紅外遙控定時開關的設計與實現

吳曉云++劉萌

摘 要： 設計一款以STC89C52單片機、DS1302、1602液晶顯示、38 kHz紅外遙控器發射接收器為核心，具備調節時間，設置開啟時間與工作時間段的遙控定時開關。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。該遙控定時開關可以通過紅外按鍵設置一天內2組任意開關定時時間段和一個小時內6組快速模式定時，使外接電器能夠按照一定規律來工作。該系統的時間正確可靠，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源的消耗。同時借助EDA仿真可以有效地提高開發效率，結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出來，加深學生對知識的理解和掌握，提高了教學效率。

關鍵詞： STC89C52； 定時開關； 紅外遙控； 節能設備

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）12?0058?04

隨著電子科學技術的迅猛發展，國民經濟和人民生活水平的不斷提高，能源損耗也愈是嚴重，因而智能節能設備越來越受到人們的關注。智能定時開關裝置已經被廣泛應用于家用電器、倉庫管理等無人監控場所[1]。傳統的定時開關主要有機械式定時開關和電子式定時開關。雖然傳統的定時開關能給家庭生活等方面帶來便利，但由于其穩定性差、壽命短、難以操作、功能單一，只能滿足人們普通的日常生活需要。所以本文從電路進行改進，設計了一款以STC89C52單片機、DS1302、1602液晶顯示為核心，具備調節時間，設置開啟時間與工作時間段的遙控定時開關。該定時開關可以通過紅外遙控或者按鍵對主電源進行控制，從而實現對外接電器的智能定時控制，以達到節約能源的目的，給人們日常生活帶來了極大的方便。該定時開關具有時間準確、操作方便、可靠性強、小型化、低功耗等特點，很好的彌補了傳統定時開關的不足之處[2]。

1 系統設計

系統組成框圖如圖1所示，本次設計的硬件總體框圖總共包括STC89C52主控芯片、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10個模塊。這10個模塊相互配合，協調工作，組成了定時開關的硬件工作系統。

2 硬件設計

2.1 DS1302計時電路

DS1302計時電路如圖2所示，DS1302可以對年、月、日、時、分進行計時，其工作電壓為2.5～5.5 V。DS1302由Vcc或Vcc2中較大者供電，其中Vcc2為主電源，Vcc為后備電源，在主電源斷電的情況下，后備電源保持DS1302計時電路的正常運行。X1，X2外接 12 kHz晶振，RST是復位選線，當RST為高電平時，所有數據傳送被初始化，允許對DS1302進行操作，當RST為低電平時則會終止此次數據傳送[3]。

LCD1602顯示電路如圖3所示，Vcc接5 V電源正極，RS為寄存器選擇位，與P1.0口相連，高電平1時選擇數據寄存器，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，負跳變時執行指令。D0～D7與單片機的P0口相連作為8位雙向數據端[2]。

2.3 蜂鳴器電路

蜂鳴器電路如圖4所示，遙控定時開關中設計了蜂鳴器報警電路。其中蜂鳴器的基極連接到單片機的P3.7端口，當P3.7端口輸出低電平的時有電流流過蜂鳴器，此時蜂鳴器發出聲音，如果P3.7輸出高電平，沒有電流流過蜂鳴器，此時蜂鳴器不發音[4]。

2.4 按鍵電路

按鍵電路如圖5所示，該部分電路設計設有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，另一端全部接地。4個按鍵功能分配如下：

按鍵S2：功能鍵，通過該按鍵可以對年、月、日、時、分進行選擇。

按鍵S3：增加鍵，該按鍵可以對時間進行增加。

按鍵S4：減少鍵，通過該按鍵可以對時間進行減小。

按鍵S5：通過該按鍵可以對最后一項時間間隔進行設定。

2.5 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[5]。介于自制紅外編碼發送接收模塊的設計復雜，成本也會增加不少，因而采用已編碼完成的紅外遙控器和紅外接收管實現紅外控制的目的。

