基于单片机的定时开关智能插座docx

  哈尔滨华德学院本科毕业设计（论文） PAGE 1 PAGE II 摘要 随着现代技术的迅猛发展，基于单片机的定时开关智能插座正在逐渐的得到普遍应用。定时功能智能插座正在逐渐步入寻常百姓的日常家庭生活之中。定时功能插座在人们日常生活中扮演着重要的角色，它的一些功能也在逐步地让人们享受着作为智能插座所给生活带来的安全性、舒适性以及便利性，特别是自身所具有的节能环保的一些独特优势。智能插座是智能家居构成系统中最基本同时也是必不可缺少的设备之一，它具有自主提前定时，自动通断电以此来实现节能省电的特点，用户都能够根据家庭实际需要随意提前设定智能插座的通电时间或断电时间从而满足自己的生活需要。在本设计中选取基于8位8051内核的STC89c52 单片机作为主控芯片，以LCD1602 作为人机交互的可视介质，实现了单组定时功能，并且可通过对继电器的控制达到自动导通或断开电路的目的。继电器控制模块是整个智能插座系统模块设计中最终的受控单元，相当于一个电路开关，用来实现导通或断开电路。 关键词：单片机；定时功能插座；继电器 Abstract With the rapid development of modern technology, the timing switch intelligent socket based on MCU is gradually widely used. Timing function intelligent socket is gradually stepping into the daily life of ordinary people. Timing function socket plays an important role in peoples daily life. Some of its functions are gradually making people enjoy the safety, comfort and convenience brought to life by intelligent socket, especially some unique advantages of energy conservation and environmental protection. Smart socket is one of the most basic and indispensable devices in the smart home system. It has the characteristics of self timing in advance, automatic power on and power off to achieve energy saving and power saving. Users can set the power on time or power off time of smart socket in advance according to the actual needs of the family to meet their life needs. In this design, STC89C52 single chip based on 8-bit 8051 core is selected as the main control chip, LCD1602 is used as the visual medium of human-computer interaction to realize the single group timing function, and the purpose of automatic on-off circuit can be achieved through the control of relay. The relay control module is the final controlled unit in the design of the whole intelligent socket system, which is equivalent to a circuit switch to realize the on or off circuit. Keywords: MCU；timing function socket；relay 哈尔滨华德学院本科毕业设计（论文） PAGE IV 目录目录内容中的一级标题采用小四号黑体，其余采用小四号宋体，行距18磅，页码采用 目录内容中的一级标题采用小四号黑体，其余采用小四号宋体，行距18磅，页码采用Times New Roman。