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1、智能插座設計 指導老師：占志彪 智能插座的現狀 智能插座控制系統(tǒng)的設計：目前市場上的排插功能太過于簡單 ， 很多時候滿足不了人們需要 ！ 比如我們經常遇到的就是電瓶車充電時 間一般是 9個小時左右 ， 時間太長很容易磨損電池 ， 太短那晚上充電 充不滿 ， 他們往往又不希望去車庫給它充電 。 或給車充電了在白天 ， 晚上不想在車庫或忘了拔掉電源 ， 從而造成極大的不便 。 因此 ， 我們 提出這個課題的想法 ， 實現單片機直流控制繼電器來完成定時開關功 能的使用 （ 例如 ， 打開一定時間斷開或者定時打開 ） 。 智能插座已成為人們日常生活中必不可少的必需品 ， 廣
2、泛用于個 人家庭以及一些公共場所 ， 給人們的生活 、 學習 、 工作 、 娛樂帶來極 大的方便 。 由于單片機控制電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術 ， 使智能插座具有定時準確 、 性能穩(wěn)定 、 攜帶方便等優(yōu)點 。 研究框架 1.基于單片機的智能插座的硬件設計部分 2.軟件程序設計部分 3.硬軟件調試 智能插座的硬件系統(tǒng)具體電路設計 單片機的選擇 微型計算機的一個重要分支是單片機微型計算機，同時其也是頗 具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，尤其在控制領域中 的地位更為顯著，所以又被稱為微控制器。 一般情況下，單塊集成電路芯片構成了單片機，其內部所含有的 基本
3、功能部件有： I/O接口電路、存儲器和中央處理器等。因此，單片 機只需要結合適當的軟件及外部設備，就可以成為一個完整的單片機 控制系統(tǒng)。 本課題采用的型號為 STC89C52的單片機。 允許工作的時鐘為 024MHz。 STC89C52采用的是 Flash存儲器技術。 含有 2K字節(jié)的 Flash程序存儲器， 128字節(jié)的片內 RAM。 共有 20個引腳，體積小靈巧。 STC89C52主要性能 和 MCS-51產品的兼容 可重編程閃速存儲器 2K字節(jié) 耐久性： 1,000擦除周期 2.7V 6V的操作范圍 全靜態(tài)操作： 0Hz 24MHz 兩級加密程
4、序存儲器 128 8位內部 RAM 可編程 I/O引線 15 兩個十六位定時器 /計數器 六個中斷源 可編程串行 UART通道 直接 LED驅動輸出 片內模擬比較器 低功耗空載和掉電方式 附：引腳介紹論文中有詳細說明 系統(tǒng)的復位電路設計 單片機在啟動時都需要復位，從初態(tài)開始工作，并使 CPU 及系統(tǒng)各個部件都處于初始狀態(tài)。單片機的復位信號從 RST引腳 輸入到內部的觸發(fā)器中。當振蕩器穩(wěn)定且系統(tǒng)處于正常工作狀 態(tài)時，如 RST引腳上出現一個高電平并持續(xù)兩個機器周期，那么 CPU就能響應然后將系統(tǒng)復位。假如采用 12MHZ的晶振，那么 復位時間大約是
5、12S。復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電并提 供復位信號一直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定，然后撤銷其復位信號。電源 穩(wěn)定后有一定的延時后才撤銷復位信號，這是為了可靠這一因 素，為了防止電源插頭分 -合的時候引起抖動從而會發(fā)生復位。 有效的信號是單片機復位信號為高電平。 GND 10uF CS2 10K RS2 V C C R S T 圖 4.6 單片機復位電路 晶振電路模塊 STC89C52中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反響放大 器，引腳 XTAL1和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端 。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振 器一起構成自激振蕩器。外接石英晶體或者陶瓷諧振器及
6、電容 C1,C2接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路。 對外接電容 C1,C2雖然沒有嚴格要求，但電容容量的大小 會輕微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩(wěn)定性，起振 的難易程序及溫度穩(wěn)定性！因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩 器的值為 12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值 約為 30F。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可 能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保 證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 圖 4.7 晶振電路 1 2 YS XTAL 30pF CS3 30pF CS4 X1 X2 GND 顯示電路模塊 采用 LCD作為顯示電路，可以節(jié)省電路空間。此外， LCD還
7、 有外形美觀等優(yōu)點 顯示電路設計 GNDGND VSS 1 VDD 2 VO 3 RS 4 RW 5 EN 6 D0 7 D1 8 D2 9 D3 10 D4 11 D5 12 D6 13 D7 14 VCC 15 GND 16 UC MS1602C-1 VCC 10RRC1 VCC RS RW EN D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 GND VCC BOT 2 TOP 1 TAP 3 1K RC2 圖 4.15 LCD1602電路原理圖 系統(tǒng)的鍵盤電路設計 方案選擇： 方案一：矩陣鍵盤，行、列母線構成的矩陣電路交叉 構成其各個按鍵觸點，如果把行母線逐行置 0，那么
