1、密級：公開無線遙控定時開關(guān)插座設計Design of Timing Switch Socket using Wireless Remote Control Technology學 院：信息科學與工程學院專 業(yè) 班 級：測控技術(shù)與儀器1204班學 號：學 生 姓 名：鞠 闖指 導 教 師：許 會（教授）2016 年 06 月畢業(yè)設計(論文)指導教師審閱意見題目：無線遙控定時開關(guān)插座設計評語：指導教師： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設計(論文)評閱教師審閱意見題目：無線遙控定時開關(guān)插座設計評語：評閱教師： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設計（論文）成績評定專業(yè)畢業(yè)設計（論文）第 答辯委員會于 年 月 日審閱

2、了 班級 同學的畢業(yè)設計（論文），聽取了該生的報告，并進行了答辯。畢業(yè)設計（論文）題目： 畢業(yè)設計（論文）答辯委員會意見：經(jīng)答辯委員會無記名投票表決，通過 同學本科畢業(yè)設計（論文）答辯。根據(jù)學校相關(guān)規(guī)定，經(jīng)答辯委員會認定，該生的畢業(yè)設計（論文）成績?yōu)?。 專業(yè)畢業(yè)設計（論文）答辯委員會主任委員 （簽字） 年 月 日摘 要隨著家用電器的越來越普及和人們生活節(jié)奏的加快，人們對電器的依賴性進一步提高，對電器的定時需求也進一步增大。定時開關(guān)插座可用于電飯煲、飲水機、電視機、電腦、電動車電池的充電、定時開關(guān)電熱毯等需要定時供電的場合。定時開關(guān)插座的使用能夠做到節(jié)能、安全、方便等。本文設計了一種基于STC

3、89C52單片機的定時開關(guān)插座設計方案。設計一款以STC89C52單片機、DS1302、LCD1602液晶顯示、38kHz紅外遙控發(fā)射接收器為主體，可以工作在預設時間段的遠程定時開關(guān)。本設計可以利用紅外線對開關(guān)進行遠程控制，總的系統(tǒng)分為紅外遙控發(fā)射端和接收端，中間涉及到進行紅外的編碼與解碼，矩陣鍵盤，電源電路，液晶屏顯示的設計。發(fā)射端和接收端都是采用STC89C52單片機作為核心芯片。程序采用C語言編寫，具有更好的移植性和可讀性，便于修改和增減功能。該遙控定時開關(guān)可以通過紅外按鍵設置一天內(nèi)5組任意開關(guān)定時時間段。該系統(tǒng)的時間正確可靠，可擴展性強，既能達到遠程智能控制的目的，又在很大程度上降低能

4、源的消耗。同時借助EDA仿真可以有效地提高開發(fā)效率，結(jié)合具體硬件電路及程序設計，將理論知識用計算機仿真表現(xiàn)出來。關(guān)鍵詞：單片機；定時開關(guān)；紅外遙控；節(jié)能設備AbstractWith the increasing popularity of home appliances and the People living rhythm speeding up, the dependence of people on electrical appliances further to improve, the demand of timing also be.e further increasing. S

5、ocket timer switch can be used in the occasions where need for regular supply such as rice cookers, water dispenser, TV, .puter, electric vehicle battery charging, timer switch electric blankets. The use of socket timer switch can be energy saving, safe, healthy, and convenient and so on.I design a

6、timer switch socket design which is based on the STC89C52 microcontroller in this paper. The realization process of a remote control timer switch that has the functions of time regulation, time setting( starting time and working duration ) and is based on the IC microcontroller STC89C52, DS1302 and

7、LCD 1602 and 38 kHz IR remote controllers transceiver is introduced. This design is the equivalent infrared remote control switch, the total system is divided into infrared remote control transmitter and receiver, the middle infrared involves encoding and decoding, matrix keyboard, power supply circ

8、uits, and digital display design. Transmitter and receiver is used STC89C52 microcontroller as the core chip.It is .piled with C language, so it is convenient to modify and add functions. This timer switch is controlled via wireless infrared remote keys. And can set up five-group any period switch t

9、iming within a day via infrared keys. Therefore, it can make external electric equipments work regularly. It can achieve the purposes of remote intelligent control and reduce energy consumption to a large extent. At the same time it can improve the efficiency of development efficiency with the help

10、of EDA simulation. And it shows the theoretical knowledge with .puter simulation .bined with the specific hardware circuit and the program.Keywords: SCM; time switch; infrared remote control; energy conservation equipment目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題研究的目的和意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3 課題研究的主要任務和預期目標21.3.1 主要任

11、務及要求21.3.2 預期目標3第2章 設計方案分析確定42.1 設計思想42.2 開關(guān)的選擇42.3 顯示方式選擇52.4 時鐘的實現(xiàn)及單片機的選擇52.5 電源部分的選擇62.6 按鍵控制部分的實現(xiàn)62.7 設計方案的確定6第3章 系統(tǒng)硬件電路設計83.1 DS1302計時電路83.2 LCD1602顯示電路93.3 蜂鳴器電路103.4 按鍵電路113.5 紅外接收電路123.6 繼電器控制電路133.6.1 繼電器工作原理及特性133.6.2 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)143.7 紅外發(fā)射電路15第4章 系統(tǒng)軟件程序設計17第5章 系統(tǒng)軟硬件的制作與調(diào)試195.1 硬件的制作195.2 調(diào)

