周加良　宣燕紅　方永剛

摘要：隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的提高以及智能化電器的普及應(yīng)用，傳統(tǒng)家用用電控制模式已不能滿足于我們的日常需求，而定時(shí)插座的出現(xiàn)無疑給用戶提供了一個(gè)更舒適的居家環(huán)境。本設(shè)計(jì)的核心是以單片機(jī)為控制芯片，通過其內(nèi)部的定時(shí)器來進(jìn)行電器用電時(shí)間的設(shè)定，從而達(dá)到對(duì)家居用電情況進(jìn)行有效的管理與監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);定時(shí)開關(guān)插座;設(shè)計(jì)與制作

引言

家用插座是我們?nèi)粘Ｉ钪斜貍涞募已b電器附件，它主要用于對(duì)各種電器的電源控制;在現(xiàn)代的家用電器中，智能化的插座已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｊ褂玫闹匾糠?。隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，傳統(tǒng)家電的定時(shí)功能越來越不適應(yīng)人民生活節(jié)奏，比如：時(shí)間不能設(shè)置，造成忘記關(guān)閉電源帶來的安全隱患，也無法實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能用電等。因此，設(shè)計(jì)一款定時(shí)的多功能開關(guān)插座具有非常重大的意義。

一、單片機(jī)的基本概念

單片機(jī)是一種集成電路芯片，它可以把CPU、RAM、ROM、I/0口和定時(shí)器等集成在一塊的一個(gè)器件。它由若干個(gè)不同的部分組成，這些部件共同工作，以實(shí)現(xiàn)控制功能。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，從工業(yè)上到智能儀表，再到家庭中的門禁系統(tǒng)，從個(gè)人住宅，再到各種設(shè)備的安全都有涉及。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的作用也越來越大，涵蓋我們生活的方方面面。目前，市場(chǎng)上的插座種類繁多，但大多數(shù)都是基于單一的基礎(chǔ)元件，比如溫度傳感器，液位開關(guān)，時(shí)鐘電路，按鍵輸入模塊等等。而本設(shè)計(jì)所需的多功能定時(shí)插座則選擇了AT89C51系列的軟硬件，通過軟件來調(diào)整時(shí)間，使其能夠準(zhǔn)確的完成設(shè)定的日期及用戶設(shè)置的密碼等操作。同時(shí)還添加了報(bào)警提示的功能當(dāng)出現(xiàn)異常情況的時(shí)候發(fā)出聲光警報(bào)的提醒功能。

二、定時(shí)開關(guān)插座設(shè)計(jì)的主要方法

定時(shí)插座的功能是控制電器的開啟和關(guān)閉，它是一種智能開關(guān)，當(dāng)電源接通時(shí)，通過按鍵的方式來實(shí)現(xiàn)定時(shí)的工作;當(dāng)用電負(fù)荷較大時(shí)，可利用斷開的狀態(tài)進(jìn)行斷電，從而達(dá)到保護(hù)的目的;當(dāng)用電較小時(shí)，可以使用掉電后再打開插座模式，避免因忘記去啟動(dòng)電源而造成損壞。在此次的設(shè)計(jì)中，主要研究的是基于單片機(jī)定時(shí)的多功能開關(guān)插座的設(shè)計(jì)與制作。在此次的設(shè)計(jì)中，主要介紹了軟硬件的設(shè)計(jì)方案以及系統(tǒng)的整體框架，并且對(duì)各個(gè)模塊的方案選擇做了一定的分析與比較，最終確定采用AT89C51作為主控芯片來驅(qū)動(dòng)繼電器的電路進(jìn)而完成整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。本論文的重點(diǎn)部分就是軟硬件的設(shè)計(jì)與制作出，并對(duì)軟件的流程做了簡(jiǎn)要的概述。

三、基于單片機(jī)的定時(shí)開關(guān)插座的設(shè)計(jì)與制作策略

（一）系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)的整體架構(gòu)是指整個(gè)智能插座的電路模塊的布局和連接方式。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由主護(hù)芯片、繼電器控制開關(guān)、定時(shí)器組成。

主控單元：本設(shè)計(jì)采用STC89C51作為主控制器，通過繼電器的正傳和負(fù)的反傳來實(shí)現(xiàn)開關(guān)的開與關(guān)。當(dāng)電源斷電時(shí)，單片機(jī)發(fā)送一個(gè)低電平，使之打開;當(dāng)電源反轉(zhuǎn)，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，同時(shí)啟動(dòng)延時(shí)程序，讓插座恢復(fù)到初始狀態(tài)。繼電器：可以使用K1電磁現(xiàn)象，在需要開啟、關(guān)閉的時(shí)候給負(fù)載供、斷電，以達(dá)到用電的靈活性。此外，還有如過流過壓保護(hù)，在用電異常時(shí)實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)。定時(shí)器：設(shè)置定時(shí)時(shí)間，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，插座上的所有電器都是按照固定的設(shè)定模式進(jìn)行的工作。通過上述設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能和舒適用電。