目录中“摘要”、“致谢”、“结论”字间无空格，自动生成后，需手动删掉空格。且Abstract与第1章之间空一行。 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 当前国内外的相关研究现状 1 1.3 定时开关的应用 2 1.4 本次设计的主要内容和相关章节安排 3 第2章 插座智能控制定时功能系统模块设计 4 2.1 智能开关定时系统设计的具体方案 4 2.2 插座智能定时系统的相关工作流程 4 本章小结 5 第3章 插座定时功能的硬件电路设计 6 3.1 STC89C52概述 6 3.2主控制器及最小系统 8 3.3 DS1302时钟电路 9 3.4 DS18B20测温电路设计 11 3.5 LCD1602显示电路设计 11 3.6 74HC138译码器电路设计 12 本章小结 14 第4章 软件设计 15 4.1插座定时功能的电源电路 15 4.2外部中断子程序设计 16 4.3继电器的内部电路子程序设计 17 4.4温度测量的子程序设计 18 4.5系统总程序设计 19 本章小结 20 第5章系统实物调试 22 5.1硬件调试 22 5.2软件调试 23 本章小结 25 结论 26 致谢 27 参考文献 28 附录1 译文 29 附录2 英文参考资料 32 PAGE 1 PAGE 2 PAGE 10 绪论 课题背景 自从单片机问世以来，凭借其可靠性，低功耗以及高效率的工作运行环境的种种适应能力，现在已经大范围的应用于各个生产生活的管理控制的领域。并且凭借单片机的自动控制开关的产品却是未进入大规模应用的阶段，尚不成熟的相关这类的产品设计以及普通民众对此类产品的可用性与安全稳定性仍存在一定的担忧。因此，本次设计将紧紧着眼于当前市场的各种内在化需求，努力争取将该设计做到创新与实用的结合。 现今时代随着新材料、新工艺、的不断拖涌而出，为保证产品的稳定性和可靠性，于是人们通过收集材料来做试验的设备来获得相关材料性能和产品。电子行业中单片机具有十分重要的作用。 现如今时代，单片机已经可成为用于分析相关电子电路不可或缺的工具。由于单片机技术从自发展以来到至今为止它已将近走过20年的发展过程 。自单片机有关技术的卓越发展凭借以微处理器(MPU)的技术和大规模的集成电路的有关技术的发展作为先导，凭借其广泛的灵活应用领域来进行拉动，所能够反映出来的较微处理器就变得更具有其个性化的发展形态趋势。小到所谓遥控电子玩具，再大到相关航空航天技术等有关电子领域都有单片机的影子。其针对52单片机的技术在这个电子行业领域，尤其是自动化方面的相关等应用，为了可以做到满足广大消费者、工作者、、爱好者以及相应的产品开发者能够迅速掌握单片机的有关应用，于是就决定产生52单片机开发板。以此来方便各位用户需求。 所以在此就可以看出单片机在相关电子领域的重要程度，它是完全可以担任作为一个电路系统设计主控元件的角色，再结合继电器，红外遥控等远程控制，单片机现在已经在社会各个方面随处可见，成为满足人们对追求美好生活不可或缺的重要组成部分。 当前国内外的相关研究现状 就智能控制定时开关目前已经能够广泛大规模的应用与汽车、工业生产和仓储管理等无人监控的相关领域；与此同时，即使目前已经有一部分的新推出的家用电器已经具备此类功能了，但就目前的情况而言，现在目前数量更大的传统旧款的家用电器和老旧的公共照明设施来说，普遍都仍停留在机械式的开关和老式的电子式定时开关。所以，即使市场上都有着各式各样的可以相互替代的替代产品，但就目前的情况来看，这些产品的部分功能都还存有许多瑕疵之处。经过对这类课题背景下的相关充分的产品需求的调研和仔细的可行性考虑下，这类课题还有很大的上限和创新的空间。 