一、項目概述

1.1 引言

目前，節(jié)能已經(jīng)成為我國當(dāng)前和以后急需解決的問題。解決待機能耗是節(jié)能的一個重要組成部分。部分家電外部設(shè)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支，也造成電力資源的極大浪費。人們有時候在離開時并沒有斷開電源，或只把主設(shè)備斷電或關(guān)機，一般設(shè)備的外部設(shè)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(shè)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處于正常工作或待機狀態(tài)。人們經(jīng)常會忽視此類情形下待機設(shè)備所耗的電能。

本著節(jié)能減排的原則，此次設(shè)計中將普通插排改進成智能型插排?？梢愿鶕?jù)主設(shè)備的工作狀態(tài)將外部設(shè)備自動斷電或通電。

1.2 項目背景/選題動機

針對解決待機功耗的問題，市場上已經(jīng)有了一些定時插座，這些產(chǎn)品存在很多不足。有的定時機構(gòu)過于簡單，不能做多天或周期性的設(shè)定。有的是用普通繼電器給控制電路供電，在通電或斷電時需要給線圈供電，本身就需要而外的能量，功耗較大。有的功能單一，使得插排的性價比較低。

此次設(shè)計的智能節(jié)能插排。除了實現(xiàn)定時接通關(guān)斷和自動接通和關(guān)斷外部設(shè)備之外還具有日期時間顯示，電能記錄（包括日用電量，月用電量）以及實時功率顯示功能。在硬件不增加的條件下，實現(xiàn)更多的功能，提高設(shè)備的性價比。

二、需求分析

2.1 功能要求

基于AVR為主控制器的智能節(jié)能插排結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本次設(shè)計中主要實現(xiàn)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（只能有一個主插口）、輔助插口（可以設(shè)置多個，隨主插口動作）、普通插口（不隨主插口動作，一直處于接通狀態(tài)）。

2、能對任意一個插口進行單獨的定時。包括接通時間和斷開時間。

3、能夠?qū)崿F(xiàn)功率的粗略計算以及電能的累加，此功能是否啟動由按鍵設(shè)定。

4、系統(tǒng)在主設(shè)備斷電以及無需電能計算時，控制系統(tǒng)自動進入到休眠。液晶在無按鍵操作5S后自動關(guān)閉顯示。降低整個系統(tǒng)的功耗。

5、在檢測到整體電流或單個插口電流過大時，對設(shè)備斷電和報警，以保護設(shè)備。此電流可以由使用者通過鍵盤進行設(shè)定。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu).

2.2 性能要求

系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性：系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。不會出現(xiàn)死機、無緣無故重啟等現(xiàn)象。檢測到異?，F(xiàn)象時能夠正確及時的做出相應(yīng)動作。

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

系統(tǒng)的低功耗特性：系統(tǒng)在主設(shè)備斷電以及無需電能計算時，能夠控制系統(tǒng)自動進入到休眠狀態(tài)。液晶在無按鍵操作5S后能夠自動關(guān)閉顯示。只有當(dāng)再次按鍵時才會再次顯示。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

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

3.2 硬件平臺選用及資源配置

本次設(shè)計欲采用ATMEL公司的ATmega64作為主控制器，此芯片是一款高性能、低功耗的8位AVR微處理器。具有64K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，滿足設(shè)計程序的存儲空間；

2K字節(jié)的EEPROM，能夠?qū)崿F(xiàn)掉電非易失數(shù)據(jù)的保存；有8路10位ADC可滿足電流采樣；53 個可編程的I/O口滿足控制端口；以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。

3.4 系統(tǒng)軟件流程

如圖3所示為系統(tǒng)軟件流程圖。系統(tǒng)未進入睡眠狀態(tài)之前一直處于檢測電流、比較和顯示的循環(huán)狀態(tài)。當(dāng)條件符合時，系統(tǒng)自動進入睡眠狀態(tài)，降低功耗。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

3.4 系統(tǒng)預(yù)計實現(xiàn)結(jié)果

插排上的所有端口都可以配置成三種狀態(tài)?？蓪崿F(xiàn)對任意一個插口進行單獨的定時。包括接通時間和斷開時間?？梢詫崿F(xiàn)功率的粗略計算以及電能的累加，此功能是否啟動由按鍵設(shè)定。在主設(shè)備斷電和沒有電能計算時，控制系統(tǒng)可以自動進入到睡眠狀態(tài)。液晶在無按鍵操作5S后自動關(guān)閉顯示。在檢測到整體電流或單個插口電流過大時，實現(xiàn)對設(shè)備斷電和報警，以保護設(shè)備。此電流可以由使用者通過鍵盤進行設(shè)定。