DIY智能家居：基于A(yíng)VR的智能節能插排的系統解決方案

　　一、項目概述

　　1.1 引言

　　目前，節能已經(jīng)成為我國當前和以后急需解決的問(wèn)題。解決待機能耗是節能的一個(gè)重要組成部分。部分家電外部設備(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，也造成電力資源的極大浪費。人們有時(shí)候在離開(kāi)時(shí)并沒(méi)有斷開(kāi)電源，或只把主設備斷電或關(guān)機，一般設備的外部設備容易被人忽略，常常處于待機狀態(tài)。例如：電腦已經(jīng)關(guān)機，而連接在主機上的顯示器、掃描儀、打印機、音響等外部設備很有可能還處于通電狀態(tài)。電視機已經(jīng)關(guān)機，而連接在電視機上的DVD、機頂盒或音響可能會(huì )處于正常工作或待機狀態(tài)。人們經(jīng)常會(huì )忽視此類(lèi)情形下待機設備所耗的電能。

　　本著(zhù)節能減排的原則，此次設計中將普通插排改進(jìn)成智能型插排?？梢愿鶕髟O備的工作狀態(tài)將外部設備自動(dòng)斷電或通電。

　　1.2 項目背景/選題動(dòng)機

　　針對解決待機功耗的問(wèn)題，市場(chǎng)上已經(jīng)有了一些定時(shí)插座，這些產(chǎn)品存在很多不足。有的定時(shí)機構過(guò)于簡(jiǎn)單，不能做多天或周期性的設定。有的是用普通繼電器給控制電路供電，在通電或斷電時(shí)需要給線(xiàn)圈供電，本身就需要而外的能量，功耗較大。有的功能單一，使得插排的性?xún)r(jià)比較低。

　　此次設計的智能節能插排。除了實(shí)現定時(shí)接通關(guān)斷和自動(dòng)接通和關(guān)斷外部設備之外還具有日期時(shí)間顯示，電能記錄(包括日用電量，月用電量)以及實(shí)時(shí)功率顯示功能。在硬件不增加的條件下，實(shí)現更多的功能，提高設備的性?xún)r(jià)比。

　　二、需求分析

　　2.1 功能要求

　　基于AVR為主控制器的智能節能插排結構圖如圖1所示。本次設計中主要實(shí)現如下功能：

　　1、插排上的所有端口都可以配置成三種狀態(tài)：主插口(只能有一個(gè)主插口)、輔助插口(可以設置多個(gè)，隨主插口動(dòng)作)、普通插口(不隨主插口動(dòng)作，一直處于接通狀態(tài))。

　　2、能對任意一個(gè)插口進(jìn)行單獨的定時(shí)。包括接通時(shí)間和斷開(kāi)時(shí)間。

　　3、能夠實(shí)現功率的粗略計算以及電能的累加，此功能是否啟動(dòng)由按鍵設定。

　　4、系統在主設備斷電以及無(wú)需電能計算時(shí)，控制系統自動(dòng)進(jìn)入到休眠。液晶在無(wú)按鍵操作5S后自動(dòng)關(guān)閉顯示。降低整個(gè)系統的功耗。

　　5、在檢測到整體電流或單個(gè)插口電流過(guò)大時(shí)，對設備斷電和報警，以保護設備。此電流可以由使用者通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行設定。

　　圖1 系統架構.

　　2.2 性能要求

　　系統運行的穩定性：系統能夠穩定運行。不會(huì )出現死機、無(wú)緣無(wú)故重啟等現象。檢測到異?，F象時(shí)能夠正確及時(shí)的做出相應動(dòng)作。

　　電流檢測的可靠性：電流檢測是通過(guò)電流互感器得到的。所測電流與實(shí)際電流誤差不能太大。誤差要在允許范圍內。

　　系統的低功耗特性：系統在主設備斷電以及無(wú)需電能計算時(shí)，能夠控制系統自動(dòng)進(jìn)入到休眠狀態(tài)。液晶在無(wú)按鍵操作5S后能夠自動(dòng)關(guān)閉顯示。只有當再次按鍵時(shí)才會(huì )再次顯示。

　　三、方案設計

　　3.1 系統功能實(shí)現原理

　　圖2 系統硬件結構框圖

　　系統的硬件結構圖如圖2所示。系統通過(guò)AVR單片機對插排各個(gè)插口電流進(jìn)行采樣。采樣電流通過(guò)電流互感器得到。單片機根據所設定的主插口的電流大小判斷主設備是否關(guān)閉。如果主設備關(guān)閉，將所有輔助插口全部斷開(kāi)，從而使外部設備斷電，降低待機功耗，達到節能的目的。通過(guò)計算得到各個(gè)插口所連接設備的功率和所用的電能。時(shí)鐘芯片為系統提供日歷時(shí)鐘信息。按鍵和液晶構成人機接口，液晶正常狀態(tài)顯示日期時(shí)間和功率信息。通過(guò)按鍵可以對各個(gè)插口進(jìn)行配置以及輸入電流的上限值和下限值。出現過(guò)載現象時(shí)蜂鳴器發(fā)出報警信號。