智能定时的功能插座是物联网家居中最基本的，它的内部可以内置无线连接等相关模块，并且它可以通过智能定时的客户端来进行相关功能的智能插座，它基本的功能就是完全可以通过客户端进而来遥控智能插座的通断电流，以此来设定插座的内部开关。智能定时的安全插座，可以说是一种全方位新理念的智能定时系统。系统智能定时安全插座。这类产品是属于集一路能够可编程(PLC)的自动控制又可以做到安全节能，转换器和电器的智能化待机节电只能定时插座于一体的新型智能定时安全插座。这种类型的智能定时安全插座主要的功能就是可以节电、安全，省时，并且能够很大限度的做到节约系统资源。主要的用途是用于家用和办公用的家用电器，只要将智能的IC芯片插入智能定时插座中就可以能做到自动在线精确检测电流的相应变化进而实现用电器待机来进行自动断电，以此来解决待机能耗等相关问题。这种类型的智能定时安全插座经常采用远程红外线感应的方式来进行开启电源电路，不需要改变人们所原有使用用电器的习惯惯性，使用起来更加更方便、简单、绿色。真正能够做到省电又省时。并且它的内部可以设防雷电、防高压、防短路、防过载等等相关的防护措施功能，可以真正的做到安全稳定。 这种智能定时安全插座等相关系列插座它可以做到自动精确的检测用电器的电流变化进而进行断电，来以此彻底消除待机的能耗问题，节能减排、绿色环保。 智能定时安全插座，现在的情况通常是指内置的Wi-FI模块，是可以通过智能手机的相应客户端以此来进行功能操作的智能定时安全插座，它的最基本的功能是可以通过手机的客户端可以远程遥控插座的通断电流，来设定插座的定时开关。 定时开关的应用 智能控制定时开关可用于各种需要按时能够自动开启和关闭的电器等相关设备。能够广泛适用于企事业单位和广大家庭，尤其是针对人体伤害环境等等，如医院，餐饮,幼儿园等单位的化工厂所，紫外线消毒间，及含有大量辐射区域，必须做到避免人员直接进入内部开启和关闭开关，从而防止频繁遭受伤害。 同时智能控制定时开关还适合各种养殖场，孵化间，鱼缸，座位浇灌，鱼塘供养等场所。一次相关操作，就可以做到每天自动循环来保证灯光照射及其投喂饲料的时间和次数等功能，这就减少了大量人力，并且做到避免因人为失误 智能控制定时开关可以为充电电池必备。尤其是针对电动车电池在整辆车中价值比例非常高，如果长时间充电就会大大减少电池的寿命。但是配上本产品，就即保证了满额充电，也就不会在电池充满电之后却还处于通电状态，这就对电池的保护起到了极大地推动作用。 从古代的某些相关建筑、计时器（如滴水计时等，当水滴达到一定量时就会引发机关来进行报时），再到近代所应用的定时炸弹，以及今日的手机电脑定时开关机等，这都无一例外采用了定时开关。 例子：学校的课铃就是采用智能控制定时器来进行定时，当条件满足（即达到时间设定的)时，电源就会接通，从而使电铃打开从而就发出铃声的原因。 本次设计的主要内容和相关章节安排 结合该领域的研究的目前状况与当前单片机应用的性能，本次设计课题将主要围绕以下内容来进行展开 一、作为本次课题设计的第一步，应该首先完成对该课题的前期调研研究，确定它的应用需求以及对该类课题的可行性的分析，争取能够更好的了解各个设计的相关细节，解决用户所需求的急切问题； 二、定时的智能定时开关控制是本次设计的主要内容，因此就应该在先设计出能够作为时间基准的时钟模块为基础，然后在这个基础之上，再完成对智能控制定时时间的设定，时钟校验时间以及模式切换功能或模块的相关设计。由此，在已初步完成定时时钟的功能之后，为后续功能完善再继续做好基础； 三、在上一步的基础之上，再接着完成受控电路的相关设计，根据定时时钟的开关来判断结果，单片机在端口处给出控制信号的电平，以此对外围的受控电路进而进行控制。 另外，更值得注意的是，由于可能会存在单片机IO口的电平低于外围的模拟器件的驱动电平等问题出现，因此，在对受控期间进行电平上拉是一个必须注意的问题。 插座智能控制定时功能系统模块设计 本文设计一个基于STC89C52单片机控制的智能定时插座，设计要求如下：实现24小时之内任意时间段的定时功能，在完成定时时间后，能够做到自动切断电源，发出“嘀”的报警声后，利用光敏电阻器件和温度的控制，能够可以用来检测白天和黑夜，能做到随意选择两种模式切换之间的控制，温度过高自动保护等等，从而具有更加方便和节能的效果。 