1、基于單片機的家庭電源管理系統(tǒng)設計 作者:日期:個人收集整理勿做商業(yè)用途存檔日期：存檔編號：本科生畢業(yè)設計（論文）論文題目:基于單片機的家庭電源管理系統(tǒng)設計姓名：楊金祥學院：電氣工程及自動化學院專業(yè)：自動化班級、學號08電5108285018指導教師：甘良志江蘇師范大學教務處印制個人收集整理勿做商業(yè)用途 摘要本設計是基于單片機的家庭電源管理系統(tǒng)設計，由單片機AT89C52芯片、時鐘芯片DS1302、鍵盤、LED數(shù)碼管、繼電器控制電路及漏電保護為核心構成一個可以由用戶設定時間參數(shù)的家庭電源管理系統(tǒng)。通過LED數(shù)碼管顯示實時時間；用戶可以通過鍵盤設置時間參數(shù)，當實時時間達到用戶設定的時間參數(shù)的時候控

2、制繼電器動作，從而控制家用電器的接通或者關斷；另外系統(tǒng)具有漏電保護的功能.設計內容包括電源、按鍵、實時顯示、繼電器控制以及漏電保護等幾部分。電源是由220v經(jīng)過變壓器變壓、整流與濾波、7805穩(wěn)壓模塊，最后得到穩(wěn)定的5v輸出；實時時間的顯示是通過讀取DS1302中的時間數(shù)據(jù)最后顯示在數(shù)碼管上;繼電器控制電路中的繼電器采用5v繼電器；漏電保護主要包括：檢測元件（零序電流互感器）、中間環(huán)節(jié)（放大器、比較器）、執(zhí)行元件（脫扣器）。本設計可以使得家庭用電走向智能化，安全化，極大的方便用戶的用電管理.關鍵詞：AT89C52時鐘芯片DS1302繼電器漏電保護家用電器AbstractThefamilypow

3、ermanagementsystemdesignisbasedonSingle一ChipMicrocomputer,AT89C52Single一ChipMicrocomputer,theclockbyDS1302chip,keyboard,LEDdigitaltube,relaycontrolcircuitandleakageprotectionasthecore,constituteacanbemadebyuserssettimeparameterfamilypowermanagementsystem。ThroughtheLEDdigitaldisplayreal-timetubetime,

4、Theusercanthroughthekeyboardsetatimeparameters,whenreal-timetimereachinguserssettimeparameterstocontroltherelayaction,soastocontrolhouseholdappliancesconnectedorshutoff;Anothersystemhasthefunctionoftheleakageprotection.文檔Designcontentincludingpowersupply,buttons,real-timedisplay,relaycontrolandleaka

5、geprotectionandseveralpartsoBy220vpowersupplyisaftertransformervariablepressure,rectifierandfiltering,7805voltagestabilizingmodule,finallygetstable5voutput;Real一timedisplayisthroughtimetoreadtheDS1302timedatashowedthatinthedigitaltubelast;Relaycontrolcircuitoftherelaythe5vrelay;Leakageprotectionmain

6、lyinclude:thetestcomponents(zerosequencecurrenttransformer),theintermediatelink(amplifiers,comparator),actuators(trippingdevice).個人收集整理勿做商業(yè)用余文檔為個人收集整理來源于網(wǎng)絡ThisdesigncanmakefamilyUSESelectricitytointelligent,secure,greatconvenienceofpowerusermanagement。Keywords：AT89C52DS1302clockchiprelayleakageprote

7、ctionhouseholdappliances目錄TOC o 1-5 h z摘要IAbstractII1概述1 HYPERLINK l bookmark12 1。1課題研究背景及意義11.2國內外研究現(xiàn)狀21。3本論文的主要工作42硬件設計52。1系統(tǒng)框圖5 HYPERLINK l bookmark20 2.2電源62.3最小系統(tǒng)7 HYPERLINK l bookmark22 2.4復位電路8 HYPERLINK l bookmark28 2。5鍵盤與顯示9 HYPERLINK l bookmark41 2。6繼電器控制電路10 HYPERLINK l bookmark43 2.7實時時鐘

8、DS130214 HYPERLINK l bookmark45 2。8漏電保護電路17 HYPERLINK l bookmark49 2。9整體的電路圖193軟件設計20 HYPERLINK l bookmark51 3。1軟件流程圖203。2軟件部分214總結32致謝35參考文獻36.元件清單37個人收集整理勿做商業(yè)用途 1概述1.1課題研究背景及意義隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，技術的進步，人們對于自身的生活追求也在發(fā)生著日新月異的變化，總體的趨勢是越來越追求高度信息化、智能化與安全化。人們渴望便捷的生活空間，渴望智能化的生活模式，無論是現(xiàn)今的電子技術，還是機械產(chǎn)品都在為了滿足人們的這種需求而不懈努

9、力，一次又一次的技術革命，一個又一個的創(chuàng)新成就,無不訴說著人類智慧的光芒。而推動這一切的“幕后黑手”正是人們的這種渴望，這種需求。人們對于速度的需求，使得人們不再滿足于自身的腳步，于是有了馬這種交通工具，同樣是由于人們對于速度的需求，漸漸有了蒸汽機，柴油機，有了火車，騎車，輪船，飛機使得人們的速度越來越快，交通便捷性也越來越高.我國經(jīng)歷了改革開放30多年，獲得了非常巨大的經(jīng)濟成就,GDP增長速度居于世界前列，經(jīng)濟總量也已經(jīng)躍居世界第二，僅次于美國.人們的生活水平發(fā)生了很大的變化，收入也在不斷增加，對于生活便捷性的需求也越發(fā)強烈.步入21世紀的中國人民對于智能化的家庭生活空間極為渴求，因為這種智