（二）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫且粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)的基本單元，它將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)到同一個(gè)芯片中。本系統(tǒng)的主控模塊，其主要作用是實(shí)現(xiàn)控制、處理和發(fā)送信息等功能。

在本定時(shí)插座的主控板上，有三個(gè)按鍵，分別為設(shè)置鍵、加鍵以及減鍵。在主控板上，可以顯示設(shè)定的時(shí)間日期，并通過LCD液晶屏來實(shí)時(shí)的播報(bào)出當(dāng)前的工作模式。加鍵則用于對(duì)定時(shí)插座的開啟和關(guān)閉進(jìn)行手動(dòng)的切換操作。當(dāng)用戶選擇的按鍵時(shí)，只需要按下它的復(fù)位按鈕，就會(huì)自動(dòng)開始下一秒的開機(jī)狀態(tài)。如果沒有人的存在也不會(huì)被再次打開，只要按一次即可。而減鍵則用來對(duì)單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)的調(diào)整與調(diào)節(jié)。在本定時(shí)插座的遙控電路中，只需用兩個(gè)繼電器就能夠完成遠(yuǎn)程開關(guān)的啟動(dòng)與閉合，電路由繼電器、電阻等元器件構(gòu)成。所以這兩部分的硬件組成簡(jiǎn)單方便，只需從軟件方面入手。

（三）定時(shí)開關(guān)插座功能與接口

該插座由單片機(jī)控制，繼電器，指示燈，定時(shí)報(bào)警燈組成。利用定時(shí)開關(guān)插座時(shí)，通過繼電器上的通電來啟動(dòng)定時(shí)器的運(yùn)作模式，從而使電路的工作狀態(tài)得到實(shí)時(shí)的顯示和斷開，使其達(dá)到智能化的目的;當(dāng)接通電源后，接通主控芯片的I0口，STC89C51內(nèi)部的EEPROM就可以打開，可用于在不同的時(shí)間段進(jìn)行多種操作。同時(shí)還具有掉電、過載溫度保護(hù)的功能;當(dāng)插座內(nèi)發(fā)生的短路時(shí)，可立即切斷供電，防止因短路而燒壞。本設(shè)計(jì)的軟件主要是采用C語言編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的初始化設(shè)置，并分別編寫各子程序，最后在將主函數(shù)的子程序整合到一起，即可完成整個(gè)的設(shè)計(jì)過程。本系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)思路與一般的家用電器的設(shè)計(jì)大體一致，包括以下幾個(gè)方面：

功能：當(dāng)定時(shí)開關(guān)插座上的控制引腳為高電平時(shí)，此時(shí)定時(shí)器開始工作，當(dāng)電源斷開時(shí)，進(jìn)入模式，此時(shí)定時(shí)器停止工作，時(shí)鐘周期顯示0，時(shí)間間隔1，即與初始值有關(guān);如果沒有人在上面按下定時(shí)開關(guān)插座的設(shè)置鍵則定時(shí)模式的下一次循環(huán)不繼續(xù)，會(huì)重新開啟，直至完成設(shè)定的功能;接0：每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的復(fù)位端口為低電平時(shí)，當(dāng)使用者使用該接口時(shí)，它能正確識(shí)別當(dāng)前的狀態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)的操作;若用戶在該接口的內(nèi)設(shè)中鍵錯(cuò)了，則需要重置一個(gè)位值，以保證下次開機(jī)的時(shí)候可以準(zhǔn)確判斷。接口：本設(shè)計(jì)的插座采用的是獨(dú)立的內(nèi)部中斷方式，即每毫秒輸出1，外部接地，用一條I/0口，用來驅(qū)動(dòng)單片機(jī)，通過檢測(cè)各個(gè)I/O的高低來實(shí)現(xiàn)不同的功能要求。

結(jié)語

在本次的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)主要由電源模塊、按鍵電路、顯示驅(qū)動(dòng)部分和繼電器組成。其中，時(shí)鐘的功能是對(duì)每個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在液晶屏上實(shí)時(shí)的顯示出相應(yīng)的日期;鍵盤的操作則用來調(diào)節(jié)所選的模式;繼電器的使用則可以實(shí)現(xiàn)定子上的或定置的電平的轉(zhuǎn)換來模擬插座的工作狀態(tài)。

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