毕业论文基于STC89C52单片机的定时插座设计.doc
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1、泉 州 师 范 学 院 毕业论文(设计)题 目 基于STC89C52单片机的定时插座设计 物理与信息工程学 院电子信息科学与技术专 业 07 级 学生姓名 简春龙 学 号 070303043 指导教师 洪清泉 职 称 教授 完成日期 2011年4月 教务处 制基于单片机的定时插座简春龙物理与信息工程学院学院 电子信息科学与技术专业 070303043 指导教师洪清泉 教授【摘要】本文主要描述了一个定时插座的设计与制作。该定时插座可以弥补现实生活中普通插座功能的不足,能够通过外设按键设置一天24小时内的任意开关定时时段和一个小时内的6组快速模式定时,同时也能够通过红外遥控进行无线控制,使外接电器
2、可以按照一定规律工作,既可以达到智能控制的目的,又在很大程度上起到节能的作用。【关键词】STC89C52;定时;插座;红外;继电器Timing socket based on microcontroller【Abstract】This paper mainly describes the design and production of a timing socket. The timing socket could compensate for the shortage of the common socket .It also could set any timding in a day
3、and six grouds of fast timing by the key.At the same time,it could also be remotly controlled through infrared remote control so that home applianes could work according to certain rules.In this way, it can achieve the purpose of being intelligently controlled and will largely save the electric ener
4、gy. 【Key Words】STC89C52; Timing; Socket; Infrared; relay目 录0引言51定时插座的相关介绍52系统设计62.1系统设计任务62.2系统设计方案选择62.2.1单片机芯片的选择62.2.2显示模块选择62.2.3定时设置的选择62.2.4控制插座设备选择62.2.5按键的选择62.2.6电源选择方案62.2.8红外遥控控制方案选择73硬件电路设计及工作原理73.1主控制器STC89C5273.2稳压电源电路83.3 DS1302计时电路93.4 LCD1602显示电路103.5红外遥控电路113.6继电器电路123.7蜂鸣器电路143.8总
5、体硬件电路及其工作原理154软件设计174.1 DS1302计时程序的编写184.2 LCD1602显示电路程序编写194.3红外信号解码及按键处理程序编写204.4主程序的编写205系统调试215.1电路设计前期工作215.2硬件电路部分的调试215.3软件部分的调试225.4设计结果235.5设计中存在的不足及其改进236结束语23致谢23参考文献240引言随着经济的发展和人民生活水平的提高,能源损耗也愈是严重,因而智能节能设备越来越受到关注。普通插座虽然方便了家庭生活等方面,但是由于其只有单一功能,实现开关和借用各种电器,只能满足人们普通的日常生活需要。而定时插座不但可以实现对电器设备的
6、智能定时控制,而且也可以达到节能的目的。同时,配备无线红外遥控功能的插座也能给人们的日常生活带来更多方便。本文就我如何设计制作定时插座进行了详细的阐述。1定时插座的相关介绍 通常人们日常生活中都会用到插座,这些插座基本只有简单的功能,就是实现开关及接通各种各样的电器,可是有时候人们需要对用电设备进行某时间段的控制。因此,在这个时候,定时插座就能为你排忧解难了。生活中,数码照相机、电动车、手机电池的寿命都是有限的,充电过久容易损坏电池,而且长时间的充电浪费电力,利用定时插座在夜间充电就可以节约电力,也可以防止由于充电过久而影响电池寿命减短。上下班工作繁忙,而定时插座可以为你节省煮饭的时间,只要在
7、出门前放洗好的米水,按下煮饭按钮后把插头插到定时插座上,设置好你要开启的时间,也可以设置关闭时间,当你回家就可以吃到煮好的饭,而不需要在工作劳累之后还要临时做饭,等待饭熟。每天、隔天或偶尔出门,一回到家就想洗热水澡。如果一直开着热水器会不停的加热保温,既不安全又浪费电。电热水器的功率一般是1500W至2000W,如果您是在分时用电的地区,该定时插座可以帮你把电热水器设定在非用电高峰时间工作,在电费半价时段把水烧热,这样的话,一个月下来你家就可以节约几十元电费,既经济又环保。你同样可以想让热水器几点开始加热都能办到,完全可以按照你的要求去实现。众所周知,饮水机如果24小时连续地工作,由此产生的不