10、能化帶來的是更加便捷，更加舒適也更加人性化的生活模式，滿足人們各種各樣的新的需求，例如：人們希望在下班回到家之前空調已經(jīng)調節(jié)好室內的溫度，電飯煲煮好飯，熱水器準備好洗澡的熱水，用戶可以通過手機或者其他的信息終端實現(xiàn)對家用電器的控制，并將控制結果發(fā)送到用戶終端以幫助用戶確認操作結果。無論是普通的燈具，還是電冰箱、空調、熱水器、電飯煲、洗衣機這樣的家用電器都可以實現(xiàn)很好的控制。家用電器的使用也將變得越來越安全化，安全性對于人們來說一直是最重要的，也是每一個設計必須要考慮的最根本問題之一，智能化的生活空間將安全性也放在了一個十分重要的位置，通過多種手段實現(xiàn)安全保障，除了對于電路的保護還有對于家庭財產(chǎn)

11、的保護，對于電路的保護已經(jīng)比較成熟，有很多產(chǎn)品可以直接選擇；對于財產(chǎn)的保護則是現(xiàn)今很多公司對于家庭智能化技術的一個追捧方向，他們嘗試著各種方法去實現(xiàn)實時監(jiān)測，異常報警，重要數(shù)據(jù)保存很多情況下都是不需要人為控制即可以完成特定功能的。例如：短路保護，漏電保護，過流保護，視頻監(jiān)測，自動報警設備另外，我國實行峰谷用電政策1，2,目前在不同的地區(qū)對峰谷用電價有不同的規(guī)定，也有地區(qū)試實行階梯電價的，但是總體趨勢是:對于低谷用電計較低電價，對于高峰用電計較高電價，電價關系到國計民生，是老百姓最為關心的物價指數(shù)之一，無論是生產(chǎn)還是生活都離不開用電，所以通過控制家用電器更多地在低谷用電時間工作可以幫助人們降低用

12、電成本，減少生活支出，這將會是一項非常有意義的工作.1.2國內外研究現(xiàn)狀家庭電源管理系統(tǒng)隸屬于家居智能化系統(tǒng)34,在研究家庭電源管理系統(tǒng)時不得不提到家居智能化系統(tǒng)。家居智能化這個概念起源于上世紀70年代的美國，之后，傳播到了歐洲、日本等地并且得到了極大的發(fā)展。在國內，這個概念推廣比較晚，大約在90年代末家居智能化系統(tǒng)才開始進入國內，但發(fā)展速度驚人。家居智能化系統(tǒng)是由現(xiàn)代電子技術、通信技術及自動化技術相結合的產(chǎn)物.它能夠自動控制和管理家電設備，對家庭環(huán)境的安全性進行監(jiān)控和報警，并且能為用戶提供更加安全舒適、高效便捷的生活學習及工作環(huán)境國外發(fā)展現(xiàn)狀：在智能化家居的研發(fā)方面，美國以及一些歐洲的國家一

13、直都處于領先地位。并且近年來，美國的微軟公司以及摩托羅拉公司等為首的一大批國外的知名企業(yè)，都先后躋身于智能家居系統(tǒng)的研發(fā)中。例如：微軟公司的“夢幻之家、摩托羅拉公司的“居所之門”IBM公司的“家庭主任”等.另外，日、韓、新等國的企業(yè)也紛紛致力家居智能化的研發(fā)，對家居市場躍躍欲試。目前市場上的智能家居控制系統(tǒng)主要有：美國，X-10系統(tǒng)，采用集中控制方式的實現(xiàn)，其功能較為強大，與其他家居控制系統(tǒng)比較起來相對簡單。它使用原有的家庭電力線,不需要額外的布線，這也是這套系統(tǒng)最大優(yōu)勢之處。德國,EIB系統(tǒng)，采用預埋布線以及中央控制的方式實現(xiàn)控制功能。但是由于工程復雜嚴苛，價格又比較高，所以一直沒有打開國內

14、的市場。新加坡，8X系統(tǒng)，采用預處理總線、集中控制的方式來實現(xiàn)控制功能。此套系統(tǒng)較為成熟，而且比較適合中國國情。但是由于系統(tǒng)架構、靈活性以及產(chǎn)品的價格等方面都還難以達到要求，因此目前在國內還應用較少國內發(fā)展現(xiàn)狀：我國在智能家居領域相對于國外來說起步較晚，還沒有形成一定國家標準.目前主要依靠國外公司的一些技術，但是也有一些國內企業(yè)推出自己的產(chǎn)品，比如：海爾，“e家族”該系列以海爾電腦為控制中心，將各種家電作為終端設備，海爾公司在技術上同微軟公司合作，利用微軟公司的WindowsMe技術，使“e家族”產(chǎn)品系列已具雛形.清華同方，“e-home數(shù)字家園”：該控制系統(tǒng)是針對中國家庭設計的，遵循國際上的

15、技術標準，并且采用嵌入式軟件、硬件技術。產(chǎn)品以功能模塊的開發(fā)為主，且基于國外成熟的智能家居控制系統(tǒng)的標準之上。該控制系統(tǒng)主要有以下三個部分：系列A：適用高檔住宅區(qū)，遵循EIB協(xié)議的產(chǎn)品。系列B：適用中檔住宅區(qū)，遵循X-10協(xié)議的產(chǎn)品.易家三代:配電箱采用集中安裝式的家庭控制產(chǎn)品。國內主要軟、硬件機構都在積極的研制和開發(fā)更為符合市場需求的智能家居設備和產(chǎn)品，以解決目前智能化家居產(chǎn)品使用復雜、實用性差以及價格過于昂貴等缺點，技術創(chuàng)新也逐步向國際上先進水平靠攏，這樣的未來很值得期待發(fā)展趨勢：近年來，隨著房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內智能家居領域獲得了發(fā)展的良好機遇。而且中國人口眾多，在城市住宅方面也多選擇密集

