基于單片機的簡易定時開關插座的設計與制作

陸仁超

（廣西物資學校，廣西 南寧 530001）

基于單片機的簡易定時開關插座的設計與制作

陸仁超

（廣西物資學校，廣西 南寧 530001）

使用AT89S52單片機設計并制作一個簡易型定時開關插座。電路由電源電路、單片機最小系統、數碼顯示和按鍵操作電路、繼電器強電控制電路四個模塊組成，并使用軟件和硬件進行測試。本產品能實現24小時內的時間定時，并自動斷電，對一些不能長時間通電的電路能夠起到保護作用，也可以作為定時控制器使用。

單片機；定時開關插座；AT89S52

1 前言

近年來，各種移動電子設備大量增加，智能手機、智能穿戴設備、平板電腦，使用者需要經常對其進行充電。一些好的充電器，對設備充滿電后會自動停止充電，而一些劣制充電器則會源源不斷地進行充電，使電池過充損壞，甚至出現電池鼓包、爆炸等嚴重后果。使用定時開關插座，可以設置通斷電時間，只要時間到，就會自動斷電，無論是不小心使用了劣制充電器，還是長時間充電忘記拔插頭，都無須再擔憂。除些外，定時開關插座還可以用于老式家用電器的定時，如電風扇、電飯鍋等。

2 系統的硬件設計

2.1 設計方案選擇

單片機方案有很多種，顯示界面可以是LED發光二管、數碼管、液晶顯示器，按鍵可以使用輕觸式按鍵、薄膜開關。本設計以市場上最多見、技術最為成熟的AT89S52單片機為核心，因為只用于顯示時間，所以使用簡單易用的數碼管作為顯示模塊，按鍵使用便宜耐用的輕觸式按鍵。

2.2 單片機系統硬件設計

整個單片機系統的硬件設計可分為四個模塊：電源電路模塊、單片機最小系統模塊、數碼顯示和按鍵操作模塊、繼電器強電控制模塊。

電源電路模塊：由220V交流電經變壓器變壓，由整流濾波電路得到低壓直流電，再經7805三端穩壓器得到5V直流電壓向單片機系統供電。在電源電路增加LED指示燈，當指示燈亮時，證明電源5V電壓正常。

單片機最小系統模塊：包括單片機AT89S52芯片、復位電路、時鐘電路，是整個系統的核心控制模塊，為了方便定時，使用12MHz晶振。

數碼顯示和按鍵操作模塊：使用四位共陽極數碼管顯示時間，兩位顯示小時，兩位顯示分。四個按鍵，分別控制小時加1，分加1，運行和復位。因為IO接口充足，數碼管使用動態方式驅動，這樣可以節省硬件，使電路簡單化。按下運行鍵開始進行倒計時，時間到后數碼管顯示0000，蜂鳴器報警，同時插座斷電。

繼電器強電控制模塊：開關插座的零線輸入端與輸出端直接連接，使用一個250V，10A的繼電器對相線的輸入端與輸出端進行控制。另外，如果擔心線路中相線和零線接反，電路存在危險隱患，可以使用兩輸入兩輸出的繼電器，讓相線和零線同時受到繼電器控制。

整個系統模塊化設計，單片機還剩余有多個IO口未使用，還可以進一步擴展，如增加定時通斷、搖控通斷等功能。

2.3 系統整體設計框圖

圖1 系統整體設計框圖

3 系統的軟件設計

本系統程序使用c51語言進行設計，由主程序、定時器中斷子程序、數字顯示子程序、蜂鳴器控制子程序和延時子程序組成，各部分的功能如下：

主程序：負責系統的初始化、按鍵掃描和等待中斷。系統初始化后，數碼管數碼輸出顯示0000，表示繼電器未通電，同時檢測按鍵，如按下小時按鍵或者分按鍵則顯示相應的時間，主程序流程圖見圖2。由于使用12MHz的晶振，定時器的初值設置如下：

TMOD=0x01;//定義定時器0處于工作方式1

TH0=(65536-50000)/256; //定時器賦初值，進行50000us定時

TL0=(65536-50000)%256; //定時器賦初值，進行50000us定時

EA=1;//打開總中斷

ET0=1;//打開定時器0中斷

TR0=0;//定時器停止運行

圖2 主程序流程圖

定時器中斷子程序：負責產生5000us時間定時，并由程序計算出1秒、1分、1小時的時間定時。

數字顯示子程序：負責顯示四位數字，兩位顯示小時，兩位顯示分，小時顯示范圍為00－23，分顯示范圍為00-59，最大顯示時間23小時59分。

蜂鳴器控制子程序：定時時間到后，蜂鳴器響三聲，提示用戶開關插座已經斷電。

延時子程序：負責數碼管顯示刷新及按鍵去抖動。

4 系統軟件硬件測試

4.1 仿真測試

使用單片機仿真軟件Proteus進行仿真測試，它不僅具有各種EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件，是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具，仿真成功后再進行實際制作，能極大提高單片機系統的設計效率。測試圖如圖3所示。

圖3 單片機仿真測試圖

4.2 硬件測試

根據電路圖，使用萬用板搭建出電路。首先對單片機最小系統進行通電測試。單片機的電源VCC和GND，即40腳和20腳分別為5V和0V。復位信號RESET，即9腳當復位正常時由5V變為0V，時鐘信號XTAL0和XTAL1，即18腳和19腳為2.3V左右。測試完畢再對數碼顯示電路、按鍵掃描電路、蜂鳴器電路、繼電器電路等進行測試。測試通過即完成本產品制作，可投入日常使用。

5 結束語

基于AT89S52單片機的簡易型定時開關插座，硬件具有外圍電路元件少、結構簡單、成本低等優點。經測試，該產品能夠實現24小時內的時間定時，時間到后插座自動斷電，對一些不能長時間通電的電路能夠起到保護作用，也可以作為定時控制器使用，同時對學習51系列單片機來說也是一個較好的案例。

[1] 張紅燕,何膳君.基于單片機的定時開關插座的設計與制作[J].電子世界,2014,(5):149.

[2] 雷道仲,李書成,羅政球.基于單片機定時開關的設計[J].科技廣場,2009,(5):224-225.

[3] 郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京:電子工業出版社, 2009.

Design and making of simple microcontroller based on the timer switch socket

The use of AT89S52 microcontroller to design and produce a simple timer switch socket. The circuit is composed of a power supply circuit, minimum system microcontroller, digital display and button operation circuit, relay power control circuit is composed of four modules, and test with software and hardware. To achieve timing within 24 hours of the time of the products, the time to automatically cut off the power supply circuit power socket, some can not long time can play a protective role, but also can be used as a timing controller.

Microcontroller;timing switch;AT89S52

TM13

A

1008-1151(2015)03-0045-02

2015-02-10

陸仁超（1980－），男，廣西物資學校講師，助理工程師，研究方向為單片機應用、智能家居。