8、良后果一是浪费电,二是使饮水机的使用寿命大为缩短。另外多次烧开的水含有亚硝酸盐,可致癌、产生血管疾病等,对人体有害无益。面对此问题,定时插座能给你最好的解决方案。通过定时插座,有人在家时让饮水机开,无人在家时让饮水机关,这样既节约了电,又可以保护好饮水机,也能喝到健康的水。养鱼的朋友们,你们是不是正在为你们自己的氧气机一直开机而烦恼呢?那么现在有了定时插座,你就可以让你的氧气机根据你的定时设置有规律的开机充氧和关机了。早上起床,你不用再被单调的闹钟叫醒,完全可以让音响放一首动听的歌曲,然后清新自然地起床。中午回家,一开门就有一股冷空气扑面而来,因为定时插座已经为你开启了空调。晚上下班,不用再担
9、心黑灯瞎火,“超级管家”已经帮你开好了夜灯,等待你的归来。 定时插座是家电的良好伴侣,可对路灯、广告灯、电饭煲、饮水机、水族箱、电热水器、电热毯、抽水机排气扇空调机、防盗器、台灯等多数用电器进行定时控制,方便你的日常生活。由于人们慢慢认识到了定时插座在日常生活中的实用性,市面上也不断出现了各种品牌的定时插座,其功能层出不穷。定时插座可控的插座路数由一路到多路,可以设置的定时组也从单一的一组不断提高到九组甚至更多。并且,随着人们生活上的需求不断的提高,在定时插座功能上仍然有很大的发展空间。2系统设计2.1系统设计任务 设计一个以单片机STC89C52控制的定时开关插座,要求能控制一路220V/1
10、0A的插座,使其可以在24小时内能预先设定定时范围,每天周而复始地控制用电器具的自动开启和关闭,同时还能通过红外遥控随时控制插座的开关,从而达到方便、智能、节电的目的。2.2系统设计方案选择2.2.1单片机芯片的选择本次设计采用的是STC89C52主控芯片。用STC89C52代替AT89C52,功能更加强大,速度更快,寿命更长,价格也更低。STC89C52可以完成ISP在线编程功能,利用伟福软件、Keil软件等可直接将编写好的程序下载到STC89C52中,MCU则可执行相应的功能,而且STC89C51芯片还可以反复的进行擦写,断电不丢失【1】。2.2.2显示模块选择采用LCD1602液晶显示。
11、LCD1602液晶能够同时显示16*02即32个字符,1602液晶显示模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等。2.2.3定时设置的选择采用DS1302时钟芯片实现计时。DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片,可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数,而且精度高,用于高速数据暂存的31*8RAM,工作电压在2.5V5.5V范围内,2.5V时耗电小于300nA,采用这种专用时钟芯片可以更精确地实现定时插座的定时目的,定时准确又不占用太多系统资源。2.2.4控制插座设备选择采用S
12、ONGLE SRD-05VDC-SL-C继电器。该继电器最大可以耐压交流250V,最大可通过10A的交流电流。继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用,实现小电压控制大电压的目的。2.2.5按键的选择采用独立式按键独立式按键每个键单独占一个I/O口,工作状态互不影响,通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。独立式按键电路配置灵活,软件结构简单。此次定时插座的制作,空留出的I/O口较多,且需要的按键不多,故
13、本设计采用独立式按键。2.2.6电源选择方案采用5V稳压电源加在电路板上。因为继电器等器件要求电压电流比较大,所以将12V电源通过78L05稳压芯片输出5V给单片机等外部设备供电。实验调试时从电脑的USB电源取电给单片机供电。2.2.8红外遥控控制方案选择 本系统采用已编码的38kHz红外遥控器发射接收模块,介于自制红外编码发送接收模块的设计复杂,成本也会增加不少,因而采用已编码完成的红外遥控器和红外接收管实现红外控制的目的。3硬件电路设计及工作原理 定时插座系统在未设置任何定时的时候显示界面显示时间,通过按键设置可设置在24小时内的两组定时开关时间和六组一小时内的固定模式定时,分别控制插座的
14、开关,从而控制外部电器的工作与否。红外遥控要实现的就是通过遥控器的电源键一键控制定时开关插座的开关状态,也可通过红外遥控器的六个数字按键分别实现一键设定从当前开始的固定模式的定时。 总体的硬件电路框图如下图所示:STC 89C52DS1302计时模块继电器模块红外接收模块蜂鸣器按键模块5V稳压模块 图1 硬件电路框图3.1主控制器STC89C52STC89C52是宏晶公司生产的40引脚双列直插芯片,具有许多独特的优点,即体积小、重量轻、单一电源、低功耗、功能强、价格低廉、运算速度快、抗干扰能力强、可靠性高等,所以特别适用于实时测控系统,应用领域很广,已成为传统工业技术改造,各类产品跟新换代,实
