主機接口電流，當檢測到得主機電流小于設定的待機電流時(shí)斷開(kāi)受控插座電源，小于設定的關(guān)機電流時(shí)斷開(kāi)主控插座電源。并通過(guò)加減按鍵K1、K2設定定時(shí)開(kāi)關(guān)的時(shí)間。

⑤狀態(tài)顯示和報警電路

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。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。