16、型的住宅小區(qū)，經(jīng)過哥本哈根會議，我國更加明確了節(jié)能減排的目標，這就使得住宅智能化越發(fā)凸顯出了其合理規(guī)劃、最大限度的節(jié)約能源的優(yōu)勢。“智能化家居必在“智能化住宅”的框架下形成一個新型IT產(chǎn)業(yè)，而這一切必將對未來我國房地產(chǎn)的健康發(fā)展起著深遠的影響。有一項調查顯示，在住宅的智能化控制系統(tǒng)中，需求量最大的是緊急呼叫系統(tǒng)，有將近50%購房者認為這個是必備的設施；其次是門禁系統(tǒng)；其后是計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、三表抄送系統(tǒng)和對家電綜合控制系統(tǒng)等6,7。智能家居可以歸納為一種家用設備的互連和控制的網(wǎng)絡，互連滿足人們數(shù)據(jù)通信的需求，控制體現(xiàn)家居的智能化家庭電源管理系統(tǒng)研究的是家用電器的控制方法，使其達到智能化水平，是智

17、能化家居系統(tǒng)中不可或缺的一部分.對于家庭電源管理系統(tǒng)的研究可以更進一步的服務于智能化家居系統(tǒng)，而且這也將是一個非常有意義的研究領域。11.3本論文的主要工作(1)實現(xiàn)由用戶自己設定時間參數(shù)控制家用電器工作的功能由單片機AT89C52作為控制核心，讀取時鐘芯片DS1302中的時間數(shù)據(jù)，將實際時間顯示在4位數(shù)碼管上(顯示小時與分鐘)，用戶可以通過鍵盤設置時間起點與終點，當實際時間到達設置好的時間起點時，單片機控制繼電器吸合，從而家用電器工作；當實際時間達到設置好的時間終點時，單片機控制繼電器放開,從而家用電器停止工作.與這些功能相匹配的硬件電路有：電源電路單片機最小系統(tǒng)電路單片機復位電路鍵盤電路與

18、數(shù)碼管顯示電路繼電器控制電路時鐘芯片DS1302的外圍電路連接與這些功能相匹配的軟件有：初始化程序延時程序讀取DS1302時鐘數(shù)據(jù)程序實時時間顯示程序鍵盤動態(tài)掃描以及設置時間參數(shù)程序繼電器控制程序(2)實現(xiàn)漏電保護的功能為了保障用戶人身安全與家用電器的正常工作，增加漏電保護功能，當電路中出現(xiàn)漏電時及時予以處理，從而避免危險發(fā)生。2硬件設計2.1系統(tǒng)框圖繼電器家用電器漏電保護圖2-1：系統(tǒng)框圖系統(tǒng)功能介紹：這是基于單片機的家庭電源管理系統(tǒng)設計，以單片機為控制核心，實現(xiàn)對電源的有效管理.時鐘芯片DS1302提供時間數(shù)據(jù)，通過LED數(shù)碼管顯示實時時間；當實時時間到達用戶設定的時間起點的時候，繼電器吸

19、合，家用電器開始工作；當實時時間到達用戶設定的時間終點的時候，繼電器斷開，家用電器停止工作；為了保障用戶人身安全與家用電器的正常工作，增加漏電保護功能，當電路中出現(xiàn)漏電時及時予以處理，從而避免危險的發(fā)生.由于控制較為簡單，使用51單片機即可實現(xiàn)上述功能，這里選用AT89C52,它是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，由ATMEL公司生產(chǎn)，在電子行業(yè)中有著廣泛的應用，其特點有10,11:1、兼容MCS51指令系統(tǒng)；2、8k反復擦寫FLASHROM；3、32個雙向I/O口；4、256bytes內部RAM;5、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；6、時鐘頻率024MHz；7、2個串行中斷，可編程UA

20、RT的串行通道；山一TftL2FSTALEpojomPOJDIpg應PQ3D3PDJ|iADj1PD后心PD&AD6PD7IADTP2鯛P2.11A3R2A10R2A11P2.VA12P2.&A13Pi.&7WA15因詠9P31JTKDpsiifnriTKB舊rrPlTOpasiTiP3JRD8、2個外部中斷源，共8個中斷源；圖2-2:AT89C529、2個讀寫中斷口線，3級加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。引腳分類：（共40個引腳）1、電源線VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電

21、端口，分別接+5V電源的正負端。2、端口線4個8位并行I/O接口P0，P1,P2，P3，它們可雙向使用.3、控制線RST/Vpd（9腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路.ALE/錯誤!（30腳）是地址鎖存允許/編程引腳.錯誤!/Vpp（31腳）是允許訪問片外程序存儲器/編程電源線,當EA為高電平讀取內部程序存錯誤！儲器指令，如果為低電平則讀取外部程序存儲器指令。XTAL1（19錯誤！腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。穴（29腳），片外ROM選通線，用于對片外ROM的選通，低電平有效。2。2電源這是一種將220V工頻交流電轉換成5v穩(wěn)壓輸出的直流電壓的

22、電路，需要經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成17四個環(huán)節(jié)的工作原理如下：（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（2）整流濾波電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等，這里用的是橋式整流濾波電路.（3）濾波電路:可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除,從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。

