基于AVR單片機的智能插座的設計與實現(xiàn)

楊蓓瑩，梁寶滄，劉昕彤，唐勇

（河北水利電力學院，河北滄州，061001）

0 引言

隨著城市化進程的加快，智能家居越來越深刻的影響著我們的生活。隨著用電設備在日常生活中的大量應用，用電器的工作情況越來越成收到用戶的關注。以單片機技術為基礎構(gòu)成的電流及功率檢測技術在用電器實時檢測領域得到越來越多的應用。本文設計并實現(xiàn)了一個基于AVR單片機的智能插座,用于檢測220V用電器工作時的實時電流和功率。智能插座由插座、AVR單片機、ZMCT103B/C電流互感器組成。是一種高效，遠程化，低成本的智能插座解決方案，具有一定的實用性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于AVR單片機的智能插座，主要由AVR單片機和ZMCT103B/C電流互感器組成，同時搭配了OLED屏幕進行顯示。系統(tǒng)的工作過程為：

(1)ZMCT103B/C電流互感器監(jiān)測到的交流高壓電流數(shù)據(jù)按照一定比例輸出交變電流。

(2)將產(chǎn)生的交變電流傳到1千歐的電阻中得到和電流相關的交變電壓。

(3)交變電壓由單片機ADC轉(zhuǎn)換接口傳到AVR主控芯片中。

(4)AVR單片機檢測出測量電壓的最大值，經(jīng)計算得到電流和功率。

(5)由OLED屏幕顯示計算得到的電流和功率。

本智能插座控制電路與高壓電路隔離，在保證安全的基礎上，實現(xiàn)了對220V用電器的實時電流的準確檢測。其系統(tǒng)框圖如圖1所示，系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 系統(tǒng)流程圖

2 硬件電路

2.1 主控制器電路

系統(tǒng)主控制器選用AVR芯片，AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精簡指令集高速8位單片機。可以廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。ATMEGA328芯片擁有32k SRAM和4M的FLASH, 完全可以滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理和存儲要求。ATMEGA328芯片還提供了IIC，IIS，SPI, UART，ADC，PWM等接口，可以方便的掛載傳感器和各種外設。電路圖如圖3所示。

2.2 電流互感器模塊

在電流測量傳感器的選擇上，先后對ACS712，ZMCT103B/C和MAX471三種電流傳感器進行了測試對比。三種傳感器在電流測量上各有特點，MAX471體積小，測量穩(wěn)定性好，但是只適用于直流電流的測量，而本項目是基于交變電流的電流測量項目，所以MAX471對本項目并不合適。ACS712體積小，對交變電流的測量范圍大，使用方便，但是經(jīng)過實際測試，基于霍爾原理的ACS712對磁性較為敏感，測量穩(wěn)定度較差。ZMCT103B/C電流互感器，體積小，采用非接觸式測量，經(jīng)實際使用測量穩(wěn)定性和準確度較好，因此，系統(tǒng)采用ZMCT103B/C電流互感器檢測用電器工作電流。ZMCT103B/C電流互感器采用非接觸試測量方式，安全穩(wěn)定，有效解決了220V電路電流檢測的困難。ZMCT103B/C電流互感器如圖4所示。

圖3 項目電路圖

圖4 ZMCT103B/C電流互感器

3 系統(tǒng)軟件

圖5 檢測節(jié)點軟件設計流程圖

智能插座軟件設計主要分為3個部分：AVR單片機通過ADC引腳獲得電流數(shù)據(jù)；AVR單片機尋找電流最大值；將獲得的電流數(shù)據(jù)和計算得到的功率數(shù)據(jù)在顯示屏輸出。軟件設計流程圖如圖5所示。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)將電流互感器與用電器供電線相連接。電流互感器可以檢測用電器實時電流并按比例輸出，并由AVR芯片ADC引腳輸入主控芯片。AVR芯片計算得到用電器的實時電流及功率值，并由OLED屏幕顯示。本智能插座檢測控制電路與強電相隔離，使用安全、穩(wěn)定。經(jīng)過實際測試，本系統(tǒng)具有成本低，實時性強，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，具有一定的使用價值。