12、試方案195.3 硬件電路調(diào)試205.3.1 獨立元件的檢測205.3.2 電源電路的調(diào)試205.3.3 單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試205.3.4 顯示模塊的調(diào)試215.3.5 鍵盤模塊的調(diào)試215.3.6 繼電器電路的調(diào)試215.4 軟件調(diào)試215.5 整體系統(tǒng)調(diào)試225.6 實物圖23第6章 結(jié)論25參考文獻27致 謝28附錄A：電路原理圖29附錄B：系統(tǒng)仿真設計圖31附錄C：系統(tǒng)PCB版圖33附錄D：程序清單35第1章 緒論1.1 課題研究的目的和意義現(xiàn)如今，生活水平提高，生活節(jié)奏加快，市面上的插座往往由于其功能過于單一而不能滿足我們的需求。比如：電動車充電通常是8h左右，太長則容易損耗電池，

13、太短則充不滿，如果晚上充電，又經(jīng)常不想從家里出來到車庫去給車充電。白天充電又忘記拔電源；家中的水塔忘記抽水而造成生活的一時不便；學校的起床廣播因值班人員睡過頭而推遲廣播；家中的魚缸因太久沒有供氧造成魚兒缺氧死亡；許多球迷或者新聞愛好者因為錯過了開機時間而與精彩球賽或者新聞擦肩而過；夏天里風扇的定時時間過短（一般為1h），不便于晚上分段定時使用等等。各種各樣的電器產(chǎn)品在待機的過程中使我國能源消耗逐漸增多，給可持續(xù)發(fā)展社會帶來了巨大的負擔1，通過查詢中國節(jié)能認證中心對家用電器能耗做的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)了大概家庭電力的10都被家用電器以待機的形式浪費了，拿家庭TV來說，大約8.07W是一臺家庭TV一天的

14、平均消耗，如果一天待機2h將達到0.016kw-h的消耗。定時開關(guān)插座能夠使電器在預設的時間段內(nèi)工作，在設置的時間段外停止供電，這樣就減少了電器的待機時間，起到節(jié)能的效果。綜合以上原因考慮，我們急需要一款智能開關(guān)。此開關(guān)插座能夠在預設的時間內(nèi)提供電源給電器，在設置的時間段外停止供電，這樣既減少了電器的待機時間，又起到了節(jié)能的效果，還能消除安全隱患，最終使我們的生活更加方便化、智能化2。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，在市面上，時間控制器技術(shù)相對先進，種類齊全，時間控制器被廣泛應用于各類電器中，通過對時間的控制是人們的生活更加簡單化、智能化。在智能插座的領域卻還處于剛剛發(fā)展的階段，智能插座也僅僅限制

15、于旋鈕定時器，或者計數(shù)器芯片設計的體積較大的時控插座。這種插座定時時間單一，功能單一，定時準確性低，很難真正滿足我們?nèi)粘Ｉ畹男枨蟆，F(xiàn)在急需將一種功能強大的時控插座來滿足市場需求，改善我們的生活。隨著現(xiàn)代電子科學技術(shù)的發(fā)展，由于單片機具有優(yōu)異的性價比、集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強、低電壓、低功耗等特點，成品價格下降，越來越被廣泛應用3。這種新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，勢必在日常生活中產(chǎn)生深遠的影響。由單片機實現(xiàn)對插座的定時控制正符合這一發(fā)展規(guī)律。智能插座是新興的電氣產(chǎn)品，是物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的概念伴隨發(fā)展的產(chǎn)品。智能硬件是IT行業(yè)與傳統(tǒng)的硬件設備行業(yè)相結(jié)合的一個跨界的新領域，比較常見的智能硬件有智

16、能插座、智能手環(huán)、智能路由器等。智能插座通俗的說是節(jié)約用電量的一種插座，節(jié)能插座的理念很早之前就已經(jīng)生成，到目前為止已經(jīng)發(fā)展的電視雙插。比較廣泛，但是技術(shù)上還有待于進步。有的高端節(jié)能插座可以在保護電器的同時起到省電的功用,它可以“打掃”電力垃圾以起到保護電器的作用,部分插座還可以防雷、漏電、短路、過載等危險4。隨著科學技術(shù)的進步,我國的電力電子技術(shù)和電子器件都有了很大的發(fā)展.智能開關(guān)插座技術(shù)的發(fā)展,從根本上解決了傳統(tǒng)電器啟動的額定電流高，使傳統(tǒng)電器易造成過熱引起高溫而加速絕緣老化、電壓降過大而影響正常運轉(zhuǎn)以及大的沖擊力縮短設備的使用壽命等各種弊端。為此充分利用現(xiàn)有的技術(shù)、人才和資源優(yōu)勢，加強國

17、際合作和技術(shù)交流，爭取國內(nèi)外各方面的有利因素，提高家庭的生活質(zhì)量，減少不必要的人生傷害，增強人類的節(jié)能意識。定時智能開關(guān)插座在國內(nèi)外都已經(jīng)成熟，給生活中帶來許多的方便，比如家中的魚缸你可以設置供養(yǎng)的時間、或者對家中的飲水機也可以進行設置時間，以免長時間的滾水造成飲水不健康等；全面集成遠程控制、定時控制等智能和家電控制功能；即插即用，輕松實現(xiàn)家庭智能。1.3 課題研究的主要任務和預期目標1.3.1 主要任務及要求（1）分析了解題目相關(guān)技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀；設定插座通斷工作程序；（2）可人為干預設定好的工作程序；（3）實現(xiàn)無線遙控控制；（4）了解題目相關(guān)的國家標準與規(guī)范；進行方案論證與整體方案的設計；（