23、常用的集成穩(wěn)壓器有固定三端穩(wěn)壓器與可調三端穩(wěn)壓器.這里使用的是7805三端穩(wěn)壓器.圖2-3：電源電路說明：將交流220v的電壓經(jīng)過變壓器降壓達到9v的交流電壓，然后經(jīng)過整流橋得到脈動直流，并用大電容C1平滑濾波后送到7805三端穩(wěn)壓器穩(wěn)成5v直流電壓輸出，用大電容C2做進一步的平滑濾波，得到更好的直流輸出。小電容C5是為了旁路電源中高次諧波而用的，這些高次諧波電解電容是濾不掉的，因為它本身的潛布電感較大，會阻礙高頻成分的通過.如果只分出一個5v電源，它除了供給單片機使用之外還得供給數(shù)碼管、繼電器等使用，這樣會使得單片機真正得到的電壓是低于5v的，從而影響單片機的工作性能。所以這里分出兩個5v電

24、壓，一個單獨供給單片機工作，保證其工作的可靠性,另外一個用來提供給數(shù)碼管、繼電器等使用.2.3最小系統(tǒng)XTAL1腳為片內振蕩電路的輸入端，XTAL2腳為片內振蕩電路的輸出端。時鐘有兩種方式，一種是外部時鐘方式，即將XTAL1腳接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入;另外一種是片內時鐘振蕩方式，但需要在XTAL1腳、XTAL2腳外接石英晶體和振蕩電容，石英晶體頻率一般有兩種選擇：6MHz和12MHz,振蕩電容C1、C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值一般取1030pF,典型值為30pF.圖24：最小系統(tǒng)說明：本電路設計時考慮到實際情況石英晶體選擇11。0592MHz,與市場上現(xiàn)有的石英晶體參數(shù)相

25、匹配。振蕩電容采用30pF。2。4復位電路系統(tǒng)的開始運行和重新啟動要靠復位電路來實現(xiàn)，這種工作方式為復位方式。單片機開機時都需要復位，以便CPU以及其他功能部件處于一種確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作單片機RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號高電平有效。進行復位操作時，外部電路需要在RST引腳產(chǎn)生兩個機器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平。例如單片機的時鐘頻率為12MHz，則復位脈沖寬度應該在2us以上.|IR3COFTC3470_八1、RST22uFCTC圖2-5：復位電路上電復位原理：在電路圖中，電容的的大小是22uF，電阻的大小是8.2k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓

26、的0。7倍（單片機的電源是5V,所以充電到0。7倍即為3。5V），需要的時間是8。2K*22uF=0。18s。個人收集整理勿做商業(yè)用途也就是說在電腦啟動的0.18s內，電容兩端的電壓時在03.5V增加。這個時候8.2K電阻兩端的電壓為從515V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.18s內，RST引腳所接收到的電壓是5V1。5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號所以在開機0。18s內，單片機系統(tǒng)自動復位按鍵復位的原理：在單片機啟動0.18S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V,這時候8。2K電阻兩端的電壓接近于0V,R

27、ST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關導通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在0。18S內，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V,甚至更小根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候8。2K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復位。2。5鍵盤與顯示本設計中采用四位共陰極數(shù)碼管顯示小時與分鐘，用戶通過鍵盤輸入想要設定的時間參數(shù)電路中用到74LS373鎖存器，數(shù)碼管，按鈕等.74LS373鎖存器13,14：如圖所示，74LS373是常用的地址鎖存器芯片,它實質是一個

28、是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器.D0D7為8個輸入端，Q0Q7為8個輸出端，當74LS373用作地址鎖存器時，應使輸出允許端OE為低電平，此時數(shù)據(jù)鎖存控制端LE為高電平時，輸出Q0Q7狀態(tài)與輸入端D0D7狀態(tài)相同;當LE端發(fā)生負的跳變時，輸入端D0D7數(shù)據(jù)鎖入Q0Q7.單片機的數(shù)據(jù)鎖存控制端連接到P2口進行控制,輸入端D0D7連接到P0口進行數(shù)據(jù)通信，輸出允許端OE接地,表示輸出三態(tài)門一直打開。圖2-6：74LS373U13132.iz1Q0Q1Q2竄Q4Q5Q6Q7D0D1D2D3D4D5D6D7TEXT2T3J2151S個人收集整理勿做商業(yè)用途 表2-1：74LS373真值表DnLE錯誤！Q

29、nHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻態(tài)前4個74LS373鎖存器分別對應一個數(shù)碼管，通過送入不同的數(shù)據(jù)，顯示不同的字形碼；最后一個74LS373鎖存器連接的是這4個共陰數(shù)碼管的接地端,實現(xiàn)位選的功能，通過P0口發(fā)送數(shù)據(jù)，點亮某個數(shù)碼管或者某幾個數(shù)碼管.作為段選為了讓數(shù)碼管按照設想的字型碼顯示，同樣需要P0口發(fā)送出來的數(shù)據(jù)，但是顯示不同的數(shù)字需要P0口的數(shù)據(jù)也不一樣，為了方便起見，設立了下面的兩個碼表，這樣，在軟件設計中會起到簡化編程的好處，當段選打開后只需要調用數(shù)組就可以顯示相應的數(shù)字,當需要顯示另外一個數(shù)字時，只需要調用數(shù)組中的另外一組數(shù)據(jù)即可，使用非常方便.表2-2：對應字形碼09的碼表

