一、项目概述
1.1 导言
现在可持续发展成为社会的主题，然后电器的节能与环保越来越受到重视。跟着电视机、计算机的运用越来越遍及，其节能与环保成为人们关怀的问题。该节能插座的规划运用AVR单片机来操控计算机外部设备电源接口的开或关，具有智能节能和守时开关功用，也可作为一般插座运用，充沛显现出规划的智能化与人性化。智能节能插座能有效地操控动力糟蹋，具有巨大的商场空间。
1.2 项目布景/选题动机
据有关部门查询，有近七成的居民家庭运用家电后不封闭电源，许多的居民不知道待机也会耗电。而因为电器关机没拔插头的原因，全国每年的耗电量非常惊人。电器待机耗电严峻糟蹋着动力。人们在封闭计算机、电视的时分，处在待机状况，待机能耗不光添加了顾客的日常电费开支，也使电力资源糟蹋极大，而且简单发生安全隐患。
为节省动力一起根绝用电时的安全隐患，咱们规划了此智能型节能插座：
(1)此插座在检测到主控设备(电脑主机、电视机)封闭后，能自动堵截其他插孔设备(打印机、DVD/VCD等)的电源。
(2)为添加其舒适性，添加了红外遥控，更显人性化;
(3)该智能节电插座还具有有分段守时开关的功用。该智能插座也能够经过功用转化作为一般插座运用，不影响其他设备的运用。
(4)该规划减少了待机功耗，节省了动力，减少了设备的辐射，具有杰出的节能环保特性。
二、需求剖析
2.1 功用要求
红外舒适型节能插座，具有智能节能和守时开关的功用，一起也能够作为一般插座运用。经过功用键挑选插座的不同功用。
①当处于智能节电形式时，单片机经过一路电流采样检测主机电流的巨细并与待机电流(因为不同的计算机待机电流巨细不一样，因而在运用前需采样主机的待机电流。首先将主机进入待机形式，经过形式按键进入中止后采样此刻的电流，并存入E2PROM中)比较，以此来判别计算机所在的的状况：当处于待机状况时，经过一路驱动电路把受控接口断开，然后使主机的外部设备断电，以抵达节能和环保的意图。处于正常作业形式时，经过驱动电路把接口接上。
②当处于守时开关形式时，能够经过键盘的加减设定守时开关的时刻，当守时时刻抵达时便断开受控插座，使外部设备断电。
③当处于一般插座形式时，即为一般的插座，不影响其他设备的运用。
④一起该插座具有过流维护的功用，当另一路的受控接口的采样电流大于外设的额定电流一⑤当用户自动封闭主机(电脑、电视)时，单片机操控主控接口断开，使主机断电。当用户再次要运用插座时，经过遥控器给单片机发送红外信号，触发单片机发生中止，操控主控接口接上。
2.2 功用要求
作业电压为AC220V/50HZ;运用电压规模为：AC175V-240V;最大负载电流11.336A;静态功耗小于0.5w;负载断电延迟时刻：12.0s+-2s;环境温度-40℃-85℃。
在用户正常运用计算机，使mega 48单片机处于休眠状况。当检测到的主机电流小于待机电流时，唤醒单片机，触发单片机的外部中止INT0，操控受控接口断开;在用户封闭计算机后，使mega 48单片机处于休眠状况，当用户再次要运用插座时，经过遥控器给插座发送红外信号，唤醒单片机，触发单片机的外部中止INT1，操控主控接口接上。也可经过按键触发单片机中止，操控主控接口接上。经过使单片机休眠，然后抵达了完全节能的意图。
三、方案规划
3.1 体系功用完成原理
图2为体系硬件结构图，该体系硬件结构以AVR mega 48为操控中心，外围电路主要由电流采样电路、模/数转化参阅电压电路、状况显现电路、键盘输入电路构成。电流采样电路用于检测计算机的运转状况和过流维护;数/模转化参阅电压电路为电流的采样供给参阅;状况显现电路标明插座当时的运转状况;键盘输入完成一般插座与智能插座的切换、设置待机临界电流值、设置分段开关的时刻点。计算机主机运转状况经过主机接口的电流互感器检测，过流维护经过另一互感器检测，当电流大于额定电流一守时刻时堵截受控插座的电源，对外设起到维护效果。因为互感器的感应电流较小，在数/模转化进程用对参阅电压的要求较高，该规划选用带隙恒压源TL431作为A/D转化的参阅电压。不同的计算机主机的待机电流或许不同，因而经过外部键盘能够采样待机电流为临界值，一起能够设置插座作为一般插座运用。别的，当用户自动封闭主机(电脑、电视)时，单片机操控主控接口断开，使主机断电。当用户再次要运用插座时，经过遥控器给插座发送红外信号，触发单片机发生中止，操控主控接口接上。也可经过按键触发单片机中止，操控主控接口接上。