18、5）設計系統(tǒng)的總體框圖及總體電路圖；（6）以單片機為測量系統(tǒng)的核心，進行傳感器及測量電路設計。重點在大功率用電器開關(guān)控制；（7）繪制電路圖、編制相關(guān)流程圖及軟件程序等；（8）實驗數(shù)據(jù)獲取及處理。1.3.2 預期目標完成全部設計內(nèi)容，進行硬件制作和軟件設計（1）DS1302時鐘芯片，準確計時，自帶3V紐扣電池，當系統(tǒng)掉電后，紐扣電池供電給時鐘芯片繼續(xù)工作，再次上電無需重新設置時間；（2）LCD1602液晶可以顯示時、分、秒、星期、年、月、日；（3）可以設置5個開關(guān)開的時間和5個開關(guān)關(guān)的時間，每一個時間都可以單獨設置成是否工作有效，設定的時間并具有掉電保存功能，保存在STC單片機的內(nèi)部，上電無需重

19、新設置；（4）繼電器吸合指示燈亮實現(xiàn)開關(guān)開，繼電器斷開指示燈滅實現(xiàn)開關(guān)關(guān)，繼電器可以外接其他的家用電器；（5）具有自動模式和手動模式，手動模式下按加、減鍵就可以實現(xiàn)開關(guān)的開和關(guān)；（6）開機默認是自動模式，當現(xiàn)在的時間和設置開的時間一致時，繼電器工作打開開關(guān)，當現(xiàn)在的時候和設置關(guān)的時間一致時繼電器斷開關(guān)閉開關(guān)；（7）開關(guān)的開和關(guān)蜂鳴器的提示聲不同，當開關(guān)開時，蜂鳴器會發(fā)出滴滴的提示聲，開關(guān)關(guān)時，蜂鳴器會長鳴一聲；（8）具有紅外遙控功能。第2章 設計方案分析確定2.1 設計思想根據(jù)設計功能和預期目標的要求，系統(tǒng)的實施方案可以分為以下幾個步驟：首先，選定時鐘的走時方式為24h，作為定時時間的判斷標準

20、。然后通過按鍵設置定時時間分別存儲在定時開始數(shù)組begin和結(jié)束數(shù)組end，通過數(shù)組的值與時鐘的值進行比較，時間在定時數(shù)組時間范圍內(nèi)則繼電器接通，否則斷開。用一個紅色發(fā)光二極管的亮、滅來指示繼電器的通、斷的狀態(tài)。定時開關(guān)插座的顯示則用LCD1602液晶屏來實現(xiàn)。電源部分用220V轉(zhuǎn)換為直流5V或用3節(jié)5號電池給定時開關(guān)系統(tǒng)供電，并用3V紐扣電池做時鐘芯片儲備電源，防止220V交流電斷電了單片機時鐘芯片就停止工作，失去定時作用。用4個按鈕實現(xiàn)時鐘、定時的設置等功能。2.2 開關(guān)的選擇（1）先了解必要的條件；1）主回路電源的實際電壓以及它提供電流的范圍；2）次回路中的電壓及電流；3）次回路共有幾組

21、、觸點采用何種方式。主回路電源的實際電壓可以作為選取繼電器的參照。次回路中的電流應使繼電器正常工作，相反，繼電器無法順利工作。（2）選取繼電器的型號通過查閱相關(guān)資料，確定繼電器型號、規(guī)格后，再進行進一步的核對，是否達到了預期的效果。采用繼電器作為控制220V通、斷的開關(guān)。SSR是不具備機械活動，零使動部件的繼電器，但它可以實現(xiàn)的功能與其他繼電器無異。SSR由全部固態(tài)電子元件組成，無觸點是SSR獨有的設計，該設計利用元器件的點、磁和光特性完成輸入與輸出的隔離，再用三極管、場效應管、單雙項可控硅等器件的特性，最終達到無觸點、無火花地通斷電路的效果。選用SRD-05VDC-SL-C繼電器最大電路可達

22、到10A，即繼電器的正常工作范圍為02200W，可以給大部分家用電器供電。2.3 顯示方式選擇在模擬電子和數(shù)字電子中,常用顯示數(shù)據(jù)的有數(shù)碼管和液晶顯示器。方案一：采用LED數(shù)碼管顯示。雖然功耗低，控制簡單，但卻只能顯示數(shù)字和一些簡單的字符，而且顯示信息少，需要較多位的數(shù)碼管，占用了較多的單片機I/O口，沒有較好的人機界面。方案二：具有功耗低、體積小、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點的液晶顯示器在各類系統(tǒng)中得到廣泛采用。一方面，參照顯示內(nèi)容的不同分為字符型和圖形液晶。另一方面，參照顯示容量又可以分為單行16字、2行16字、2行20字等。本設計采用的是2行16字的字符型液晶。該模塊應用廣泛，相比于數(shù)碼管具有以下

23、優(yōu)勢：（1）顯示位數(shù)可以達到32位之多，而32個數(shù)碼管將占據(jù)相當大的空間，不利于設計；（2）具有相當大的顯示內(nèi)容，數(shù)字和大、小寫字母都含括其中；（3）易于編程，如果采用數(shù)碼管，顯示的刷新將占有相當長的時間，而1602自動完成刷新功能。所以本設計采用字符型液晶芯片。2.4 時鐘的實現(xiàn)及單片機的選擇時鐘的實現(xiàn)可已通過使用時鐘芯片或者單片機的定時器實現(xiàn)。下面簡要介紹幾種方案的特點。單片機僅用于控制繼電器、鍵盤，實現(xiàn)時鐘和定時。STC89C51、AT89C51、AT89S51、STC89C52、AT89C52，以上幾種單片機均是51系列單片機，都可以滿足設計要求。只是52單片機比51單片機內(nèi)存大4K，