30、101234567890 x3f0 x060 x5b0 x4f0 x660 x6d0 x7d0 x070 x7f0 x6f因為四位數(shù)碼管上顯示的是小時與分鐘，為了方便用戶的使用，增加設計的人性化，需要在顯示實時時間上區(qū)分小時與分鐘，也就是在小時的個位數(shù)后面顯示出小數(shù)點，這樣一來，第二個數(shù)碼管是帶小數(shù)點顯示的，這需要與其他三個數(shù)碼管區(qū)分開來，從而對于第二個數(shù)碼管來說，碼表變成了下面的情況：表2-3:對應字形碼0.9。的碼表20.1.2.3.4.5.6.7.8。9。0 xbf0 x860 xdb0 xcf0 xe60 xed0 xfd0 x870 xff0 xefS9O8S:._rJH燈克口pzc

31、壯他PI1Dru.iiriXAizMIJSf.H.|iP.TfAIS圖27:鍵盤與顯示電路KPDOAA口PU1LA-IPOZAIPQ3APQaIAPOAAtnaAPQ71A.HETTALErijitzFi.inz&ifuemixdIX鍵盤部分：當鍵盤按下的時候單片機的I/O口變成低電壓，通過軟件檢測并送給單片機處理，從而實現(xiàn)鍵盤的動態(tài)掃描。按鍵的功能分配如下：K1：即時控制開與關，如果家用電器只能按照設定的時間來工作，這將是缺乏人性化設計的，因為用戶可能在任意時間想讓某個電器工作或者不工作，如果不能立即開或者關，將嚴重影響到用戶體驗。K2:設置時間起點鍵。K3：設置時間終點鍵。K4：時間調整鍵

32、,K2、K3只是進入設置，而具體時間調整是由K4來實現(xiàn)的.K5:確定鍵，當時間設定好的時候,用戶可以按下確定鍵查看自己設定好的時間，顯示設置好的時間5秒鐘，之后跳回顯示實時時間的狀態(tài).在設計鍵盤的時候要考慮防抖動，除了硬件防抖動還需要軟件防抖動，軟件法防抖動實質就是延時，即檢測到某一狀態(tài)變化后，延時一段時間，再檢測該按鍵的狀態(tài)是否還保持著，如果是則視為按鍵處理,否則視為抖動，不予理睬。去抖的時間延時一般參考資料描述為10ms左右，實際應用中，應大于20ms。二顯示部分：1號數(shù)碼管顯示小時的十位數(shù)，2號數(shù)碼管顯示小時的個位數(shù),3號數(shù)碼管顯示分鐘的十位數(shù)，4號數(shù)碼管顯示分鐘的個位數(shù)。通過軟件編程，

33、將鍵盤上的輸入反映在數(shù)碼管上,從而實現(xiàn)用戶設定時間參數(shù)的功能另外也可以將單片機從時鐘芯片DS1302中讀出的時間數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。要注意的是，這里的數(shù)碼管為共陰極數(shù)碼管，要加上拉電阻連接5V電源才能點亮數(shù)碼管，單片機的I/O口是無法直接點亮數(shù)碼管的。至于數(shù)碼管的控制則關系到位選和段選，位選控制哪個或哪幾個數(shù)碼管亮；而段選控制數(shù)碼管顯示什么樣的字型碼。2.6繼電器控制電路該過程的思路是：單片機給普通繼電器一個控制信號，把普通繼電器當作一個開關來使用，然后接家用電器。電路原理圖如下所示：觸器單片機就不會出現(xiàn)復位的怪異現(xiàn)象，而且不論是接220V的電燈還是220V的電機都不會有問題，但是只要接上交流

34、接觸器單片機就會出現(xiàn)復位現(xiàn)象。其中交流接觸器的接法如圖：法有：(1)電源采用抗干擾措施和輸出隔離，也就是在這里普通繼電器的供電和單片機的供電應該隔離.(2)因為接觸器釋放時，線圈產(chǎn)生的高壓反電動勢會干擾系統(tǒng)，解決辦法是在接觸器上的線圈兩端串聯(lián)電容和電阻，電阻根據(jù)接觸器線圈來決定，消除這個干擾.電容采用的是0。luF250V陶瓷電容，電容耐壓要盡量大，電阻采用的是2W200Q。其電路如下圖所示：些場所的時候尤其是工業(yè)場所中一定要注意負載電路和控制電路之間的信號隔離和電氣隔離.應用感性的負載時一定要注意滅弧，因為電弧對控制電路的影響非常大。繼電器的滅弧方法，電弧是空氣電離產(chǎn)生的，繼電器觸頭拉電弧滅

35、弧問題與繼電器個人收集整理勿做商業(yè)用途勵磁線圈（或感性負載）斷電時產(chǎn)生高壓問題是兩個不同的問題.繼電器勵磁線圈（或感性負載）斷電時產(chǎn)生高壓問題一般用RC吸收回路（并聯(lián)于感性負載或接點）.如果是直流還可以用感性負載并聯(lián)續(xù)流二極管的方法解決。繼電器觸頭產(chǎn)生上拉電弧，說明選用的繼電器負載能力不夠，應當采用帶有滅弧措施的接觸器或斷路器，或采用固態(tài)繼電器（并聯(lián)RC吸收回路）。只要在電流為零時斷開接點，就不會產(chǎn)生電弧。電磁繼電器難以做到，但采用固態(tài)繼電器就容易做到。所以，2。7實時時鐘DS1302DS1302是DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，

36、并采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。它可以對年、月、日、時、分、秒進行計時并且具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5。5V.DS1302內部有用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器增加了主電源/后背電源雙電源引腳，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。個人收集整理勿做商業(yè)用途 DS1302引腳功能及結構14:DS1302的引腳排列，其中Vccl為后備電源，時鐘芯片81Vccixf：紀eV”2;-56R8TI/OX?3.JDS1302VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vccl或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1+0.2V時

