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智能插座设计 指导老师：占志彪 智能插座的现状 智能插座控制系统的设计：目前市场上的排插功能太过于简单 ， 很多时候满足不了人们需要 ！ 比如我们经常遇到的就是电瓶车充电时 间一般是 9个小时左右 ， 时间太长很容易磨损电池 ， 太短那晚上充电 充不满 ， 他们往往又不希望去车库给它充电 。 或给车充电了在白天 ， 晚上不想在车库或忘了拔掉电源 ， 从而造成极大的不便 。 因此 ， 我们 提出这个课题的想法 ， 实现单片机直流控制继电器来完成定时开关功 能的使用 （ 例如 ， 打开一定时间断开或者定时打开 ） 。 智能插座已成为人们日常生活中必不可少的必需品 ， 广泛用于个 人家庭以及一些公共场所 ， 给人们的生活 、 学习 、 工作 、 娱乐带来极 大的方便 。 由于单片机控制电路技术的发展和采用了先进的石英技术 ， 使智能插座具有定时准确 、 性能稳定 、 携带方便等优点 。 研究框架 1.基于单片机的智能插座的硬件设计部分 2.软件程序设计部分 3.硬软件调试 智能插座的硬件系统具体电路设计 单片机的选择 微型计算机的一个重要分支是单片机微型计算机，同时其也是颇 具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，尤其在控制领域中 的地位更为显著，所以又被称为微控制器。 一般情况下，单块集成电路芯片构成了单片机，其内部所含有的 基本功能部件有： I/O接口电路、存储器和中央处理器等。因此，单片 机只需要结合适当的软件及外部设备，就可以成为一个完整的单片机 控制系统。 本课题采用的型号为 STC89C52的单片机。 允许工作的时钟为 024MHz。 STC89C52采用的是 Flash存储器技术。 含有 2K字节的 Flash程序存储器， 128字节的片内 RAM。 共有 20个引脚，体积小灵巧。 STC89C52主要性能 和 MCS-51产品的兼容 可重编程闪速存储器 2K字节 耐久性： 1,000擦除周期 2.7V 6V的操作范围 全静态操作： 0Hz 24MHz 两级加密程序存储器 128 8位内部 RAM 可编程 I/O引线 15 两个十六位定时器 /计数器 六个中断源 可编程串行 UART通道 直接 LED驱动输出 片内模拟比较器 低功耗空载和掉电方式 附：引脚介绍论文中有详细说明 系统的复位电路设计 单片机在启动时都需要复位，从初态开始工作，并使 CPU 及系统各个部件都处于初始状态。单片机的复位信号从 RST引脚 输入到内部的触发器中。当振荡器稳定且系统处于正常工作状 态时，如 RST引脚上出现一个高电平并持续两个机器周期，那么 CPU就能响应然后将系统复位。假如采用 12MHZ的晶振，那么 复位时间大约是 12S。复位电路的基本功能是：系统上电并提 供复位信号一直到系统电源稳定，然后撤销其复位信号。电源 稳定后有一定的延时后才撤销复位信号，这是为了可靠这一因 素，为了防止电源插头分 -合的时候引起抖动从而会发生复位。 有效的信号是单片机复位信号为高电平。 GND 10uF CS2 10K RS2 V C C R S T 图 4.6 单片机复位电路 晶振电路模块 STC89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反响放大 器，引脚 XTAL1和 XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端 。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振 器一起构成自激振荡器。外接石英晶体或者陶瓷谐振器及 电容 C1,C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。 对外接电容 C1,C2虽然没有严格要求，但电容容量的大小 会轻微影响振荡频率的高低，振荡器工作的稳定性，起振 的难易程序及温度稳定性！因此，此系统电路的晶体振荡 器的值为 12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值 约为 30F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可 能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保 证震荡器稳定和可靠地工作。 图 4.7 晶振电路 1 2 YS XTAL 30pF CS3 30pF CS4 X1 X2 GND 显示电路模块 采用 LCD作为显示电路，可以节省电路空间。此外， LCD还 有外形美观等优点 显示电路设计 GNDGND VSS 1 VDD 2 VO 3 RS 4 RW 5 EN 6 D0 7 D1 8 D2 9 D3 10 D4 11 D5 12 D6 13 D7 14 VCC 15 GND 16 UC MS1602C-1 VCC 10RRC1 VCC RS RW EN D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 GND VCC BOT 2 TOP 1 TAP 3 1K RC2 图 4.15 LCD1602电路原理图 系统的键盘电路设计 方案选择： 方案一：矩阵键盘，行、列母线构成的矩阵电路交叉 构成其各个按键触点，如果把行母线逐行置 0，那么列母 线用作信号输入线。一个键被启动时，那么该键将行、列 母线相通。 方案二：独立键盘，如图 4.9所示。