聶 茹

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣州510800）

基于89C52的智能排插系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

聶 茹

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣州510800）

這里設(shè)計(jì)的系統(tǒng)為基于單片機(jī)的智能定時(shí)排插，系統(tǒng)由單片機(jī)，電源電路，液晶1602顯示電路、報(bào)警電路、鍵盤控制及繼電器工作電路組成。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)插座的定時(shí)控制及斷電報(bào)警功能，使人們?cè)谑褂眠@個(gè)系統(tǒng)中能感覺更加方便智能化。

智能；單片機(jī)；排插

1 引 言

目前市場(chǎng)上排插的功能太簡(jiǎn)單，有時(shí)滿足不了人們的需求。比如我們經(jīng)常遇到的就是電瓶車充電問題，電瓶車充電時(shí)間通常是8個(gè)小時(shí)左右，太長(zhǎng)則容易損耗電池，太短則充不滿，如果在晚上充電，又不想從家里出來到車庫(kù)給車充電，或者白天充電了，晚上不想下車庫(kù)或者忘了拔電等，造成很多的不方便。本著這一思想于是提出了本課題，第一利用單片機(jī)，直流控制交流繼電器等部件實(shí)現(xiàn)排插的定時(shí)開關(guān)功能（比如，什么時(shí)候接通，接通多久時(shí)間后斷開），第二提供報(bào)警功能，比如播放音樂，如使用這一排插來控制電飯煲，則在電飯煲時(shí)間到后自動(dòng)斷電并通過音樂聲告訴人們飯已經(jīng)好了。智能插座控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)全部是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)。智能插座可以用于所有家庭電器，比如電動(dòng)車，手機(jī)，電腦等等。因此研究智能插座有很大的實(shí)用意義。智能插座已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲罚瑥V泛用于個(gè)人家庭以及一些公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來方便。由于單片機(jī)控制電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使智能插座具有定時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）人機(jī)交互界面：通過1602液晶顯示屏，與獨(dú)立按鍵建立起一套完善的人機(jī)交互界面。可以用于設(shè)置定時(shí)參數(shù)。查看定時(shí)參數(shù)，現(xiàn)實(shí)時(shí)間。

（2）設(shè)置定時(shí)時(shí)間：用戶通過人機(jī)交互界面，查找到設(shè)定時(shí)間界面，設(shè)置對(duì)應(yīng)的每一組時(shí)間。

（3）設(shè)置現(xiàn)實(shí)時(shí)間：由于各種外界因素會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)時(shí)間與實(shí)際現(xiàn)實(shí)時(shí)間相異，系統(tǒng)支持修改系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)時(shí)間。用戶通過人機(jī)交互界面，查找到設(shè)定時(shí)間界面，設(shè)置系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)時(shí)間。

（4）報(bào)警：當(dāng)用戶設(shè)定時(shí)間結(jié)束時(shí)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警提示。

2.2 設(shè)計(jì)方案

采用一種以AT89C52為核心的單片機(jī)控制方案。選用單片機(jī)AT89C52作為本設(shè)計(jì)的核心元件，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的IO端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基本的定時(shí)控制功能。在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤及1602液晶用于構(gòu)造人機(jī)交互界面以設(shè)置各個(gè)參數(shù)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

3 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路包括電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊以及鍵盤模塊。

3.1 單片機(jī)主芯片電路

單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和單片機(jī)AT89C52組成。它是低功耗、高性能的CMOS型8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有8kB的Flash存儲(chǔ)器，且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。

3.2 液晶顯示模塊

設(shè)計(jì)選用的1602液晶為16管腳液晶，即帶背光液晶。LCD1602液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 繼電器驅(qū)動(dòng)電路

繼電器驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。

圖2 繼電器驅(qū)動(dòng)電路

圖中P1處連接的是單片機(jī)的P2.7口。P2.7口給出高電平時(shí)，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，并起放大作用，這樣，繼電器就能得到足夠的驅(qū)動(dòng)電流來正常工作。當(dāng)P2.7口給出低電平時(shí)，三極管不工作，繼電器因沒電流通過而不工作。二極管4148起到保護(hù)作用。發(fā)光二極管LED0用于指示繼電器是處于導(dǎo)通狀態(tài)（燈亮）還是處于斷開狀態(tài)（燈滅）。

3.4 電源電路模塊

系統(tǒng)要提供穩(wěn)定的直流5V供單片機(jī)及其所控制的外圍電路（包括液晶、鍵盤、繼電器等）和提供220交流電給插座。在電源設(shè)計(jì)中，用220V交流電經(jīng)過變壓器降壓后經(jīng)7805穩(wěn)壓后給單片機(jī)控制系統(tǒng)供電。

3.5 鍵盤電路

設(shè)計(jì)采用了獨(dú)立鍵盤設(shè)計(jì)，只是用了5個(gè)獨(dú)立按鍵與單片機(jī)IO口連接，利用簡(jiǎn)單的邏輯方式實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面。該界面操作簡(jiǎn)單，便于控制。獨(dú)立鍵盤電路如圖3所示。

圖3 鍵盤電路

3.6 報(bào)警電路

設(shè)計(jì)報(bào)警電路由單片機(jī)I／O口經(jīng)三極管控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