37、，Vcc2給DS1302供電.當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32。768kHz晶振。CLK:串行時鐘輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線;錯誤?。狠斎胄盘?，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為低。該引腳有兩個功能：第一，開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯;其次,提供結束單字節(jié)或者多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?圖2-12:時鐘芯片DS1302DS1302有下列幾組寄存器：（DDS1302有關日歷、時間的寄存器共12個，其中7個寄存器（讀時81h8Dh，寫時80h8Ch）,存放的數(shù)據(jù)格式為BCD碼形式。表2-4：DS1302關于時間的寄存器讀寫B(tài)I

38、T7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT081h80hCH10秒秒83h82h10分分85h84h12/24010AM/PM時時87h86h0010日日89h88h00010月月8Bh8Ah00000周日8Dh8Ch10年年8Fh8EhWP0000000小時寄存器（85h、84h）的位7定義DS1302運行模式（12小時模式、24小時模式）當它為高時，是12小時的模式，當它為低時，是24小時的模式。在12小時的模式時，位5是0時表示AM；為1時表示PM。在24小時的模式時,位5就是第二個10小時位。秒寄存器（81h、80h）位7定義成時鐘暫停標志（CH）.當它為1時,使得時鐘

39、振蕩器停止振蕩，DS1302進入低功耗的狀態(tài);當它為0時，時鐘運行。控制寄存器（8Fh、8Eh）位7為寫保護位（WP），其他7位都置0。在任何對時鐘、RAM寫操作前,WP位都必須置為0。當WP為1的時候，寫保護位會防止針對任個寄存器的寫操作。（2）DS1302的工作模式寄存器所謂突發(fā)模式是指一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。突發(fā)模式寄存器如下所示：表2-5:DS1302的工作模式寄存器工作模式寄存器讀寄存器寫寄存器時鐘突發(fā)模式寄存器CLOCKBURSTBFhBEhRAM突發(fā)模式寄存器RAMBURSTFFhFEh讀寫時序說明：DS1302是SPI總線驅動方式。它不僅要向寄存器寫入控制字，還

40、需要讀取相應寄存器的數(shù)據(jù)。要想與DS1302通信，首先要了解DS1302的控制字。表2-6：DS1302控制字765432101RAMA4A3A2A1A0RDCKWR控制字最高有效位（位7）必須為邏輯1,不然,就不能將數(shù)據(jù)寫入到DS1302中；位6：如果為0,表示存取的是日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1則表示存取的是RAM數(shù)據(jù)；位5位1（A4A0）：指出操作單元所在的地址；位0（最低有效位）：如果為0,表示要進行寫操作，為1表示要進行讀操作?？刂谱挚偸菑淖畹臀婚_始輸出.在控制字指令輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302,數(shù)據(jù)輸入從最低位（0位）開始。同樣，在緊隨8位的控制字指令后的下一

41、個SCLK脈沖的下降沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位.實時時鐘電路如下圖所示：C4U6C5圖2-13:實時時鐘電路2。8漏電保護電路漏電保護電路是為了有效防止接地故障引起人身電擊和電氣火災的保護電路。國際電工委員會標準IEC4。79（電流通過人體的效應）確定1,2，通過人體的交流50HZ電流不超過30mA時，人體不會因為發(fā)生心室纖維性顫動而死亡，它與人體潮濕程度、接觸電壓高低無直接關系.在線路短路中大部分是接地故障,即相線與大地、電氣設備外殼、金屬結構管道之間的短路。接地故障既能引起人身電擊事故，也比相間短路、單相短路容易引起電氣火災。當發(fā)生電弧性接地故障起火時，因電

42、弧電流小，斷路器、熔斷器往往不能在火災發(fā)生前切斷電源，而漏電保護器能夠立即動作切斷電源，因此應用非常普遍。一般選擇動作電流不超過30mA，動作時間不超過0。Is，這兩個參數(shù)保證了人體如果觸電時，不會使觸電者產(chǎn)生病理性生理危險效應。漏電保護電路主要包括：檢測元件（零序電流互感器）、中間環(huán)節(jié)（放大器、比較器、脫扣器）、執(zhí)行元件（主開關）等幾個部分。在被保護電路正常工作時，沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下，通過零序電流互感器一次測的電流相量和等于零.二次側不產(chǎn)生感應電動勢，脫扣器不動作，系統(tǒng)保持正常工作.當被保護電路發(fā)生漏電或者有人觸電時，通過零序電流互感器一次測各相電流相量和不再等于零，產(chǎn)生了漏電電流。

43、二次側產(chǎn)生了感應電動勢，此漏電信號經(jīng)過中間環(huán)節(jié)處理和比較，當達到預定值時，使主開關分勵脫扣器線圈通電，驅動主開關自動跳閘，切斷故障點，從而實現(xiàn)保護。下圖為漏電保護電路示意圖：電器設備圖2-14:漏電保護脫扣機構2。9整體的電路圖3Tiii.TJfliXT-j-TrrT-TIP*ZffJi.i見壬電哲Sauiiih-t?：i-IFtNaMjMiiHdMilFf-.i!-iPweHsMbitHJWrS5333SS&aaaaafiah兇匕PJM4PJ.1PJ-M-id-PJJEiipjvtf-iiPJM-dPJM-pPJ7H吝PijM?Pi.inmPJJKMpjjrrrjM_*n7nsmFJi*TP

44、lTffT-l=LJzr圖215:整體硬件電路圖3軟件設計3.1軟件流程圖圖3-1：軟件流程圖3.2部分軟件引腳和參數(shù)的定義sbitkin=P1A0;sbitk1=P2A5；/即時控制鍵sbitk2=P2A6；/設置時間起點sbitk3=P2A7;設置時間終點sbitk4=P3A0；調整鍵sbitk5=P3Al；確定鍵sbitduan1=P2A0；sbitduan2=P2Al；/段選sbitduan3=P2A2;sbitduan4=P2A3；sbitwei=P2A4;/位選sbitSCLK=P3A5;/時鐘芯片的管腳定義sbitDIO=P3A6；sbitRST=P3A7；sbitACC7=AC

