基于AT89C51單片機的宿舍智能化多路控制開關設計

鄧睿 楊夢遙 季蕾 華爽 張欣 姚袁夢 曹艷

摘 要：設計了一種基于AT89C51單片機的智能化多路控制開關，給出了系統的設計方案和硬件組成，實現精確的時間控制，并能組網工作。該系統具有成本低，可靠性強，功能強等特點。

關鍵詞：單片機；智能化；多路控制；控制開關

中圖分類號：TM564 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）18-0033-02

Abstract： An intelligent multiplex control switch based on AT89C51 microcomputer is designed， and the design scheme and hardware composition of the system are given. The precise time control can be realized and the network can be constructed. The system has the characteristics of low cost， great reliability and strong function.

Keywords： single-chip microcomputer； intelligence； multiplex control； control switch

1 概述

隨著人們生活水平的提高和科技的發展，智能化控制越來越被用戶所期待，市場上逐漸涌現出一些智能產品，但多數需要和智能設備配套使用，這些系統往往結構復雜，架構龐大，價格高昂、維護成本也比較高，普通人難以承受。由于在智能系統中，使用最多的就是開關，例如控制燈、廚房的油煙機、電風扇、電插座等。因此，如果將生活中的傳統開關升級為智能化開關，便能極大程度上提高人們體驗和有效控制成本。[1-5]

現在學生所生活的宿舍公寓，有以下幾個弊端，一是如果管理者想要開關走廊的燈，必須走到固定位置去按下開關，而不能隨時隨地的對燈光進行控制，二是無法調節走廊燈的亮度，例如能夠照射進陽光的走廊和采光度不好的走廊的燈光是同一個亮度，這樣便會造成不必要的浪費，三是傳統開關無法實時了解設備的參數、工作狀態等信息。本文設計的控制開關，是一種基于AT89C51單片機的智能化多路控制開關，可以運用在學生宿舍里，是由單片機AT89C51控制電路、按鍵與LCD顯示電路和掉電存儲電路以及電源電路組成，電路十分的簡單，主要由51芯片編程實現，功能強大，時間精度高，是一款比較實用的智能開關。

2 系統方案設計

隨著開關電源技術的成熟，在有些應用場合要求開關電源具有一定的智能，能實現精確的程序控制，并能組網工作，以便于實時了解設備的參數（如電壓、電流）、工作狀態（正常、故障）等信息。與傳統開關相比，智能開關可達到安全、節能、舒適、高效的目的，因此智能開關在家居領域、辦公領域、商務領域及公共設施領域均有較好發展前景。[6-7]

智能開關是以自動控制為主、人工控制為輔的系統。在一般的情況下，不需要有人的參與，自動實現開關和調光的功能。既可以減少管理人員的數量，也可以排除由于人為因素而出現的不定時開關，影響學校正常生活秩序的情況出現。[8-10]無論通過媒體還是市場得知，一套智能開關不僅復雜，且價格不菲，AT89C51單片機控制的智能開關電路結構十分簡單，功能也很強大，實用性非常高。

對于采用模擬量反饋控制的開關電源，在這些場合使用時不可避免地存在這樣一些問題：（1）負載在較大范圍內變化時反饋環路不穩定，易產生自激振蕩。（2）不能實現精確的程序控制。電池的充電設備、TG脈沖弧焊電源設備必須按照工作規程進行程序控制。對電源的輸出要求可能為恒流恒壓或恒壓限流，這樣所用的電源必須能夠在各種工作狀態之間自由轉換，這是常規開關電源難以實現的。（3）伺服型開關電源常要求電源的輸出受外電路控制，而遠程控制信號通常為模擬信號，在傳輸過程中常常會受到外界干擾，導致控制失敗。用數字控制方式代替模擬控制，上述問題可以得到很大的改善。[11-12]

設計使用AT89C51單片機，時鐘電路將采集到的時間信息通過單片機在液晶顯示屏上顯示出時間。另外通過萬維網接口，可以對學生宿舍控制室輸入的工作模式進行采集。

系統整體設計框架圖如圖1所示。

系統可以按照默認設置進行工作，也可通過管理員（須密碼）進入修改，通過按鍵輸入新的時間參數，可設置不同的工作模式，并帶時鐘顯示年月日星期時分秒。因此，既可以實時控制燈光，節省了勞動力，也能合理調節燈光亮度，環保、節約資源。該開關充分發揮了單片機的性能，具有成本低，可靠性強，應用范圍廣等優點。

3 系統結構設計

3.1 AT89C51單片機

AT89C51單片機最小系統圖如圖2所示。

選用AT89C51單片機，因為其具有體積小，低功耗，控制能力強，低電壓高性能，擴展靈活的優點。AT89C51單片機最小系統圖是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統，主要包括單片機、電源、復位電路和晶振電路，復位電路主要由電解電容和電阻組成，用于電路復位，晶振電路主要由晶振和電容組成，為AT89C51單片機最小系統提供振蕩頻率。

3.2 液晶顯示和時鐘電源設計

液晶顯示模塊主要包括LCD顯示屏、LED背光板、PCB板和鐵框。其中LCD顯示屏用于對數據進行即時顯示，完成數據傳輸。

時鐘電源模塊包含三大部分，即時鐘控制、USB接口控制和電源控制，主要由一個RAM組成，用于存放時間信息。

3.3 萬維網接口設計

萬維網是一個由許多互相鏈接的超文本組成的系統，通過互聯網訪問。在這個系統中，每個有用的事物稱為一樣“資源”，并由一個統一資源標識符標識，這些資源通過超文本傳輸協議傳送給用戶，而后者通過鏈接來獲取資源。萬維網接口主要由數據端D0-D7、復位端RESET和內部寄存器組成。數據端可無條件進行單向輸入或單向輸出工作方式，復位端可實現接口中具體某位置1或清0的功能，內部寄存器主要用于存儲數據信息。

4 學生宿舍控制室框架設計

學生宿舍控制室，主要由控制室和走廊1、走廊2、走廊3、走廊4、走廊5、走廊6組成。智能開關與學生宿舍管理中心控制室通過網絡連接，可以方便管理人員從主控制室控制開關，電路也能將燈的狀態反饋到主控制室，方便宿舍管理人員的管理工作，即在主控制室中便能選擇燈光是否工作與調節燈光亮度。

5 結束語

基于AT89C51單片機的宿舍智能化多路控制開關的設計，加深了對單片機的原理及應用的理解和掌握。而AT89C51單片機指令簡單、外圍電路清晰、硬件設計方便、接口操作簡單、無方向寄存器、資源豐富等優點。

單片機滲透到各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡，比如從導彈的導航裝置，飛機上各種儀表盤的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，到工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發與研究應用既是大勢所趨，也是必不可少的。[13-14]

本次設計針對AT89C51單片機進行設計研究，系統實現了宿舍開關的多路實時控制，并帶密碼保護，可調時間，可設置不同的工作模式調節燈光亮度，充分發揮了單片機的性能。實踐表明，該系統具有性能可靠、成本低廉、擴展性好、實用性強，是一款功能強大，應用范圍廣，經濟實用的智能控制開關。在目前的國內開關市場中，智能開關還是新生事物，但其應用卻十分廣泛，本設計所做的智能開關成本低，可靠性強，在市場競爭中具有相當大的優勢。未來，還可以廣泛應用于部隊、廠礦、機關、學校、醫院等需要設置定時斷電、送電的設備。

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