24、且購買方便，故單片機選用STC89C52單片機。方案一：時鐘通過使用時鐘芯片來實現(xiàn)，控制部分通過使用單片機來實現(xiàn)。時鐘芯片種類非常多，有內(nèi)置晶振及充電電池的，也有外置晶振的，現(xiàn)在流行的時鐘芯片有DS1302、DS1307、PCF8485、SB2068等。使用時鐘芯片可以得到準確的時鐘走時，可用簡單的程序?qū)崿F(xiàn)定時開關(guān)插座的定時功能5。方案二：時鐘通過單片機的內(nèi)部定時器來實現(xiàn)時鐘。單片機的內(nèi)部定時器可實現(xiàn)較為精確的時鐘走時，定時50ms的誤差率極小，可達到定時開關(guān)插座的使用要求。使用單片機內(nèi)部定時器可簡化硬件電路，可以節(jié)省開支，但是編程的難度有所提高。為了減小編程難度，本設計選用方案一。2.5 電

25、源部分的選擇電源給單片機及繼電器等使用5V直流電的器件提供電源，供系統(tǒng)正常工作。使用交流電和干電池混合給系統(tǒng)供電。在交流電不失效的情況下由交流電轉(zhuǎn)5V直流電供電，在交流電失效情況下由干電池供電。這樣就能解決運行成本過高或者在交流電失效時丟失原先設置數(shù)據(jù)的問題。綜上所述，考慮到成本、實用性等問題，對定時開關(guān)插座系統(tǒng)供電方案采用交流電轉(zhuǎn)5V直流電是較為合適的。2.6 按鍵控制部分的實現(xiàn)時鐘時間和定時時間的設置功能可以通過按鍵來實現(xiàn)。根據(jù)本定時開關(guān)插座的設置要求，要用到至少10個按鍵。其中開關(guān)和遙控器分別需要5個按鍵。2.7 設計方案的確定紅外發(fā)射和紅外接收兩個部分的電路組成了本設計的硬件部分6,7

26、。系統(tǒng)軟件部分的設計就是在紅外發(fā)射端對信號進行編碼，在接收端進行解碼，要求編譯顯影的功能程序執(zhí)行各自操作，最終達到遠程控制硬件電路的效果。鍵盤掃描程序、38kHz載波及編碼脈沖發(fā)射程序、遙控接收及處理程序、延遲子程序等組成了本設計的軟件部分。系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示8。系統(tǒng)由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分采用脈沖個數(shù)編碼，將待發(fā)射信號調(diào)制成38kHz的載波信號，由紅外發(fā)射管進行發(fā)射。接收部分由紅外接收管進行解碼接收，單片機通過對所接收信號的分析，輸出相應的控制信號，由發(fā)光二極管和LCD1602液晶屏指示出發(fā)射部分按下的按鍵號。液晶屏顯示STC89C52單片機紅外接收電路紅外發(fā)射電路STC8

27、9C52單片機按鍵模塊繼電器接收部分發(fā)射部分圖2-1系統(tǒng)組成框圖第3章 系統(tǒng)硬件電路設計系統(tǒng)硬件框圖如圖3-1所示，STC89C52控制芯片、晶振模塊、復位模塊、電源模塊、蜂鳴器模塊、按鍵模塊、DS1302計時模塊、顯示模塊、紅外接收模塊、繼電器模塊等10個模塊組成了本設計的硬件電路。定時開關(guān)的硬件工作系統(tǒng)由以上10個模塊構(gòu)成。3.1 DS1302計時電路DS1302計時電路如圖3-2所示，DS1302可以計算的最小時間單位是秒，它的工作電壓范圍為2.55.5V 。Vcc和Vcc2中壓強大的供電給電路，主電源是Vcc2 ，后備電源為Vcc，在突發(fā)情況下如果主電源發(fā)生故障，后備電源繼續(xù)維持計時電

28、路的正常運行。X1，X2外接12kHz晶振，CE是復位選線，當CE收到高電平信號時，系統(tǒng)將初始化所有數(shù)據(jù)的傳送，開放對DS1302進行操作的權(quán)限，使數(shù)據(jù)得以傳送，當CE收到低電平信號時就會終止數(shù)據(jù)傳送。STC89C52計時模塊按鍵模塊顯示模塊蜂鳴器模塊電源模塊復位模塊晶振模塊受控電器紅外接收模塊繼電器模塊電器插座圖3-1系統(tǒng)硬件框圖 圖3-2 DS1302計時電路時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)計時。DS1302芯片是具備較高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，且精度高,用于高速數(shù)據(jù)暫存的318RAM，工作電壓在2.5V5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗電

29、小于300nA。選取該芯片是為了更準確的實現(xiàn)定時，更好的實現(xiàn)定時開關(guān)插座的功能9。3.2 LCD1602顯示電路本設計采用LCD1602作為顯示屏幕10。LCD1602能夠顯示162個字符。LCD1602顯示模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，包括阿拉伯數(shù)字、大小寫英文字母等。工作參數(shù)：（1）邏輯工作電壓：2.46.0V（2）LCD驅(qū)動電壓：3.013.5V（3）工作溫度：055（常溫）/-2070（寬溫）（4）保存溫度：-1070電氣特性：（1）輸入高電平：3.5Vmin（2）輸入低電平：0.55Vmax（3）輸出高電平：3.75Vmin（4）輸出低電平：1.0Vm

30、ax（5）工作電流：2.0mAmax液晶3腳連接的電阻是可調(diào)電阻，因為經(jīng)過查閱液晶芯片資料得知，液晶3腳是灰度調(diào)節(jié)引腳，灰度正常時是0.51V左右，在給系統(tǒng)通電后可以調(diào)整滑動變阻R2的阻值使液晶壓強在0.51V之間變化，從而起到調(diào)節(jié)液晶顯示屏亮度的作用。LCD1602顯示電路如圖3-3所示，Vcc接5V電源正極，RS為寄存器選擇位，與P1.0口相連，高電平1是選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平0時選擇指令寄存器；RW為讀/寫信號線，與P1.1口相連，高電平1時進行讀操作，低電平0時進行寫操作；E端為使能端，高電平1時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。D0D7與單片機的P0口相連作為8位雙向數(shù)據(jù)端。圖3-3 LC