45、CA7；/位尋址寄存器定義uinthour,minute，t1,t2,show，num1,num2,a1，a2，a3,a4,b1,b2，b3，b4，cl,c2,c3,c4;/定義參數(shù):a1a4是實時顯示時送入數(shù)碼管中的數(shù)據(jù);blb4是用戶定義時間起點時存儲的數(shù)據(jù)C1C4是用戶定義時間終點時存儲的數(shù)據(jù)它們分別對應數(shù)碼管的14位.初始化程序voidinitial(void)a1=0；a2=0；a3=0;a4=0；b1=0;b2=0;b3=0;b4=0;c1=0；c2=0；c3=0;c4=0;t1=0；t2=0;num1=0;num2=0；kin=O；show=1；延時子程序voiddelay(ui

46、ntz)毫秒延時uintx,y；for(x=z；x0；x-)for(y=110;y0；y-);(4)讀取DS1302時間數(shù)據(jù)子程序ucharread1302(ucharaddr)讀取時鐘芯片中的時間數(shù)據(jù)uchari，temp，dat1,dat2;RST=0;SCLK=0;RST=1；發(fā)送地址for(i=8;i0;i-)SCLK=0;temp=addr;DIO=(bit)(temp&0 x01);每次傳輸?shù)妥止?jié)addr=1;循環(huán)右移一位SCLK=1;讀取數(shù)據(jù)for(i=8；i0;i-)ACC_7=DI0;SCLK=1；ACC=1;SCLK=0;RST=0;dat1=ACC;/ACC得到十六進制數(shù)

47、dat2=dat1/16;dat1=dat1%16;dat1=dat1+dat2*10;十六進制轉成十進制return(dat1);(5)實時時間顯示子程序hour=read1302(0 x85);讀出小時(十進制)minute=read1302(0 x83)；讀出分鐘(十進制)a1=hour/10;a2=hour%10；a3=minute/10；a4=minute%10；if(show=1)實時時鐘顯示部分wei=1；P0=0；wei=0;duan1=1；P0=table1a1;duan1=0；delay(1)；duan2=1；P0=table2a2;duan2=0；delay(1)；dua

48、n3=1;P0=table1a3；duan3=0;delay(1)；duan4=1；P0=table1a4;duan4=0；delay(1);(6)鍵盤動態(tài)掃描程序以及設置時間參數(shù)程序if(k1=0)delay(20)；即時開與關if(k1=1)kin=kin；if(k2=0)設置時間起點delay(20);if(k2=1)t1=1;t2=0;show=0;num1+；if(num14)num1=1；duan1=1;duan2=1;duan3=1;duan4=1;P0=0 x3f;duan1=0；duan2=0；duan3=0;duan4=0;if(t1=1)if(num1=1)1號數(shù)碼管we

49、i=1;PO=OxOe;wei=O;if(k4=0)調整鍵delay(20)；if(k4=1)b1+;if(b12)b1=0;duan1=1；P0=table1bl；duan1=0;if(num1=2)2號數(shù)碼管wei=1；P0=0 x0d;wei=0;if(k4=0)調整鍵delay(20);if(k4=1)b2+；if(b29)b2=0；duan2=1;P0=table2b2;duan2=0;if(num1=3)/3號數(shù)碼管wei=1；PO=OxOb;wei=0；if(k4=0)調整鍵delay(20);if(k4=1)b3+;if(b35)b3=0;duan3=1；P0=table1b3

50、；duan3=0;if(num1=4)/4號數(shù)碼管wei=1；P0=0 x07;wei=0;if(k4=0)調整鍵delay(20)；if(k4=1)b4+；if(b49)b4=0；duan4=1；P0=table1b4；duan4=0;if(k5=0)確定鍵delay(20);if(k5=1)wei=1；P0=0；wei=0;duan1=1;P0=table1bl；duan1=0;duan2=1；P0=table2b2；duan2=0;duan3=1;P0=table1b3；duan3=0；duan4=1;P0=table1b4;duan4=0;delay(5000);延時五秒show=1；

51、轉入實時時鐘顯示if(k3=0)設置時間終點delay(20);if(k3=1)t1=0；t2=1；show=0;num2+;if(num24)num2=1;duan1=1；duan2=1；duan3=1;duan4=1；P0=0 x3f；duan1=0；duan2=0；duan3=0;duan4=0;if(t2=1)if(num2=1)1號數(shù)碼管wei=1；P0=0 x0e;wei=0;if(k4=0)調整鍵delay(20)；if(k4=1)c1+；if(c12)c1=0；duan1=1;P0=table1c1;duan1=0;if(num2=2)2號數(shù)碼管wei=1;PO=OxOd；we

52、i=O；if(k4=0)調整鍵delay(20)；if(k4=1)c2+;if(c29)c2=0;duan2=1;P0=table2c2；duan2=0；if(num2=3)/3號數(shù)碼管wei=1；P0=0 x0b;wei=0；if(k4=0)調整鍵delay(20)；if(k4=1)c3+；if(c35)c3=0；duan3=1;P0=table1c3;duan3=0；if(num2=4)/4號數(shù)碼管wei=1；P0=0 x07;wei=O；if(k4=0)調整鍵delay(20)；if(k4=1)c4+；if(c49)c4=0;duan4=1;P0=table1c4；duan4=0;if(