智能开关定时系统设计方案 就对定时插座的研究与设计的课题研究，它具有很多的优越性。基于单片机控制的智能定时插座的功能，再加上光敏和温度器件，电路设计就变得更加简单，功能也变得更加强大，时间控制也就精确度更高。 采用STC89C52单片机，本次设计选择了LCD1602液晶显示时间、温度及光照强度的插座的工作状态，本次设计选择独立按键，能够方便的实现对远程定时时间和光照等相关设定的调节，选择了SONGLSRD-05VDC-SL-C继电器，能够在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用功能，它能够实现小电压控制大电压的目的，就使用光敏电阻，它不仅可以检测白天和黑夜，光敏电阻也能检测到当前环境的精确状态，反馈至单片机进而控制继电器的闭合与断开状态。就使用DS18B20温度计，它可以提高智能定时插座的安全系数，来防止出现温度过高或者火灾等不安全相关因素，采用DS1302时钟芯片，它更能够准确的实现对时间的远程定时，采用5v蜂鸣器来实现插座工作状态的提醒。 2.2插座智能定时系统的相关工作流程 本次设计选择利用STC89C52RC单片机来实现目的，通过按键定时开关来选择控制模式，系统默认为时间模式，当定时开关按下时，系统将自动选择光强度模式。当用户选择时间模式时，当按下开关键时，可由此进行时间定时的时间段设置，可以做到自由远程自由切换。再按下时间选项开关时，可以进行时间调整的小时设计，也可以精确到分钟计时，再按下开关键时，可进行时间调整的分钟定时功能，当然，本系统还可以对时间的加减进行设定，把时间设定好以后，再按下返回键则就可以恢复正常的时间和设定系统定时时间。当用户选择光强度模式的时候，系统可以随光强度的强烈程度来进行变化，能做到自由切换，相比较以往的定时开关而言更加简洁方便。例如系统设置的光强度阈值为30，当光强度低于30时，那么系统的用电设备不工作。该系统也可以重新设定光强度阈值，按下开关键，按下定时键，再按精确分时的定时键，用光强度调节键对光强度重新设定阈值，把阈值设定好后，再按下返回键则恢复正常的时间调节界面和光强度的阈值。1602液晶能够显示系统定时时间和阈值，当系统定时时间到，驱动继电器来断开插座，以此来达到切断的目的，与此同时液晶显示OFF，指示灯显示熄灭，就能够听到蜂鸣器发出“嘀”的短暂报警声。如图2-1所示。 图2-1 智能插座工作流程图 本章小结 本章首先介绍了智能开关定时系统简单的工作流程，一个基于STC89C52单片机控制的智能定时插座，该单片机在定时功能插座的功能和本系统简单的工作设计要求。其次还分析了该智能开关定时系统的设计方案，它包含了光敏、温度器件、STC89C52单片机、LCD1602液晶显示、报警器、SONGLSRD-05VDC-SL-C继电器和DS18B20温度计等相关仪器在本次设计中担任的角色。最后介绍了智能插座定时系统等相关工作流程。详细介绍了如何进行按键定时和各种按键定时的使用方法。 插座定时功能的硬件电路设计 就目前当今定时插座大多数只能进行单次定时功能，这一特性却是往往不适合用于一些特殊固定时段的定时场合，如热水器、饮水机、电视机、路由器的夜间定时断电等。所以， 本次设计在结合单片机技术的相关基础上，提出了一系列可周期循环定时的智能定时插座系统的设计方案，它的其功能主要就是负责相关系统各项参数的稳定输入，其主要包括时间参数和功能参数两个重要的组成部分。这其中时间参数就主要涉及到时、分、秒等相关参数，其功能主要适用于修改当前的时间和设置定时的时间。本次设计系统的功能参数主要涉及到完成时间参数所输入所需的一些辅助功能，如模式选择、设置、确定、取消、光标左移、右移等等要求指标。本次设计系统通过模式选择，可以将系统分别设置在时钟模式模块和定时模式模块两种工作状态下。在时钟模式状态下，系统的功能就往往类似于一个实时时钟。在定时功能模式下，系统则具备定时功能。 STC89C52概述 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器、具有8K在系统可编程Flash储存器。