一個(gè)紅外舒適型節(jié)能電源插座的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方案

　　④鍵盤電路

　　共有四個(gè)按鍵K0、K1、K2和K3，用于設(shè)定普通插座和智能插座的功能轉(zhuǎn)換和需要定時(shí)開關(guān)時(shí)的時(shí)間設(shè)定。模式切換鍵K0用于智能模式與普通模式間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)K0鍵按下進(jìn)入智能模式時(shí)，檢測(cè)K1鍵若K1鍵被按下則系統(tǒng)進(jìn)入定時(shí)開關(guān)模式，若K1鍵沒(méi)有按下則系統(tǒng)實(shí)時(shí)的檢測(cè)主機(jī)接口電流，當(dāng)檢測(cè)到得主機(jī)電流小于設(shè)定的待機(jī)電流時(shí)斷開受控插座電源，小于設(shè)定的關(guān)機(jī)電流時(shí)斷開主控插座電源。并通過(guò)加減按鍵K1、K2設(shè)定定時(shí)開關(guān)的時(shí)間。

　　⑤狀態(tài)顯示和報(bào)警電路

　　該設(shè)計(jì)采用LCDl602液晶顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息，包括是否采用智能控制，主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、受控口狀態(tài)。LCDl602采用7線驅(qū)動(dòng)法，接1 kΩ電阻到地，用于調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。同時(shí)具備有聲光告警功能，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流或則定時(shí)切斷時(shí)間到時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管閃爍以及蜂鳴器告警，并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

　　⑥紅外接收和發(fā)送電路

　　圖6為紅外接收發(fā)送電路，接收電路由紅外二極管、三極管9014及電阻組成。當(dāng)未檢測(cè)到紅外信號(hào)時(shí)，紅外接收二極管電阻很大(近似于斷路)，三極管9014處手截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí) IR_RECEIVE端檢測(cè)到高電平;當(dāng)檢測(cè)到紅外信號(hào)時(shí)，紅外接收二極管電阻較小，這時(shí)三極管9014發(fā)射極正偏，集電極反偏，三極管處于放大狀態(tài)。紅外信號(hào)通過(guò)共發(fā)射極電路放大后輸入到單片機(jī)，交給單片機(jī)進(jìn)行處理。發(fā)送時(shí)，經(jīng)過(guò)紅外發(fā)送調(diào)制邏輯電路調(diào)制后的紅外信號(hào)從單片機(jī)輸出，紅外信號(hào)通過(guò)三極管9014再次倒相放大后從集電極輸出，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管輻射出紅外調(diào)制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)紅外遙控信號(hào)的再生。

　　圖6 紅外發(fā)送接收電路

　　3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

　　該系統(tǒng)以AVR mega 48為控制核心。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(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可獨(dú)立訪問(wèn)的哈佛結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。該系統(tǒng)采用的mega 48v處理器包含有4 KB片內(nèi)可編程FLASH程序存儲(chǔ)器;512 B的E2PROM和512B RAM;同時(shí)片內(nèi)還集成了看門狗;8路10位ADC;3路可編程PWM輸出;具有在線系統(tǒng)編程功能，片內(nèi)資源豐富，集成度高，使用方便。使用AVR mega 48v可以很方便地實(shí)現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、電流檢測(cè)、工作狀態(tài)的指示等。

　　參考電壓電路采用TL431作為A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓。TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價(jià)格低，因此廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。德州儀器公司(TI )生產(chǎn)的TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。他的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置到從Verf(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。

　　采樣電路采用電流型電流互感器采樣交流電流，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)I-V變換，I-V變換的輸出電壓通過(guò)電壓比較器進(jìn)行比較。

　　電源電路采用阻容降壓電路。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)限制最大工作電流。例如，在50Hz的工頻條件下，一個(gè)1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180歐姆。當(dāng)220V的交流電壓加在電容器的兩端，則流過(guò)電容的最大電流約為70mA。雖然流過(guò)電容的電流有70mA，但在電容器上并不產(chǎn)生功耗，因?yàn)槿绻娙菔且粋€(gè)理想電容，則流過(guò)電容的電流為虛部電流，它所作的功為無(wú)功功率。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們?nèi)绻谝粋€(gè)1uF的電容器上再串聯(lián)一個(gè)阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個(gè)阻性元件的特性。

　　繼電器驅(qū)動(dòng)電路采用的線圈側(cè)電壓為5V的繼電器，用S8050驅(qū)動(dòng)繼電器。

　　狀態(tài)顯示和報(bào)警電路采用LCDl602液晶顯示系統(tǒng)的狀態(tài)信息。LCD1602是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。(16列2行)。

　　3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　軟件架構(gòu)如圖7所示，系統(tǒng)上電時(shí)處于普通模式，可以通過(guò)模式切換鍵來(lái)選擇不同的模式。定時(shí)中斷檢測(cè)是否有功能鍵K1按下，通過(guò)功能鍵K1選擇插座的不同功能。當(dāng)功能鍵沒(méi)有按下時(shí)進(jìn)入智能節(jié)能模式，系統(tǒng)實(shí)時(shí)的檢測(cè)主機(jī)接口電流，當(dāng)檢測(cè)到得主機(jī)電流小于設(shè)定的電流值時(shí)斷開受控插座，否則當(dāng)功能鍵K1被按下時(shí)進(jìn)入智能定時(shí)模式，并通過(guò)加減按鍵K2、K3設(shè)定定時(shí)開關(guān)的時(shí)間。

　　圖7 系統(tǒng)軟件

　　3.4 系統(tǒng)軟件流程

　　主程序主要完成對(duì)I/O，定時(shí)器的初始化、讀出存儲(chǔ)在E2PROM中的系統(tǒng)參數(shù)，同時(shí)根據(jù)模式設(shè)定進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。該插座可運(yùn)行于3種模式：智能定時(shí)模式、智能節(jié)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(shù)的測(cè)量主要由中斷服務(wù)程序定時(shí)完成。其流程運(yùn)行圖見圖8

　　圖8 程序運(yùn)行流程圖

　　3.4 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

　　以P4雙核計(jì)算機(jī)和17寸顯示器為例，顯示器待機(jī)功耗為5W，待機(jī)電流約25mA。則顯示器待機(jī)一個(gè)月浪費(fèi)3.6度(5W×24×30=3600W=3.6度)，按一度電0.8元計(jì)算的話，則一個(gè)月浪費(fèi)2.88元，按用戶一年使用10個(gè)月計(jì)算，則一年浪費(fèi)28.8元，假如有兩臺(tái)這樣的計(jì)算機(jī)的話，則一年浪費(fèi)57.6元。根據(jù)我們對(duì)市場(chǎng)的調(diào)查和預(yù)算，我們所設(shè)計(jì)的節(jié)能型插座的成本在50元左右。因此，對(duì)節(jié)能型插座的研究很有經(jīng)濟(jì)效益。

　　將設(shè)計(jì)的插座按圖9方式連接測(cè)試，采用P4雙核計(jì)算機(jī)和17寸顯示器進(jìn)行測(cè)試，顯示器待機(jī)功耗為5W，待機(jī)電流約25mA。進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)后，按插座上的采樣按鈕，將此計(jì)算機(jī)的待機(jī)電流采樣存進(jìn)E2PROM，測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)后，插座可以有效的切斷顯示器的電源。

　　圖9 測(cè)試方案