53、k5=0)確定鍵delay(20)；if(k5=1)wei=1;P0=0;wei=O;duan1=1;P0=table1cl;duan1=0；duan2=1;P0=table2c2；duan2=0；duan3=1;P0=table1c3;duan3=0;duan4=1；P0=table1c4；duan4=0;delay(5000);延時5sshow=1；(7)繼電器控制程序if(k1=0)delay(20)；即時開與關if(k1=1)kin=kin；if(a1=b1&a2=b2&a3=b3&a4=b4)判斷時間起點，到了則啟動工作kin=1;if(a1=c1&a2=c2&a3=c3&a4=c4

54、)判斷時間終點，到了則停止工作kin=O;4總結通過這次設計回顧了大學里的好幾門課程，現(xiàn)在覺得每一門課都很重要，因為設計當中總是出現(xiàn)這樣或者那樣的問題，也只有這時翻開那些課本才能一個一個找出問題的答案?？傮w上這個設計可以分成硬件設計和軟件設計，所以集中在這兩塊的問題我想說明一下以及我是怎樣解決的.1、硬件設計（1）實時時鐘的顯示怎么實現(xiàn)？通過查閱相關資料，使用較為普遍的是DS12C887，這款芯片是美國Dallas公司生產(chǎn)的實時日歷時鐘芯片，采用的是CMOS技術，內含一個鋰電池，在斷電的情況下，運行十年以上不丟失數(shù)據(jù)。具有秒、分、時、日、月、年計數(shù)功能，對于一天內的時間記錄，有12小時制和24

55、小時制兩種模式。在12小時制模式中，用AM和PM區(qū)分上午和下午，可實現(xiàn)閏年調整。內部有128字節(jié)RAM，其數(shù)據(jù)具有掉電保護功能能.可以選擇Motorolan和Itel總線時序。用戶可以對DS12C887進行編程，以實現(xiàn)多種方波輸出，并可對其內部的三鹿中斷通過軟件進行屏蔽.工作電壓為4.55。5V,具有低功耗、外圍接口簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘場合。但是仿真中出現(xiàn)問題了，在Proteus仿真軟件中沒有DS12C887這款芯片，即使自己畫一個芯片，要讓其能夠實現(xiàn)仿真效果也很難，要涉及的東西非常多，所以我找了一個功能相似的時鐘芯片DS1302，雖然這個芯片

56、沒有內置的鋰電池,而且時鐘精度也沒有DS12C887的高，但是同屬于Dallas公司，這款前期產(chǎn)品還是在很多場合被使用，個人收集整理勿做商業(yè)用途與DS12C887的很多功能一樣，不影響最終的結果，而且仿真效果非常不錯。數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示還是動態(tài)顯示？靜態(tài)顯示的特點：每個數(shù)碼管對應的段選必須接一個8位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼，當選入一個字形碼后，顯示字形可一直保持，直到它送入新的字形碼。優(yōu)點：占用CPU的時間少，顯示便于監(jiān)測可控制;缺點：硬件電路復雜，成本比較高.動態(tài)顯示特點：將所有數(shù)碼管的段選都并聯(lián)在一塊，由位選控制哪一個數(shù)碼管是有效的。點亮數(shù)碼管并采用動態(tài)掃描來顯示，動態(tài)掃描就是輪流地向各個

57、數(shù)碼管發(fā)送字形碼以及對應的位選，利用二極管余暉及人眼的視覺暫留使人感覺各數(shù)碼管同時亮。動態(tài)顯示方式的亮度要比靜態(tài)方式顯示差一些，因此選擇限流電阻的時候應該略小于靜態(tài)方式顯示中的限流電阻。在設計的初期，我考慮到節(jié)省鎖存器以及電路連線，我用的是四位一體的數(shù)碼管，用一個鎖存器控制位選，用另一個鎖存器控制段選即可。但是在編輯軟件的時候發(fā)現(xiàn)，控制效果不能夠很人性化，因為當?shù)谝粋€數(shù)碼管設置時間結束后切換到第二個數(shù)碼管時一開始還是保留著第一個數(shù)碼管設置的那個數(shù)，因為鎖存器的值還沒有改變，這會影響用戶的使用體驗，而且在設置好時間之后要把用戶設置的時間參數(shù)顯示出來要采用動態(tài)掃描，仿真效果又不是太好，雖然原理上行

58、得通，但是仿真軟件就是達不到應有的效果.于是我最終采用的是靜態(tài)顯示，在每個數(shù)碼管前段都加一個鎖存器74LS373，從而更加人性化.怎樣控制家用電器接通與關斷？偶然間通過一篇新浪博客看到關于5V繼電器的使用，在電路中繼電器相當于一個開關的作用，于是我將繼電器應用到我的電路里面，在電源插座的前段用一個5V繼電器串聯(lián)，通過單片機來控制繼電器這個“開關”從而實現(xiàn)對家用電器的控制。但是繼電器動作又會對單片機電路產(chǎn)生干擾，于是加了一個續(xù)流二極管釋放電流，在靠近單片機引腳端又加了一個二極管防煩擾。對于“交流接觸器可能會對單片機電路產(chǎn)生干擾導致單片機無端復位”的解決方法是加一個RC電路來消除這個干擾.個人收集整理勿做商業(yè)用途 2、軟件部分怎樣實現(xiàn)數(shù)碼管的顯示？對于段選和位選的控制，雖然數(shù)據(jù)都來自P0口,但是通過鎖存器就可以實現(xiàn)段選和位選的切換控制.位選控制哪個數(shù)碼管亮而段選控制數(shù)碼管顯示的字形碼。將09以及0。9。編成了兩個數(shù)組，通