8、列母 線用作信號輸入線。一個鍵被啟動時，那么該鍵將行、列 母線相通。 方案二：獨立鍵盤，如圖 4.9所示。每個鍵都有一根信 號線與單片機電路相連，所有按鍵都有一個公共地或公共 正端，每個鍵相互獨立互不影響。當按下一個鍵時，無論 其它鍵是否被按下，信號線由 1變?yōu)?0；當松開此鍵時，無 論其它鍵是否被按下，信號線由 0變?yōu)?1。根據本次設計十 幾情況按鍵使用較少，所以采取方案二獨立按鍵。 KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 GND KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 KEY5 KEY6 KEY5 KEY6 鍵盤電路 時鐘控制模塊 采用的是單片機內部的定時器 模數轉換模塊：
9、 GND GND A0 1 A1 2 A2 3 A3 4 A4 5 A5 6 A6 7 A7 8 A8 9 GND 10 A9 11 A10 12 REF- 13 REF+ 14 CS 15 DATAOUT 16 ADDRESS 17 I/O CLOCK 18 EOC 19 VCC 20 UA1 TLC1543 VCC 0.1uF CA1 EOC CLK ADD OUT CS ADC AD0 AD1 AD2 AD3 模數轉換模塊原理圖 TLC1543管腳圖 模數轉換模塊是測量電路的核心模塊 繼電器的運作 在這里 ,我們只了解它跟本電路有關的開關作用。 首先把三極管想成一個水龍頭。上
10、面的 Vcc就是水池 ,繼電器是一個水輪 機 ,下面的 GND是比水池低的任何一。剛才說過 ,三極管就是水龍頭 ,它的把手就 是那個帶有電阻的引腳。現在 ,單片機的某一個需要控制這個繼電器電路的輸 出引腳就是一只 手 ,當單片機的這個引腳輸出低電平的時候 ,就像 手 在打開 三極管 水龍頭 ,水就從上往下流 ,繼電器 水輪機 就開始轉起來了。反之 ,如果 是輸出高電平 ,手 就開始關 水龍頭 ,繼電器 水輪機 因為沒有水流下來 ,就會 停止。這就是三極管的開關作用。簡單的理解和記憶就是 :三極管是一個開關 器件 ,其實你真的可以將它看成是一個開關 ,只不過它不是用手來控制 ,而是用 電壓 (電
11、流 )來控制的 ,因此 ,三極管有些時候也被稱做電子開關 (與機械開關相區(qū) 別 )。圖上還有一個東西就是繼電器線圈兩端反相并聯的二極管 ,起到吸收反向 電動勢的功能，保護相應的驅動三極管 ,只要是用三極管驅動繼電器的場合 ,一 般都有它的存在。需要特別注意的是它的接法 :并聯在繼電器兩端，陰極一定 是接 Vcc。 圖 4.8 繼電器電路 1 2 3 4 5 6 UR1 RELAY GNDE 3 C 2 B 1 QR1 1K RR2 100R RR1 VCC RELAY1 DR1 Diode 1N4148 1K RR5 DSR1 1 2 220V_IN Header 2 220V 220V
12、1 2 220V_OUT Header 2 1R RF1 1R RF2 1R RF3 1R RF4 2 2 1 1 1R RF5 XF+ XF- 軟件程序設計 本系統(tǒng)由單片機 C語言編寫而成，采用模塊化結構設 計。主要實現的功能是：把單片機控制技術、鍵盤掃描與 顯示有機的結合起來，運用繼電器、鍵盤按鈕等完成基于 單片機 STC89C52的智能插座系統(tǒng)的設計 , 實現的功能包括 通過單片機控制電路實現定時功能并在顯示電路中顯示定 時時間。 程序流程圖 開 始 初 始 化 定 時 器 啟 動 A D C ， 并 計 算 智 能 插 座 電 流 過 載 ？ 斷 開 電 路 掃 描 鍵 值 ，
13、 并 更 新 定 時 變 量 時 間 到 ？ 動 作 繼 電 器 開 啟 或 關 閉 插 座 顯 示 回 路 電 流 、 時 間 及 開 關 狀 態(tài) Y N Y N 單片機硬軟件調試 （ 1）硬件調試 在完成設計的樣品后進入測試階段，其重要的目的是找出樣品的 故障或者設計上的漏洞和工藝上的故障。 1.脫機檢查：檢測地址總線、數據總線和控制總線上會不會存在 短路現象，使用萬能表檢測電源盒引腳連接的正確性。 2.調試：除去 EPROM和 CPU，測試各個接口電路能否滿足需求，需 要調試很多次。 （ 2）軟件調試 軟件測試有利用交叉匯編，匯編語言調試，手工匯編，這里著重 介紹
14、手工匯編。它是很簡便的一種調試方式，也是最原始的，也不用 另外添加調試設備。需要注意的是，在手工匯編時，注意調用指令、 轉移指令、查表指令。 結 論 本設計為一智能插座控制系統(tǒng)，由 STC89C52單片機， 復位電路，鍵盤控制以及晶振電路組成，控制 LCD顯示器 和若干個按鍵實現定時控制功能及顯示功能。但因為現實 條件的限制，設計還不完善，有很多設計的空間。比如在 設計的過程中我們發(fā)現其實在日常的生活中語音功能是不 常用的，因此我們設計的語音功能如果經過改變，將此功 能設計為定時時間到的語音提示將會更具有實際應用性。 但是這已是設計的末端，時間的限制，希望以后的工作中 能進一步完善。
15、致謝 首先，要感謝學校這四年來的悉心栽培，并提供我們試驗室，給 我們好的環(huán)境。其次感謝我的指導老師占志彪老師。本次設計是在占 志彪老師的悉心指導和幫助下完成的，他為我們提供了很多相關的資 料，并在設計遇到困難時，及時給與了指導與幫助。在論文撰寫過程 中，他提供了許多寶貴的思路和建議，結合工作體會和經歷，提出了 很多有價值的觀點，為完成本次設計和論文給予了極大的幫助。 通過這次設計，使我受益非淺。畢業(yè)設計是本科四年學習的大綜 合；是一場綜合的考試；是一次社會實踐。通過這次設計，培養(yǎng)了自 學能力，為以后的繼續(xù)學習打下基礎。同時這次設計是一個小型的社 會團體，在這個小社會中如何相處等都是一個鍛煉。 再次感謝所有支持和幫助過我的領導、老師和同學們！ 此致！
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