4 軟件設(shè)計(jì)

（1）主程序流程圖

在本次設(shè)計(jì)中，主程序主要是在單片機(jī)的控制下，建立人機(jī)操作界面，對(duì)設(shè)定時(shí)間進(jìn)行儲(chǔ)存分析，驅(qū)動(dòng)液晶顯示出相關(guān)信息，并通過對(duì)比分析定時(shí)時(shí)間與時(shí)鐘，控制繼電器的通、斷，從而達(dá)到控制插座的通、斷電。在這個(gè)過程中，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，包括設(shè)置單片機(jī)各個(gè)端口的方向，各個(gè)變量的初始化，液晶顯示初始化、繼電器斷開以及單片機(jī)振蕩頻率的校準(zhǔn)等。整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖如圖4所示。

（2）時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)AT89S52內(nèi)的定時(shí)器0和定時(shí)器1能準(zhǔn)確定時(shí)一段時(shí)間。故用定時(shí)器0定時(shí)，并通過計(jì)算定時(shí)次數(shù)來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘走時(shí)。設(shè)計(jì)中定時(shí)器0和定時(shí)器1都是定時(shí)50ms中斷一次，中斷20次就能實(shí)現(xiàn)一秒鐘。整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖如圖5所示。

圖4 主程序流程圖

圖5 定時(shí)中斷程序流程圖

5 系統(tǒng)調(diào)試

5.1 硬件電路調(diào)試

（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試

單片機(jī)STC89C51最小系統(tǒng)的檢測(cè)分為硬件調(diào)試及軟件調(diào)試。硬件調(diào)試時(shí)用萬用表測(cè)量單片機(jī)的工作電壓及各個(gè)管腳的電壓是否達(dá)到正常工作電壓。在此檢測(cè)中還要燒入程序?qū)Ω鱾€(gè)I／O口的輸出進(jìn)行測(cè)試，查看I／O口所輸出的電壓是否與程序所控制值一致。例如：編寫一個(gè)調(diào)試程序，使所有I／O口從P1.0口開始依次賦予低電平，用萬用表測(cè)量其輸出電壓，確定是否與程序所賦值一致，一致則證明正確；然后又對(duì)其依次賦予高電平，確定是否與程序所賦值一致，一致則證明正確。兩次測(cè)試都正確，證明單片機(jī)最小系統(tǒng)是正常工作的。

（2）顯示模塊調(diào)試

顯示模塊硬件連接相對(duì)比較簡(jiǎn)單，檢查與調(diào)試過程中也沒有遇到什么困難。這次設(shè)計(jì)中，結(jié)果用LCD1602來顯示。在系統(tǒng)上電后，要觀察LCD的亮度，為了減少功耗，LCD1602背景燈的接地管腳同過I／O口P2.0的高低電平實(shí)現(xiàn)滅亮的要求，這種接法其背光燈會(huì)較暗，但是能夠滿足其在白天和夜晚都可以看清楚顯示內(nèi)容的要求。

5.2 軟件調(diào)試

（1）顯示模塊調(diào)試

先在主程序中只寫入1602液晶的初始化程序，讓液晶在第一行顯示幾個(gè)字符。若未顯示則檢查，看是否使能顯示，以及讀寫時(shí)序是否正確。

（2）時(shí)鐘模塊調(diào)試

在主程序中加入定時(shí)器的初始化程序，讓液晶顯示一組時(shí)分秒，看定時(shí)器是否工作。若工作則液晶顯示的時(shí)分秒會(huì)開始變化，若不工作則檢查初始化是否正確。

6 結(jié)論

設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的定時(shí)排插系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用51單片機(jī)編程控制繼電器的通、斷來實(shí)現(xiàn)控制插座的通、斷電，而繼電器的通、斷由定時(shí)組別確定。在定時(shí)范圍內(nèi)繼電器導(dǎo)通，否則斷開。并用LCD1602顯示出時(shí)鐘及定時(shí)時(shí)間等信息。該排插電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，可靠性高，具有很廣的應(yīng)用價(jià)值。

［1］劉昕，楊峰，謝晉.基于單片機(jī)AT89C52的多功能電子鐘設(shè)計(jì)［J］.信息化研究，2010（4）：61-64.

［2］王峰，邢磊，史星晟，等.基于nRF24L01的無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2011（7）：88-90.

［3］程晨.Arduino開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［4］孟立凡，鄭賓.傳感器原理及技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

Design and Realization of Intelligent Tim ing Socket System Based on Single Chip

NIE Ru
（Guangzhou College of South China University of Technology，Guangzhou 510800，China）

The system described in this paper is intelligent timing socket based on single chip which consists of STC89C52 single chip，the clock chip，a reset circuit，digital display circuit，alarm circuit，keyboard control and crystal oscillator circuit.It can realize the timing control and power on the socket of the alarm function so that people can feelmore convenient and intelligent in the use of system.

Intelligence；Single chip；Socket

10.3969／j.issn.1002-2279.2014.05.021

TN91

：A

：1002-2279（2014）05-0074-03

聶茹（1982-），女，江西人，碩士研究生，講師，主研方向：智能控制。

2014-01-08