31、D1602顯示電路3.3 蜂鳴器電路蜂鳴器和繼電器的驅(qū)動三極管選用的都是PNP型的9012三極管，因為單片機剛一上電的時候所有的I/O口會有一個短暫的高電平。如果選用PNP型的，即使程序上將I/O口拉低，蜂鳴器或繼電器也會響一小下或吸合一下，為了避免這種情況發(fā)生，就選用PNP型的。因為我們想控制蜂鳴器或繼電器工作單片機的I/O口要低電平，這樣就避免了，因為我們不可能剛一通電就讓蜂鳴器響或繼電器吸合。避免了不必要的麻煩。蜂鳴器電路如圖3-4所示，遙控定時開關(guān)中設計了蜂鳴報警電路。其中蜂鳴器的基極連接到了單片機的P3.7端口，當P3.7端口輸出為低電平時有電流流過蜂鳴器，此時蜂鳴器發(fā)出聲音，如果P

32、3.7輸出為高電平，沒有電流流過蜂鳴器，此時蜂鳴器不發(fā)音。圖3-4蜂鳴器電路3.4 按鍵電路本設計使用的I/O口較少，所以STC89C52芯片有很多I/O口可供選擇作為按鍵接口，所以在本設計中采用獨立按鍵的模式。獨立式按鍵電路有很多優(yōu)勢，利于編程、結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活方便。本插座具有5個按鍵，一個按鍵占只用唯一一個I/O口，每個按鍵之間的操作不發(fā)生沖突，判斷哪個按鍵被按下可以通過檢測輸入線的電平狀態(tài)。按鍵電路如圖3-5所示，該部分電路設計包括4個獨立的按鍵，這4個按鍵的一端分別連接到單片機的P1.3口P1.6口，另一端則全部接地。這4個按鍵功能如下：按鍵S2：減少鍵，該按鍵可以對時間進行減少。按

33、鍵S3：增加鍵，該按鍵可以對時間進行增加。按鍵S4：選擇鍵，通過該按鍵可以對年、月、日、時、分進行選擇。按鍵S5：確定鍵，通過該按鍵可以對時間選項進行確定。 圖3-5按鍵電路3.5 紅外接收電路由于單片機STC89C52的I/O口充足，故在本設計中按鍵電路采用獨立按鍵，并對按鍵電路進行了消抖處理，為了便于操作，紅外遙控按鍵與按鍵電路相互對應。因為自制紅外編碼發(fā)送接收模塊的設計相當復雜，成本也會大大增加，故本設計采用已完成編碼的紅外發(fā)射器和紅外接收管來達到紅外遠程操控的效果。紅外接收電路如圖3-6所示，與單片機的兩個外部中斷之一的P3.2口相連，當P3.2口接收到低電平時立刻進行紅外按鍵檢測。圖

34、3-6紅外接收電路3.6 繼電器控制電路繼電器是一種電子控制器件，它具有輸入回路和輸出回路，常常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。在本設計中，繼電器起到的就是開關(guān)的左右。繼電器控制電路見圖3-7所示，其中三極管起到導通截止的作用。而發(fā)光二極管D1有指示的效果，繼電器觸發(fā)信號將從單片機P3.1口產(chǎn)生，當P3.1口輸出低電平時，三極管Q2導通狀態(tài)，繼電器閉合，發(fā)光二極管發(fā)亮，外接電器通電開始工作。當P3.1口輸出高電平時，三極管Q2截止狀態(tài)，繼電器斷開，發(fā)光二極管燈滅，外接電器斷電停止工作。3.6.1 繼電器工作原理及特性（1）電磁繼電器的工作原理和特性

35、電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點吸合。 圖3-7繼電器控制電路（2）SSR的工作原理和特性SSR是一種兩個接線端為輸入端，另外兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現(xiàn)輸入輸出的電隔離。 SSR按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，其中以光電隔離型最多。根據(jù)家用電器的一般要求，本定時插座采用SONGLE的SRD-05VDC-SL-

36、C繼電器。該繼電器的最大耐壓為交流250V，最大可通過10A的交流電流。在本系統(tǒng)中，繼電器主要起到開關(guān)的作用，通過單片機I/O輸出信號的變化來控制繼電器的工作狀態(tài)，從而達到控制電器通斷電的目的。3.6.2 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)SSR的主要參數(shù)包括：額定工作電壓、直流電阻、吸合電流、釋放電流、觸點切換電壓和電流。經(jīng)測量本設計中采用的繼電器參數(shù)大致如下：（1）額定工作電壓：5V；（2）直流電阻：0.1；（3）吸合電流：0.036A；（4）釋放電流：0.072A；（5）觸點切換電壓和電流：4.6V、0.070。繼電器功率是0.36W左右，在3節(jié)1.5V干電池供電下最多可以使用125h左右，而且可以

37、正常工作在-4585的環(huán)境中。通過上面的參數(shù)了解和測量，及考慮器件的性價比，本設計選擇固態(tài)電磁繼電器。3.7 紅外發(fā)射電路目前我國的紅外遙控技術(shù)早已成熟，在各行各業(yè)的應用十分廣泛，本設計采用已編碼完成的38kHz紅外發(fā)射接收模塊，紅外控制系統(tǒng)框圖如圖3-8所示。按鍵編碼器LED光電放大器解碼器解碼紅外發(fā)射器紅外接收器圖3-8紅外控制系統(tǒng)框圖編碼功能實現(xiàn)方式：采用脈寬調(diào)制的串行碼，在開始的5ms內(nèi)發(fā)送38K碼作為發(fā)射碼開始的標志，二進制中的“1”用脈寬為11.2ms、間隔為0.5ms、周期為2ms的組合串行碼來表示；二進制中的“0”則用脈寬為0.56ms、間隔為0.5ms、周期為2ms的組合串行

