DIY一个红外舒适型节能电源插座的设计，给你详细的软硬件架构及实现方案

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

图2为系统硬件结构图，该系统硬件结构以AVR mega 48为控制核心，外围电路主要由电流采样电路、模／数转换参考电压电路、状态显示电路、键盘输入电路构成。电流采样电路用于检测计算机的运行状态和过流保护；数／模转换参考电压电路为电流的采样提供参考；状态显示电路表明插座当前的运行状态；键盘输入实现普通插座与智能插座的切换、设置待机临界电流值、设置分段开关的时间点。计算机主机运行状态通过主机接口的电流互感器检测，过流保护通过另一互感器检测，当电流大于额定电流一定时间时切断受控插座的电源，对外设起到保护作用。由于互感器的感应电流较小，在数／模转换过程用对参考电压的要求较高，该设计采用带隙恒压源TL431作为A／D转换的参考电压。不同的计算机主机的待机电流可能不同，因此通过外部键盘可以采样待机电流为临界值，同时可以设置插座作为普通插座使用。另外，当用户主动关闭主机（电脑、电视）时，单片机控制主控接口断开，使主机断电。当用户再次要使用插座时，通过遥控器给插座发送红外信号，触发单片机产生中断，控制主控接口接上。也可通过按键触发单片机中断，控制主控接口接上。

图2 系统硬件结构图

①电流采样电路和过流保护电路

该设计采用电流型电流互感器采样交流电流，一路采样主机接口电流实现开关控制，另一路采样受控接口电流实现过流保护。电流互感器的输出信号经过I-V变换后用mega 48采样，根据互感器的变比系数可以计算出电流的有效值。I-V变换的输出电压经过比较器后，若达到过流极限(设定为10 A)则触发外部中断，经过中断程序处理判断是否达到过流值并执行过流保护动作。电路图如图3：

图3 电流采样电路和过流保护电路图

②电源电路

单片机的工作电压和继电器的线圈侧电压为5 V直流电压，考虑成本和空间因素，采用阻容降压的方式产生。其降压电路图如图4所示：

图4 阻容降压电路图

图中：C3为CBB降压电容；_R13在电源断开后为C3提供放电回路；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。为了满足继电器吸合时的电流要求，取C3的值为1μF，最大电流可以达到100 mA以上。由于为非隔离电源，使用过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控制的。该设计采用的线圈侧电压为5V的继电器，用S8050驱动继电器。mega 48具有较强的I／O驱动能力，R17起到限流作用；下拉电阻R18可以避免继电器误动作；D12为继电器断开时提供放电回路。如图5所示。

图5 继电器驱动电路

④键盘电路

共有四个按键K0、K1、K2和K3，用于设定普通插座和智能插座的功能转换和需要定时开关时的时间设定。模式切换键K0用于智能模式与普通模式间的转换。当K0键按下进入智能模式时，检测K1键若K1键被按下则系统进入定时开关模式，若K1键没有按下则系统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。并通过加减按键K1、K2设定定时开关的时间。

⑤状态显示和报警电路

该设计采用LCDl602液晶显示系统的状态信息，包括是否采用智能控制，主机运行状态、受控口状态。LCDl602采用7线驱动法，接1 kΩ电阻到地，用于调节液晶显示对比度。同时具备有声光告警功能，当出现过流或则定时切断时间到时，相应的发光二极管闪烁以及蜂鸣器告警，并执行相应的动作。