①电流采样电路和过流维护电路
该规划选用电流型电流互感器采样沟通电流，一路采样主机接口电流完成开关操控，另一路采样受控接口电流完成过流维护。电流互感器的输出信号经过I-V改换后用mega 48采样，依据互感器的变比系数能够计算出电流的有效值。I-V改换的输出电压经过比较器后，若抵达过流极限(设定为10 A)则触发外部中止，经过中止程序处理判别是否抵达过流值并履行过流维护动作。电路图如图3：
②电源电路
单片机的作业电压和继电器的线圈侧电压为5 V直流电压，考虑本钱和空间要素，选用阻容降压的方法发生。其降压电路图如图4所示：
图中：C3为CBB降压电容;_R13在电源断开后为C3供给放电回路;R4为限流电阻;经过全波整流后D11将电压箝位在5.1V。C3在电路中的容抗XC为：XC=(1/2)πfc。为了满意继电器吸合时的电流要求，取C3的值为1μF，最大电流能够抵达100 mA以上。因为为非阻隔电源，运用进程中零电位不能与大地相连。
③继电器驱动电路
受控插座的通断是由继电器操控的。该规划选用的线圈侧电压为5V的继电器，用S8050驱动继电器。mega 48具有较强的I/O驱动才能，R17起到限流效果;下拉电阻R18能够防止继电器误动作;D12为继电器断开时供给放电回路。如图5所示。
④键盘电路
共有四个按键K0、K1、K2和K3，用于设定一般插座和智能插座的功用转化和需求守时开关时的时刻设定。形式切换键K0用于智能形式与一般形式间的转化。当K0键按下进入智能形式时，检测K1键若K1键被按下则体系进入守时开关形式，若K1键没有按下则体系实时的检测主机接口电流，当检测到得主机电流小于设定的待机电流时断开受控插座电源，小于设定的关机电流时断开主控插座电源。并经过加减按键K1、K2设定守时开关的时刻。
⑤状况显现和报警电路
该规划选用LCDl602液晶显现体系的状况信息，包括是否选用智能操控，主机运转状况、受控口状况。LCDl602选用7线驱动法，接1 kΩ电阻到地，用于调理液晶显现对比度。一起具有有声光告警功用，当呈现过流或则守时堵截时刻届时，相应的发光二极管闪耀以及蜂鸣器告警，并履行相应的动作。
⑥红外接纳和发送电路
图6为红外接纳发送电路，接纳电路由红外二极管、三极管9014及电阻组成。当未检测到红外信号时，红外接纳二极管电阻很大(近似于断路)，三极管9014处手截止状况，此刻 IR_RECEIVE端检测到高电平;当检测到红外信号时，红外接纳二极管电阻较小，这时三极管9014发射极正偏，集电极反偏，三极管处于扩大状况。红外信号经过共发射极电路扩大后输入到单片机，交给单片机进行处理。发送时，经过红外发送调制逻辑电路调制后的红外信号从单片机输出，红外信号经过三极管9014再次倒相扩大后从集电极输出，驱动红外发射管辐射出红外调制信号，然后完成红外遥控信号的再生。
3.2 硬件渠道选用及资源配置
该体系以AVR mega 48为操控中心。AVR微处理器是Atmel公司的8位嵌入式RISC处理器，具有高功用、高保密性、低功耗等长处，程序存储器和数据存储器可独立拜访的哈佛结构，代码履行效率高。该体系选用的mega 48v处理器包括有4 KB片内可编程FLASH程序存储器;512 B的E2PROM和512B RAM;一起片内还集成了看门狗;8路10位ADC;3路可编程PWM输出;具有在线体系编程功用，片内资源丰富，集成度高，运用方便。运用AVR mega 48v能够很方便地完成外部输入参数的设置、电流检测、作业状况的指示等。
参阅电压电路选用TL431作为A/D转化的参阅电压。TL431是一种并联稳压集成电路。因其功用好、价格低，因而广泛应用在各种电源电路中。德州仪器公司(TI )出产的TL431是一个有杰出的热稳定功用的三端可调分流基准源。他的输出电压用两个电阻就能够恣意的设置到从Verf(2.5V)到36V规模内的任何值。
采样电路选用电流型电流互感器采样沟通电流，输出信号经过I-V改换，I-V改换的输出电压经过电压比较器进行比较。
电源电路选用阻容降压电路。他的作业原理是运用电容在必定的沟通信号频率下发生的容抗来约束最大作业电流。例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所发生的容抗约为3180欧姆。当220V的沟通电压加在电容器的