38、碼來表示11。如何成功解碼的重中之重是怎樣識別“0”和“1”，從位的定義可以發(fā)現(xiàn)接收判定“0”、“1”就是判定每個周期開始時低電平（注意發(fā)射與接收碼正好反相）出現(xiàn)時間的長短，如果接收到“0”的時間為11.2ms，則接收到的值為1，如果接收到“0”的時間為0.56ms，則接收到的值為0。紅外發(fā)射電路如圖3-9所示。 圖3-9紅外發(fā)射電路第4章 系統(tǒng)軟件程序設計這次設計可以用C語言編程序，也可以用匯編語言編程序，由于本次設計中程序涉及到定時和復雜的邏輯控制，系統(tǒng)用C語言。本設計所選用的單片機是STC89C52，它的C語言語法和結(jié)構(gòu)在標準C語言基礎之上只是有了相應的擴充，采用Keil C軟件進行編譯

39、12。下面結(jié)合我的程序編譯簡要講述以下Keil C的編譯環(huán)境的特點。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。更重要的是，根據(jù)編譯后生成的匯編代碼，我們就會發(fā)現(xiàn)Keil C51具有相當高效率的生成目標代碼的速度，并且絕大部分語句生成的匯編代碼精致緊湊，便于理解13。高級語言的優(yōu)勢在開發(fā)大型軟件時更是體現(xiàn)的相當明顯。在本次設計中，主程序在單片機的控制下，對鍵盤的輸入信息進行存儲分析，驅(qū)動液晶顯示出相關(guān)信息，并通過對比分析定時時間與時鐘，控制繼電器的通、斷，從而達到控制插座的通、斷電的目的。為了使程序更加易于理解，本次設計采用模塊化思想，利用C語言進行

40、編程。主程序如下：void main() Sys_init();While(1) keycsan();Main_display();Control(); 本設計的程序流程圖如圖4-1所示，裝置上電后，系統(tǒng)先進行初始化，然后顯示系統(tǒng)時間，再判斷系統(tǒng)時間和設定的啟動時間或停止時間是否相同，如果相同，繼電器就會產(chǎn)生相應的動作，掃描是否有按鍵按下，如果是S4，可以選擇需要設定的時間單位，如果是S5，可以通過該按鍵對時間選項的調(diào)整進行確定。當完成設定時間后，系統(tǒng)的時間與設定時間達到一致，系統(tǒng)就會自動發(fā)出信號使繼電器閉合，外接電器工作，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，紅色指示燈亮；外接電器工作時間到了，系統(tǒng)又會使繼電器

41、斷開，切斷電源，外接電器停止工作。否則系統(tǒng)就會自動返回到初始化界面，顯示系統(tǒng)時間和上次設置的電器工作時間14。啟動系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)時間與啟動時間相同與停止時間相同顯示系統(tǒng)時間鍵S4按下鍵S5按下NNNN繼電器閉合繼電器斷開YYYY選擇需要設定的年、月、日設定電器工作時間間隔圖4-1系統(tǒng)程序流程圖第5章 系統(tǒng)軟硬件的制作與調(diào)試5.1 硬件的制作電路設計軟件Protel是目前國內(nèi)最流行的通用CAD軟件，它是將電路原理圖設計、PCB板圖設計、電路仿真和PLD設計等多個實用工具軟件組合后構(gòu)成的CAD工作平臺。本設計是首先在Protel軟件上畫好單片機最小系統(tǒng)、液晶與單片機的連接電路、繼電器的外圍

42、電路及與單片機的連接電路、鍵盤與單片機的連接電路、電源電路等的原理圖15，然后對原理圖進行仿真，仿真無誤后生成網(wǎng)絡表后裝載到PCB環(huán)境中生成需要的PCB。其中，單片機控制繼電器部分為了確保其在實際應用的準確性，首先在萬用板上焊接好繼電器電路，并接上插座后對其進行驗證，證明使用本電路能正常工作后，再打印PCB、轉(zhuǎn)印到銅板上、用用雙氧水稀釋濃鹽酸腐蝕、鉆孔，并根據(jù)原理圖由低器件（如電阻）到高器件安放元器件（確保元器件的參數(shù)與電路中的一致），然后焊接元器件，完成了定時快關(guān)插座的硬件電路板的制作。5.2 調(diào)試方案根據(jù)電路原理圖、PCB圖把電路板實物做出來后，下一步就是電路板調(diào)試。電路板調(diào)試是最關(guān)鍵的一

43、步，前面所做的電路設計的成功與否就是在調(diào)試步驟里體現(xiàn)的。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和接負載調(diào)試等三大部分。經(jīng)過對定時器的設計后，在制作硬件電路的同時，調(diào)試也在同時進行，這種方式分析解決了不少難題。沒有很多小問題的堆積，僅僅輕微影響了整體電路的檢查，為系統(tǒng)的調(diào)試節(jié)約了大量的時間。例如當單片機控制模塊硬件部分制作好后，就可以先調(diào)試顯示程序，在LCD1602上顯示一個簡單的數(shù)字0，顯示結(jié)果正確了，說明LCD顯示電路與單片機的連接電路是正確的,單片機能正常工作。軟件編程中，首先完成單元功能模塊的調(diào)試，其次進行系統(tǒng)的調(diào)試，調(diào)試的思想和步驟與硬件的基本相同。5.3 硬件電路調(diào)試硬件單元電路制作