实用Atmel公司高密度非易失性储存器技术制造，和工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序储存器在系统可编程的设计。亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使STC89C52为众多嵌入式控制使用系统提供高灵活，超有效地解决方案。 STC89C52 是宏晶公司生产的40 引脚双列直插芯片，具有体积小、重量轻、单一电源、功能强、价格低廉、运算速度快、抗干扰能力强、可靠性高等优点，特别适用于实时测控系统，应用领域很广，已成为传统工业技术改造、各类产品更新换代、实现自动化智能化的理想控制核心。 本次设计采用的STC89C52单片机主要性能如下所示；如图3-1所示； （1）和MCS_51单片机产品兼容 （2）8K字节在系统可编程Flash存储器 （3）1000次擦写周期 （4）全静态操作：0Hz~33Hz （5）三级加密程序存储器 （6）32个可编程I/O口线）全双工UART串行通道 （10）低功耗空闲和掉电模式 （11）掉电后中断可唤醒 （12）看门狗定时器 图3-1单片机STC89C52功能图 主控制器及最小系统 STC89C52是宏晶公司生产的40引脚双列直插芯片，STC89C52单片机片内部集成了512字节程序的运行空间、8K字节Flash的存储空间，支持最大64K外部的存储扩展。系统能够根据不同的运行速度和功耗等等各种要求需要,它的时钟频率可以设置在0-33M之间，而且可以实现自由切换。片内部资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护等。可以在4V到5.5V宽电压范围内进行正常工作。具有得天独厚的优点，即体积小、重量轻、单一电源、低功耗、功能强、价格低廉、运算速度快、抗干扰能力强、可靠性高等优势，所以特别适用于进行实时测控系统，应用领域可以说非常广泛，现在目前已经成为传统工业优良技术改造，现今，随着时代的进步，社会的变迁，各类产品也跟新换代，慢慢实现自动化智能化的理想模型。如图3-2STC89C52引脚图； 其内部包含以下功能部件： a.8位CPU； b.振荡器和时钟电路； c.8k字节的程序存储器EPROM； d.256字节的数据存储器RAM； e.可寻址外部存储器和数据存储器各64字节； f.20多个特殊功能寄存器； g.32线并行I/O口； h.一个全双工串行I/O口； i.3个16位定时器/计时器； 图3-2 STC89C52引脚图 3.3 DS1302时钟电路 系统设计中的时钟模块将准备采用DS1302?时钟芯片进而来实现计时能。DS1302是一种高效率的时钟智能芯片，能够做到自发的对秒、分、时、日、周、月、年来进行精确计数，而且精度非常高,?经常适用于高速数据暂存31×8 RAM，其工作的电压在2.5 V~5.5 V范围内，2.5 V?时的耗电300?nA。常常采取这种具有针对性的时钟芯片可以做到更精确地实现定时插座的定时目的，最重要的是定时准确而又不占用太多的系统资源。所以本次系统决定采DS1302?作为计时器，从而实现系统智能定时插座在24?小时内的任意时间的可变定时一小时内的固定模式定时。可以做到自由切换，用起来非常方便。这样可以使得定时变得更加准确、方便，节约系统资源，同时系统在程序编写方面上也就能变得相对简单。本次系统设计将决定采用DS1302时钟芯片[2]来实现精确计时。DS1302芯片是一款高性能高效率的时钟芯片，它能做到可自动对时间进行计数，而且精度非常高，其工作电压经常在2.5V～5.5V之间，决定采用这种具有针对性的时钟芯片能做到精确地实现定时插座的定时目的，定时准确而且它自己不占用太多系统资源。系统采取DS1302作为计时器，进而实现系统智能定时功能插座能够在24小时内实现任意时间内的可变定时。这样就可以使得定时更加准确，方便，节约系统资源等好处。由于X1和X2是振荡源，外接32.768KHz晶振，VCC1接干电池，所以作为后备电源。单片机P2口上的高3位分别接触时钟芯片的SCK（时钟输入端），I/O（数据输入输出信

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