基于單片機定時的多功能開關(guān)插座的設(shè)計與制作

周加良　宣燕紅　方永剛

摘要：隨著科技的進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，而定時插座的出現(xiàn)無疑給用戶提供了一個更舒適的居家環(huán)境。本設(shè)計的核心是以單片機為控制芯片，通過其內(nèi)部的定時器來進行電器用電時間的設(shè)定，從而達到對家居用電情況進行有效的管理與監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：單片機;定時開關(guān)插座;設(shè)計與制作

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)展與進步，傳統(tǒng)家電的定時功能越來越不適應(yīng)人民生活節(jié)奏，比如：時間不能設(shè)置，造成忘記關(guān)閉電源帶來的安全隱患，也無法實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能用電等。因此，設(shè)計一款定時的多功能開關(guān)插座具有非常重大的意義。

一、單片機的基本概念

單片機是一種集成電路芯片，它可以把CPU、RAM、ROM、I/0口和定時器等集成在一塊的一個器件。它由若干個不同的部分組成，這些部件共同工作，以實現(xiàn)控制功能。單片機的應(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，單片機的作用也越來越大，涵蓋我們生活的方方面面。目前，市場上的插座種類繁多，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)，時鐘電路，按鍵輸入模塊等等。而本設(shè)計所需的多功能定時插座則選擇了AT89C51系列的軟硬件，通過軟件來調(diào)整時間，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。同時還添加了報警提示的功能當(dāng)出現(xiàn)異常情況的時候發(fā)出聲光警報的提醒功能。

二、定時開關(guān)插座設(shè)計的主要方法

定時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，通過按鍵的方式來實現(xiàn)定時的工作;當(dāng)用電負荷較大時，可利用斷開的狀態(tài)進行斷電，從而達到保護的目的;當(dāng)用電較小時，可以使用掉電后再打開插座模式，避免因忘記去啟動電源而造成損壞。在此次的設(shè)計中，主要研究的是基于單片機定時的多功能開關(guān)插座的設(shè)計與制作。在此次的設(shè)計中，主要介紹了軟硬件的設(shè)計方案以及系統(tǒng)的整體框架，并且對各個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)動繼電器的電路進而完成整個項目的設(shè)計要求。本論文的重點部分就是軟硬件的設(shè)計與制作出，并對軟件的流程做了簡要的概述。

三、基于單片機的定時開關(guān)插座的設(shè)計與制作策略

（一）系統(tǒng)整體架構(gòu)

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

主控單元：本設(shè)計采用STC89C51作為主控制器，通過繼電器的正傳和負的反傳來實現(xiàn)開關(guān)的開與關(guān)。當(dāng)電源斷電時，單片機發(fā)送一個低電平，使之打開;當(dāng)電源反轉(zhuǎn)，此時蜂鳴器發(fā)出警報聲，同時啟動延時程序，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)閉的時候給負載供、斷電，以達到用電的靈活性。此外，還有如過流過壓保護，在用電異常時實現(xiàn)斷電保護。定時器：設(shè)置定時時間，在設(shè)定的時間內(nèi)，插座上的所有電器都是按照固定的設(shè)定模式進行的工作。通過上述設(shè)計從而實現(xiàn)安全、節(jié)能和舒適用電。

（二）網(wǎng)絡(luò)拓撲

網(wǎng)絡(luò)拓撲是一個網(wǎng)絡(luò)的基本單元，它將每個節(jié)點的數(shù)據(jù)都存儲到同一個芯片中。本系統(tǒng)的主控模塊，其主要作用是實現(xiàn)控制、處理和發(fā)送信息等功能。

在本定時插座的主控板上，有三個按鍵，分別為設(shè)置鍵、加鍵以及減鍵。在主控板上，可以顯示設(shè)定的時間日期，并通過LCD液晶屏來實時的播報出當(dāng)前的工作模式。加鍵則用于對定時插座的開啟和關(guān)閉進行手動的切換操作。當(dāng)用戶選擇的按鍵時，只需要按下它的復(fù)位按鈕，就會自動開始下一秒的開機狀態(tài)。如果沒有人的存在也不會被再次打開，只要按一次即可。而減鍵則用來對單片機的時鐘信號的調(diào)整與調(diào)節(jié)。在本定時插座的遙控電路中，只需用兩個繼電器就能夠完成遠程開關(guān)的啟動與閉合，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單方便，只需從軟件方面入手。

（三）定時開關(guān)插座功能與接口

該插座由單片機控制，繼電器，指示燈，定時報警燈組成。利用定時開關(guān)插座時，通過繼電器上的通電來啟動定時器的運作模式，從而使電路的工作狀態(tài)得到實時的顯示和斷開，使其達到智能化的目的;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，可用于在不同的時間段進行多種操作。同時還具有掉電、過載溫度保護的功能;當(dāng)插座內(nèi)發(fā)生的短路時，可立即切斷供電，防止因短路而燒壞。本設(shè)計的軟件主要是采用C語言編程，實現(xiàn)對各個模塊的初始化設(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，即可完成整個的設(shè)計過程。本系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計思路與一般的家用電器的設(shè)計大體一致，包括以下幾個方面：

功能：當(dāng)定時開關(guān)插座上的控制引腳為高電平時，此時定時器開始工作，當(dāng)電源斷開時，進入模式，此時定時器停止工作，時鐘周期顯示0，時間間隔1，即與初始值有關(guān);如果沒有人在上面按下定時開關(guān)插座的設(shè)置鍵則定時模式的下一次循環(huán)不繼續(xù)，會重新開啟，直至完成設(shè)定的功能;接0：每個按鍵對應(yīng)的復(fù)位端口為低電平時，當(dāng)使用者使用該接口時，它能正確識別當(dāng)前的狀態(tài)并進行相應(yīng)的操作;若用戶在該接口的內(nèi)設(shè)中鍵錯了，則需要重置一個位值，以保證下次開機的時候可以準(zhǔn)確判斷。接口：本設(shè)計的插座采用的是獨立的內(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)動單片機，通過檢測各個I/O的高低來實現(xiàn)不同的功能要求。

結(jié)語

在本次的設(shè)計中，系統(tǒng)主要由電源模塊、按鍵電路、顯示驅(qū)動部分和繼電器組成。其中，時鐘的功能是對每個小時的數(shù)據(jù)進行處理，并在液晶屏上實時的顯示出相應(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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