44、好后，在上電之前，應該先用萬用表對各個獨立元件進行檢查，在排除了虛焊、短路、斷路等問題后再通電進行電路功能的調(diào)試。具體調(diào)試過程如下所述。5.3.1 獨立元件的檢測在通電之前任意組裝好的電子電路都有可能出現(xiàn)線路的連接錯誤。本設計的檢查方法是對比電路原理圖仔細的按一定規(guī)律一級一級的進行檢查。例如：對電路板的電阻阻值進行確定，可以通過讀取電阻上的色環(huán)進行確認。需要特別注意的是電源正負極是否接反，集成電路和晶體管的引腳是否接錯，電源與地是否存在短接，輕輕地碰一下元器件，檢查焊點是否牢固等。用萬用表檢測是否存在短路和斷路現(xiàn)象。給系統(tǒng)上電后，看下電源（綠色）燈亮不亮。假如不亮，就要檢查電源指示燈發(fā)光二極管

45、的好壞。還要用萬用表測一下單片機等芯片的電壓是不是符合要求。假如不是，就要進行各個芯片的檢查，看一下各個芯片的引腳有沒有焊好，芯片是否損壞。5.3.2 電源電路的調(diào)試電源電路作為整個系統(tǒng)的供電電路，其輸出電壓必須在單片機的正常工作電壓范圍（4V5.5V之間）內(nèi)。在電源通220V交流電之前，一定要檢查電路是否接錯，特別是極性電容是否有接反，防止出現(xiàn)極性電容接反而造成爆電容的現(xiàn)象。在確保器件接法無誤的情況下，接通電源，并用萬用表測量輸出電壓，得到其電壓為4.7V左右。符合系統(tǒng)的正常工作電壓要求。5.3.3 單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試單片機STC89C52最小系統(tǒng)的檢測分為硬件調(diào)試及軟件調(diào)試16。硬件調(diào)試

46、時用萬用表測量單片機的工作電壓及各個管腳的電壓是否達到正常工作電壓。在此檢測中還要燒入程序?qū)Ω鱾€I/O口的輸出進行測試，查看I/O口所輸出的電壓是否與程序所控制值一致。5.3.4 顯示模塊的調(diào)試顯示模塊硬件連接相對較簡單，檢查與調(diào)試過程中幾乎沒有遇到困難。本次設計中，采用LCD1602來顯示結(jié)果。在給系統(tǒng)通電后，可以調(diào)整滑動變阻R2 的阻值起到調(diào)節(jié)液晶顯示屏的亮度。5.3.5 鍵盤模塊的調(diào)試在硬件檢測時，首先用萬用表檢測每個按鍵之間的鏈接是否有斷線的情況，若是有斷線，查出后可以使用熔化后的焊錫將線接通。然后再看每個按鍵按下時反饋回單片機的電平是否與預期的一致，若不一致這要看原理圖是否有錯，在畫

47、PCB時是否有錯，然后再查看線路是否有斷線情況。在檢測鍵盤過程中，因為存在連線不好的情況，其中一個按鍵的功能有時候能實現(xiàn)，有時候不能實現(xiàn)。經(jīng)檢查排除后，發(fā)現(xiàn)是與此按鍵相連的一條線被腐蝕是過度了，造成接觸不良，用焊錫加固后解決了此問題。5.3.6 繼電器電路的調(diào)試繼電器的外圍電路硬件檢測的工作最為簡單，首先是測出三極管Q2在給出工作電平時它的各個管腳的電壓值，然后看看是否工作在導通狀態(tài)。三極管工作在導通狀態(tài)，就能給繼電器提供足夠的電流，從而驅(qū)動繼電器工作。5.4 軟件調(diào)試軟件的調(diào)試包括程序本身語法的調(diào)試和在電路板上功能的調(diào)試兩種。在編程過程中，為了使程序滿足設計要求，則需要對程序進行調(diào)試，甚至需

48、要經(jīng)過多次反復的調(diào)試才能成功。在調(diào)試程序前為了調(diào)試方便，避免程序出錯時將單片機拆來拆去的麻煩，在電路板上做了一個下載口，可以將下載線直接插到電路板上進行調(diào)試，這樣就可以一邊進行調(diào)試，一邊修改程序。程序用Keil C軟件寫好后，先用該軟件的編譯功能編譯一下所寫的程序，檢查程序是有語法錯誤或其他的錯誤。如果有錯誤則根據(jù)提示進行分析將錯誤改過來直至編譯成功為止。當完成了語法調(diào)試后，再根據(jù)定時開關(guān)插座設計的功能要求修改程序完成系統(tǒng)的各個功能。在編寫程序的時候一定要根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能和連接方式，認真分析，畫出系統(tǒng)主程序、時鐘程序、設置程序的流程圖，并根據(jù)畫出的流程圖一步一步的去寫出程序。Keil C51

49、在使用前一定要先進行注冊，否則程序過大會造成編譯時出現(xiàn)地址使用錯誤。程序在編譯時就遇到過這種問題。在單個程序運行時沒有錯誤，但是一整合編譯后出現(xiàn)地址沖突現(xiàn)象。這個問題困擾了很長一段時間，通過查資料發(fā)現(xiàn)若是Keil C51軟件沒有注冊的話使用時當程序過大就會出現(xiàn)地址沖突現(xiàn)象。在注冊完成后，程序編譯能順利通過。根據(jù)系統(tǒng)的特點，軟件系統(tǒng)應該按模塊進行調(diào)試，當各個模塊調(diào)試通過后再將各個模塊整合起來，進行綜合調(diào)試，直到得到預期結(jié)果。軟件模塊大致可以分為四部分：LCD1602顯示模塊、時鐘模塊、按鍵設置模塊、繼電器控制模塊。在這四個模塊中，調(diào)試的順序比較固定：首先調(diào)試顯示模塊，因為只有顯示正確后，才能夠顯