紅外接收電路如圖6所示，與單片機的外部中斷P3.3口相連，當P3.3口出現下降沿時則進行紅外按鍵檢測。

2.6 繼電器控制電路

繼電器控制電路見圖7所示，由三極管組成共集電極放大電路，二極管D2起保護作用，由單片機P3.6口產生繼電器觸發信號，當P3.6 口輸出低電平時，繼電器閉合，指示燈亮， 外接電器開始工作。當P3.6口輸出高電平時，繼電器斷開，指示燈滅，外接電器停止工作[6]。

3 軟件設計

3.1 主程序設計

本設計中用到的單片機是STC89C52，為了使編寫的程序更加簡單明了，采用C語言進行編程，并采用模塊化思想，分為初始化模塊、按鍵檢測與處理模塊、計時模塊、顯示模塊和繼電器處理模塊[4]。主程序如下：

本設計的流程圖如圖8所示，裝置上電后，系統先進行初始化，然后顯示系統時間，再判斷系統時間和設定的啟動時間或者停止時間是否相同，如果相同，繼電器就會產生相應的動作，掃描是否有按鍵按下，如果是S2，可以選擇需要設定的時間年、月、日，如果是S5，可以設置電器工作時間，當通過按鍵對時間進行設定后，當系統時間到達設定時間，系統會自動使繼電器閉合，使外接電器工作，并且蜂鳴器發出蜂鳴，紅色指示燈亮；外接電器工作時間到了，系統又會使繼電器斷開，切斷電源，外接電器停止工作。否則系統就會自動返回到初始化界面，顯示系統時間和上次設置的電器工作時間[7]。

4 系統調試

本設計采用模塊化調試和整體組合調試相結合的方法來進行系統調試，先在Proteus中進行模塊化軟件仿真實現，然后焊接實物，通過硬件電路調試和組裝測試，最終達到實現紅外遙控開關的目的[8]。

當啟動電源后，LCD顯示的是系統初始化時間，包括年、月、日及時間，還有上次設定外接電器的工作時間和時間段，如圖9所示。

按下S2鍵，顯示秒的數字會閃爍，這個時候就可以通過S3和S4鍵調節。其中按一下S3鍵數字將加1，按一下S4鍵數字將減1。調節完秒后，再次按下S2鍵，閃爍的光標將轉移到分鐘位置，同樣通過調節S3和S4鍵盤調節當前的時間[9]。同樣的原理調節小時和年、月、日以及外接電器工作時間。按下S5時，最后一個電器工作時間間隔就會閃爍，可以通過S3和S4鍵調節工作時間間隔。

5 結 語

本文設計了一款以STC89C52和DS1302為核心的遙控定時開關，所設計的定時開關插座達到預期功能，該系統具備時間準確、操作方便、可擴展性強，達到節約能源的目的，具有小型化、低功耗等特點，彌補了傳統產品的不足之處，為后續實現功能更強大的定時開關提供了設計基礎。在教學中結合EDA仿真軟件進行教學設計，讓學生將學到的理論知識用計算機仿真真實的表現出來，同時結合具體硬件電路及程序設計，可以加深對知識的理解和掌握，提高教學效率[13]。

參考文獻

[1] 羅東，趙海剛，張源，等.基于單片機的紅外遙控定時開關裝置的設計[J].機電工程技術，2010，39（3）：25?28.

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[3] 胡榮玉，王培元.手動/遙控兩用開關的設計[J].囊樊學院學報，2008，29（11）：15?19.

[4] 王松德.多通道紅外線遙控開關[J].洛陽師范學院學報，2008，27（2）：45?45.

[5] 郭紅萍.新型單片機紅外遙控LED電子鐘的設計[J].科技創新導報，2008，32（12）：32?33.

[6] 周潤景.基于Proteus的電路及單片機系統設計與仿真[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

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[8] 黃隴.實用型紅外遙控多功能開關的設計與實現[J].無線電工程，2003，33（2）：37?39.

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[10] 張琳芳.基于Proteus技術的單片機教學改革研究[J].河南工程學院學報：自然科學版，2014，26（2）：77?79.