基于AVR单片机的智能插座的设计与实现

杨蓓莹，梁宝沧，刘昕彤，唐勇

（河北水利电力学院，河北沧州，061001）

0 引言

随着城市化进程的加快，智能家居越来越深刻的影响着我们的生活。随着用电设备在日常生活中的大量应用，用电器的工作情况越来越成收到用户的关注。以单片机技术为基础构成的电流及功率检测技术在用电器实时检测领域得到越来越多的应用。本文设计并实现了一个基于AVR单片机的智能插座,用于检测220V用电器工作时的实时电流和功率。智能插座由插座、AVR单片机、ZMCT103B/C电流互感器组成。是一种高效，远程化，低成本的智能插座解决方案，具有一定的实用性。

1 系统结构

基于AVR单片机的智能插座，主要由AVR单片机和ZMCT103B/C电流互感器组成，同时搭配了OLED屏幕进行显示。系统的工作过程为：

(1)ZMCT103B/C电流互感器监测到的交流高压电流数据按照一定比例输出交变电流。

(2)将产生的交变电流传到1千欧的电阻中得到和电流相关的交变电压。

(3)交变电压由单片机ADC转换接口传到AVR主控芯片中。

(4)AVR单片机检测出测量电压的最大值，经计算得到电流和功率。

(5)由OLED屏幕显示计算得到的电流和功率。

本智能插座控制电路与高压电路隔离，在保证安全的基础上，实现了对220V用电器的实时电流的准确检测。其系统框图如图1所示，系统流程图如图2所示。

图1 系统结构框图

图2 系统流程图

2 硬件电路

2.1 主控制器电路

系统主控制器选用AVR芯片，AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精简指令集高速8位单片机。可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。ATMEGA328芯片拥有32k SRAM和4M的FLASH, 完全可以满足系统对数据处理和存储要求。ATMEGA328芯片还提供了IIC，IIS，SPI, UART，ADC，PWM等接口，可以方便的挂载传感器和各种外设。电路图如图3所示。

2.2 电流互感器模块

在电流测量传感器的选择上，先后对ACS712，ZMCT103B/C和MAX471三种电流传感器进行了测试对比。三种传感器在电流测量上各有特点，MAX471体积小，测量稳定性好，但是只适用于直流电流的测量，而本项目是基于交变电流的电流测量项目，所以MAX471对本项目并不合适。ACS712体积小，对交变电流的测量范围大，使用方便，但是经过实际测试，基于霍尔原理的ACS712对磁性较为敏感，测量稳定度较差。ZMCT103B/C电流互感器，体积小，采用非接触式测量，经实际使用测量稳定性和准确度较好，因此，系统采用ZMCT103B/C电流互感器检测用电器工作电流。ZMCT103B/C电流互感器采用非接触试测量方式，安全稳定，有效解决了220V电路电流检测的困难。ZMCT103B/C电流互感器如图4所示。

图3 项目电路图

图4 ZMCT103B/C电流互感器

3 系统软件

图5 检测节点软件设计流程图

智能插座软件设计主要分为3个部分：AVR单片机通过ADC引脚获得电流数据；AVR单片机寻找电流最大值；将获得的电流数据和计算得到的功率数据在显示屏输出。软件设计流程图如图5所示。

4 结论

本系统将电流互感器与用电器供电线相连接。电流互感器可以检测用电器实时电流并按比例输出，并由AVR芯片ADC引脚输入主控芯片。AVR芯片计算得到用电器的实时电流及功率值，并由OLED屏幕显示。本智能插座检测控制电路与强电相隔离，使用安全、稳定。经过实际测试，本系统具有成本低，实时性强，性能稳定等优点，具有一定的使用价值。