50、示按鍵操作結(jié)果及時鐘信息，以便和預期結(jié)果比較看是否正確。接著調(diào)試時鐘程序，然后調(diào)試按鍵模塊，最后調(diào)試繼電器控制模塊。與純粹的C語言編程不同的是，單片機編程要考慮到硬件的設計，所有程序的編寫都是根據(jù)硬件資源進行。開始程序下載到單片機的時候，液晶沒有顯示，在排除了程序語法錯誤和板子虛焊等原因后，還是沒有顯示，經(jīng)過仔細檢查發(fā)現(xiàn)，原來是軟件編寫中把單片機和液晶接線的引腳定義錯了，改正后即得到了顯示結(jié)果。在鍵盤掃描時，在編譯過程中沒有錯誤，但是因為其中三個按鍵的鍵值計算錯誤，在按鍵按下時沒有反應到液晶顯示上，然后重新計算出正確的鍵值后即得到預期結(jié)果。5.5 整體系統(tǒng)調(diào)試定時開關(guān)插座的硬件模塊和軟件模塊分

51、別調(diào)試成功后，下一步將對系統(tǒng)進行整體的調(diào)試。在剛開始的時候也遇到了一些問題。在定時方面，單組定時都能在規(guī)定的時間內(nèi)開始和結(jié)束，但是當多組定時有重疊的部分時，由于考慮不周全，在一組結(jié)束時繼電器會閃一下，這樣會造成插座供電也會閃一下。這種狀況很容易將負載損壞，最起碼會對負載造成傷害。為了解決這個問題，我用了一個中間變量n來解決定時時間有重疊時的閃爍問題。首先對n進行歸零，在判定定時開始和結(jié)束時，每組定時開始都對n的進行加1操作，結(jié)束時對n進行減1操作，然后通過判斷n的值來控制繼電器。當n為非0值時，繼電器導通，當n為0值時繼電器斷開。這樣，就能避免再有定時疊加時組別之間交接時出繼電器閃爍的問題。繼

52、電器正常工作允許通過的最大電流是10A，額定工作電壓為220V，即允許通過的功率為2200W。但是負載的功率過大會影響到系統(tǒng)的運行。理論上可以支撐絕大部分家用電器正常工作。5.6 實物圖定時開關(guān)插座如圖5-1所示。圖5-1定時開關(guān)插座紅外發(fā)射裝置如圖5-2所示。圖5-2紅外發(fā)射裝置第6章 結(jié)論本次畢業(yè)設計是一個基于單片機STC89C52的定時開關(guān)插座，包括方案選擇、軟硬件設計、單片機最小系統(tǒng)、繼電器驅(qū)動電路和鍵盤電路調(diào)試、硬件測試結(jié)果及解決在電路調(diào)試時遇到的問題。在此期間主要完成的工作包括以下幾個方面：（1）設計初期收集繼電器、單片機等相關(guān)資料，對定時開關(guān)插座的實現(xiàn)原理有比較清晰的了解；（2）

53、確定系統(tǒng)框圖，對所有電路模塊的實施方案進行比較，確定最終的定時開關(guān)插座的設計方案；（3）根據(jù)定時開關(guān)插座的原理圖制作出硬件電路板，并對系統(tǒng)進行空載調(diào)試和接負載調(diào)試；（4）根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的定時和時鐘走時等功能編寫出軟件程序，并進行定時功能的調(diào)試及數(shù)據(jù)采集分析；（5）軟硬件調(diào)試通過后進行整體調(diào)試，并查找定時開關(guān)插座系統(tǒng)存在的缺陷，進行定時功能的完善；（6）最終系統(tǒng)定時組別可以達到5組，定時時間范圍根據(jù)模式的不同可以分為24h內(nèi)任意時間（最小定時范圍為1min）和100h沒任意時間（最小定時范圍為1min）兩種定時方式。本次設計完成了一款定時開關(guān)插座系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用51單片機STC89C52編程控制

54、繼電器的通、斷來實現(xiàn)控制插座的通、斷電，而繼電器的通、斷由定時組別確定。在定時范圍內(nèi)繼電器導通，否則斷開。并用LCD1602顯示出時鐘及定時時間等信息。當時鐘時間與定時時間段的開始時間一致時，繼電器接通，插座給負載供電；時鐘走到定時結(jié)束時間時，繼電器斷開，插座停止供電?？偠灾?，本次設計比較成功，各項指標都符合設計要求。由于畢業(yè)設計經(jīng)費有限及有的元器件比較難購買到，故定時開關(guān)插座系統(tǒng)存在一定的缺陷，可以做進一步的完善：例如可以用一個按鍵實現(xiàn)多個功能，這樣子按鍵數(shù)目就會大大減少，減小系統(tǒng)的體積。電源部分可以用高頻磁芯代替變壓器，這樣設計出來的電源重量及體積會更小，能使電源模塊更加小巧玲瓏，從而減小整個系統(tǒng)的重量及體積，便于使用等等。本次設計的定時開關(guān)插座自動化程度較高，符合定時開關(guān)插座的發(fā)展方向，適用于日常家庭電器供電。系統(tǒng)中的定時組數(shù)經(jīng)簡單改造后能增加組數(shù)，繼電器改用能承受更大的電流的繼電器或者光耦合器，能使定時開關(guān)的應用更廣，具有一定的應用前景。參考文獻1 All