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一、項目概述 1.1 引言 目前，節能已經成為我國當前和以后急需解決的問題。解決待機能耗是節能的一個重要組成部分。部分家電外部設備(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，或只把主設備斷電或關機，一般設備的外部設備容易被人忽略，常常處于待機狀態。例如：電腦已經關機，而連接在主機上的顯示器、掃描儀、打印機、音響等外部設備很有可能還處于通電狀態。電視機已經關機，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。人們經常會忽視此類情形下待機設備所耗的電能。 本著節能減排的原則，此次設計中將普通插排改進成智能型插排。可以根據主設備的工作狀態將外部設備自動斷電或通電。 1.2 項目背景/選題動機 針對解決待機功耗的問題，市場上已經有了一些定時插座，這些產品存在很多不足。有的定時機構過于簡單，不能做多天或周期性的設定。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。 此次設計的智能節能插排。除了實現定時接通關斷和自動接通和關斷外部設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，實現更多的功能，提高設備的性價比。 二、需求分析 2.1 功能要求 基于AVR為主控制器的智能節能插排結構圖如圖1所示。本次設計中主要實現如下功能： 1、插排上的所有端口都可以配置成三種狀態：主插口(只能有一個主插口)、輔助插口(可以設置多個，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)。 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、能夠實現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定。 4、系統在主設備斷電以及無需電能計算時，控制系統自動進入到休眠。液晶在無按鍵操作5S后自動關閉顯示。降低整個系統的功耗。 5、在檢測到整體電流或單個插口電流過大時，對設備斷電和報警，以保護設備。此電流可以由使用者通過鍵盤進行設定。 圖1 系統架構. 2.2 性能要求 系統運行的穩定性：系統能夠穩定運行。不會出現死機、無緣無故重啟等現象。檢測到異常現象時能夠正確及時的做出相應動作。 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。 系統的低功耗特性：系統在主設備斷電以及無需電能計算時，能夠控制系統自動進入到休眠狀態。液晶在無按鍵操作5S后能夠自動關閉顯示。只有當再次按鍵時才會再次顯示。 三、方案設計 3.1 系統功能實現原理 圖2 系統硬件結構框圖 系統的硬件結構圖如圖2所示。系統通過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。單片機根據所設定的主插口的電流大小判斷主設備是否關閉。如果主設備關閉，將所有輔助插口全部斷開，從而使外部設備斷電，降低待機功耗，達到節能的目的。通過計算得到各個插口所連接設備的功率和所用的電能。時鐘芯片為系統提供日歷時鐘信息。按鍵和液晶構成人機接口，液晶正常狀態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。出現過載現象時蜂鳴器發出報警信號。 3.2 硬件平臺選用及資源配置 本次設計欲采用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字節的系統內可編程Flash，滿足設計程序的存儲空間; 2K字節的EEPROM，能夠實現掉電非易失數據的保存;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 系統軟件流程 如圖3所示為系統軟件流程圖。系統未進入睡眠狀態之前一直處于檢測電流、比較和顯示的循環狀態。當條件符合時，系統自動進入睡眠狀態，降低功耗。 圖3 系統軟件流程圖 3.4 系統預計實現結果 插排上的所有端口都可以配置成三種狀態。可實現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。可以實現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定。在主設備斷電和沒有電能計算時，控制系統可以自動進入到睡眠狀態。液晶在無按鍵操作5S后自動關閉顯示。在檢測到整體電流或單個插口電流過大時，實現對設備斷電和報警，以保護設備。此電流可以由使用者通過鍵盤進行設定。 |