15、现自动化智能化的理想模型。其内部包含以下功能部件: 8位CPU; 振荡器和时钟电路; 8k字节的程序存储器EPROM; 256字节的数据存储器RAM; 可寻址外部存储器和数据存储器各64字节; 20多个特殊功能寄存器; 32线并行I/O口; 一个全双工串行I/O口; 3个16位定时器/计时器; 6个中断源,2个优先级,统计中断按优先顺序查询; 具有较强功能的位处理能力【2】;图2为单片机部分的电路原理图。 图2 单片机部分的原理图3.2稳压电源电路 这里用到78L05稳压芯片。设计中的继电器是比较耗电的器件,而且如果电量不足会使得继电器无法工作,因为通过78L05稳压芯片把12V电源稳压输出5
16、V给单片机供电。78LXX系列是三端正电源稳压电路,封装形式为TO-220。 它具有一系列固定的电压输出,应用非常广泛。每种类型由于内部电流的限制,以及过热保护和安全工作区的保护,使它基本不会损坏。如果能提供足够的散热片,它们就能够提供大于1.5A的输出电流。当接入适当的外部器件后就能获得各种不同的电压和电流【3】。如图3,78L05具有以下特点特点 最大输出电流为1.5A; 输出电压为5V; 热过载保护; 短路保护; 输出晶体管安全工作区保护; 图3 78L05在系统设计时,由于需要获得稳定的5V电源,因而采用12V电源通过78L05稳压电路后获得5V稳定电源给单片机和外部器件供电。图4为5
17、V稳压电路。 图4 5V稳压电路3.3 DS1302计时电路系统采用DS1302作为计时器,从而实现定时插座能在24小时内实现任意时间的可变定时和一小时内的固定模式定时。这样可以使得定时准确,方便,节约系统资源,同时程序编写上也能相对简单。DS1302 是高性能时钟芯片,具有以下特性: 实时时钟,可对秒、分、时、日、周、月、以及带闰年补偿的年进行计数; 用于高速数据暂存的31*8RAM; 最少引脚的串行I/O; 2.5-5.5V满肚工作范围; 2.5V时耗电小于300nA; 用于时钟或数据读/写的单字节或多字节数据传送; 8引脚DIP或可选的用于表面的8引脚SOIC封装; 简单的3线接口; T
18、TL兼容(VCC=5V); 可选的工业温度范围-40至+85; 在DS1202基础上增加的特点:可选的慢速充电的能力;用于主电源和备份电源的双电源引脚;备份电源引脚可用作电池或超容量电容器的输入端;附加的告诉暂存存储器(7字节)【4】。 图5为DS1302的芯片引脚图。表1为DS1302各引脚的功能。图5 DS1302的芯片引脚图表1 DS1302引脚功能引脚号引脚名称功能1VCC2主电源2、3X1、X2振荡器,外接32768Hz晶振4GND电源地5RST复位6I/O数据输入/输出(双向)7SCLK串行时钟8VCC1后备电源 系统中的计时电路则如下图6所示,通过该电路可以很好地实现定时插座的各
19、项定时设置,如任意时间定时和固定模式定时。其中干电池的作用是使DS1302在断电后仍可以构成内部振荡电路继续计时,当系统再次开启时不需要重新调整时间。 图6 DS1302计时电路3.4 LCD1602显示电路本设计采用的是LCD1602字符型液晶显示器。LCD液晶显示器是一种低功耗的显示器件,它广泛应用于工业控制、消费电子及便携式电子产品中。它不进省电,而且能够显示大量的信息,如文字、曲线、图形、动画等,其功能比数码管强大得多【5】。LCD1602液晶显示模块可同时显示16*2即32个字符,内部含有的字符发生存储器里面存储了160个不同的点阵字符图形,包括阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符
20、号和日文的片假名等,每个字符都有一个固定的代码,比如大小写英文字母的A的代码是01000001B(41H),显示模块在显示A时就把地址41H中的点阵字符图像显示出来,我们就能看到屏幕显示字母A了。表2 LCD 1602引脚功能编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端12D5Data I/O5R/W读/写选择端13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极3.5红外
21、遥控电路 这里使用的是已编码完成的红外遥控器如图7和对应的红外线接收管如图8所示。 图7 红外遥控器 图8 红外接收管 键盘编码调制LED解码解调光/电放大遥控发射器遥控接收器 图9 红外遥控系统框图如图9为红外遥控系统框图。遥控器的每个按键都已经经过编码,当发射器拨键开关拨到ON档时,即有遥控码发出(可以发送任意数字暂定为发送0AAH(二进制:10101010B),这种遥控码具有以下特征:采用脉宽调制的串行码,刚开始发送38K码5ms来判定发射码开始标志,以脉宽为1.5ms、间隔0.5ms、周期为2ms的组合表示二进制的“1”;以脉宽为0.5ms、间隔1.5ms、周期为2ms的组合表示二进制
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