DIY一個(gè)紅外舒適型節(jié)能電源插座的設(shè)計(jì)，給你詳細(xì)的軟硬件架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方案

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

圖2為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以AVR mega 48為控制核心，外圍電路主要由電流采樣電路、模／數(shù)轉(zhuǎn)換參考電壓電路、狀態(tài)顯示電路、鍵盤輸入電路構(gòu)成。電流采樣電路用于檢測計(jì)算機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和過流保護(hù)；數(shù)／模轉(zhuǎn)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(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)；鍵盤輸入實(shí)現(xiàn)普通插座與智能插座的切換、設(shè)置待機(jī)臨界電流值、設(shè)置分段開關(guān)的時(shí)間點(diǎn)。計(jì)算機(jī)主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)通過主機(jī)接口的電流互感器檢測，過流保護(hù)通過另一互感器檢測，當(dāng)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(duì)外設(shè)起到保護(hù)作用。由于互感器的感應(yīng)電流較小，在數(shù)／模轉(zhuǎn)換過程用對(duì)參考電壓的要求較高，該設(shè)計(jì)采用帶隙恒壓源TL431作為A／D轉(zhuǎn)換的參考電壓。不同的計(jì)算機(jī)主機(jī)的待機(jī)電流可能不同，因此通過外部鍵盤可以采樣待機(jī)電流為臨界值，同時(shí)可以設(shè)置插座作為普通插座使用。另外，當(dāng)用戶主動(dòng)關(guān)閉主機(jī)（電腦、電視）時(shí)，單片機(jī)控制主控接口斷開，使主機(jī)斷電。當(dāng)用戶再次要使用插座時(shí)，通過遙控器給插座發(fā)送紅外信號(hào)，觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷，控制主控接口接上。也可通過按鍵觸發(fā)單片機(jī)中斷，控制主控接口接上。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

①電流采樣電路和過流保護(hù)電路

該設(shè)計(jì)采用電流型電流互感器采樣交流電流，一路采樣主機(jī)接口電流實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制，另一路采樣受控接口電流實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。電流互感器的輸出信號(hào)經(jīng)過I-V變換后用mega 48采樣，根據(jù)互感器的變比系數(shù)可以計(jì)算出電流的有效值。I-V變換的輸出電壓經(jīng)過比較器后，若達(dá)到過流極限(設(shè)定為10 A)則觸發(fā)外部中斷，經(jīng)過中斷程序處理判斷是否達(dá)到過流值并執(zhí)行過流保護(hù)動(dòng)作。電路圖如圖3：

圖3 電流采樣電路和過流保護(hù)電路圖

②電源電路

單片機(jī)的工作電壓和繼電器的線圈側(cè)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在電源斷開后為C3提供放電回路；R4為限流電阻；經(jīng)過全波整流后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(dá)到100 mA以上。由于為非隔離電源，使用過程中零電位不能與大地相連。

③繼電器驅(qū)動(dòng)電路

受控插座的通斷是由繼電器控制的。該設(shè)計(jì)采用的線圈側(cè)電壓為5V的繼電器，用S8050驅(qū)動(dòng)繼電器。mega 48具有較強(qiáng)的I／O驅(qū)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為繼電器斷開時(shí)提供放電回路。如圖5所示。

圖5 繼電器驅(qū)動(dòng)電路

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鍵沒有按下則系統(tǒng)實(shí)時(shí)的檢測主機(jī)接口電流，當(dāng)檢測到得主機(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。