每个键都有一根信 号线与单片机电路相连，所有按键都有一个公共地或公共 正端，每个键相互独立互不影响。当按下一个键时，无论 其它键是否被按下，信号线由 1变为 0；当松开此键时，无 论其它键是否被按下，信号线由 0变为 1。根据本次设计十 几情况按键使用较少，所以采取方案二独立按键。 KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 GND KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 KEY5 KEY6 KEY5 KEY6 键盘电路 时钟控制模块 采用的是单片机内部的定时器 模数转换模块： GND GND A0 1 A1 2 A2 3 A3 4 A4 5 A5 6 A6 7 A7 8 A8 9 GND 10 A9 11 A10 12 REF- 13 REF+ 14 CS 15 DATAOUT 16 ADDRESS 17 I/O CLOCK 18 EOC 19 VCC 20 UA1 TLC1543 VCC 0.1uF CA1 EOC CLK ADD OUT CS ADC AD0 AD1 AD2 AD3 模数转换模块原理图 TLC1543管脚图 模数转换模块是测量电路的核心模块 继电器的运作 在这里 ,我们只了解它跟本电路有关的开关作用。 首先把三极管想成一个水龙头。上面的 Vcc就是水池 ,继电器是一个水轮 机 ,下面的 GND是比水池低的任何一。刚才说过 ,三极管就是水龙头 ,它的把手就 是那个带有电阻的引脚。现在 ,单片机的某一个需要控制这个继电器电路的输 出引脚就是一只 手 ,当单片机的这个引脚输出低电平的时候 ,就像 手 在打开 三极管 水龙头 ,水就从上往下流 ,继电器 水轮机 就开始转起来了。反之 ,如果 是输出高电平 ,手 就开始关 水龙头 ,继电器 水轮机 因为没有水流下来 ,就会 停止。这就是三极管的开关作用。简单的理解和记忆就是 :三极管是一个开关 器件 ,其实你真的可以将它看成是一个开关 ,只不过它不是用手来控制 ,而是用 电压 (电流 )来控制的 ,因此 ,三极管有些时候也被称做电子开关 (与机械开关相区 别 )。图上还有一个东西就是继电器线圈两端反相并联的二极管 ,起到吸收反向 电动势的功能，保护相应的驱动三极管 ,只要是用三极管驱动继电器的场合 ,一 般都有它的存在。需要特别注意的是它的接法 :并联在继电器两端，阴极一定 是接 Vcc。 图 4.8 继电器电路 1 2 3 4 5 6 UR1 RELAY GNDE 3 C 2 B 1 QR1 1K RR2 100R RR1 VCC RELAY1 DR1 Diode 1N4148 1K RR5 DSR1 1 2 220V_IN Header 2 220V 220V 1 2 220V_OUT Header 2 1R RF1 1R RF2 1R RF3 1R RF4 2 2 1 1 1R RF5 XF+ XF- 软件程序设计 本系统由单片机 C语言编写而成，采用模块化结构设 计。主要实现的功能是：把单片机控制技术、键盘扫描与 显示有机的结合起来，运用继电器、键盘按钮等完成基于 单片机 STC89C52的智能插座系统的设计 , 实现的功能包括 通过单片机控制电路实现定时功能并在显示电路中显示定 时时间。 程序流程图 开 始 初 始 化 定 时 器 启 动 A D C ， 并 计 算 智 能 插 座 电 流 过 载 ？ 断 开 电 路 扫 描 键 值 ， 并 更 新 定 时 变 量 时 间 到 ？ 动 作 继 电 器 开 启 或 关 闭 插 座 显 示 回 路 电 流 、 时 间 及 开 关 状 态 Y N Y N 单片机硬软件调试 （ 1）硬件调试 在完成设计的样品后进入测试阶段，其重要的目的是找出样品的 故障或者设计上的漏洞和工艺上的故障。 1.脱机检查：检测地址总线、数据总线和控制总线上会不会存在 短路现象，使用万能表检测电源盒引脚连接的正确性。 2.调试：除去 EPROM和 CPU，测试各个接口电路能否满足需求，需 要调试很多次。 （ 2）软件调试 软件测试有利用交叉汇编，汇编语言调试，手工汇编，这里着重 介绍手工汇编。它是很简便的一种调试方式，也是最原始的，也不用 另外添加调试设备。需要注意的是，在手工汇编时，注意调用指令、 转移指令、查表指令。 结 论 本设计为一智能插座控制系统，由 STC89C52单片机， 复位电路，键盘控制以及晶振电路组成，控制 LCD显示器 和若干个按键实现定时控制功能及显示功能。但因为现实 条件的限制，设计还不完善，有很多设计的空间。比如在 设计的过程中我们发现其实在日常的生活中语音功能是不 常用的，因此我们设计的语音功能如果经过改变，将此功 能设计为定时时间到的语音提示将会更具有实际应用性。 但是这已是设计的末端，时间的限制，希望以后的工作中 能进一步完善。 致谢 首先，要感谢学校这四年来的悉心栽培，并提供我们试验室，给 我们好的环境。其次感谢我的指导老师占志彪老师。本次设计是在占 志彪老师的悉心指导和帮助下完成的，他为我们提供了很多相关的资 料，并在设计遇到困难时，及时给与了指导与帮助。在论文撰写过程 中，他提供了许多宝贵的思路和建议，结合工作体会和经历，提出了 很多有价值的观点，为完成本次设计和论文给予了极大的帮助。 通过这次设计，使我受益非浅。毕业设计是本科四年学习的大综 合；是一场综合的考试；是一次社会实践。通过这次设计，培养了自 学能力，为以后的继续学习打下基础。同时这次设计是一个小型的社 会团体，在这个小社会中如何相处等都是一个锻炼。 再次感谢所有支持和帮助过我的领导、老师和同学们！ 此致！