智能插座開題報告.doc

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附件8 XXXX 本科畢業(yè)論文（設計）開題報告 課題名稱： 基于單片機的智能插座的設計 姓 名： X X 學 號： 200XXXXXXXXX 專業(yè)年級： 200XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指導教師： X X 教務處制 一、課題意義 現(xiàn)代社會電子科學技術飛速的發(fā)展，電子產(chǎn)品已經(jīng)滲透了社會的各個領域，但人們常用的電器插線板并不具備定時開啟和關閉以及過電流保護與斷電保護的功能?；蛟S就由于這些原因給我們帶來的很多沒必要的損失和不便，譬如：初高中上完晚自習后，空空的教室里還是燈火通明；深夜里的集體宿舍還因為未關燈而一片嘩然；一些自制力較差的兒童等對象過分長時間沉迷于電視和網(wǎng)絡等等。 所以，研究定時插線板，有著非?，F(xiàn)實的意義。對教室和宿舍集體用電的智能控制及一些網(wǎng)絡設備所處的環(huán)境要求也越高，所有參與關鍵設備運行的設施都必須具有高可靠性與可用性。對電源插座而言，是所有設備用電的最后一道關口，如果它不夠穩(wěn)定，且缺乏足夠的保護功能，將有可能導致昂貴設備被毀，甚至整個系統(tǒng)崩潰。因此，電源插座的安全穩(wěn)定性是設備的有力保障之一。高精度、多功能、小體積、低功耗、智能化，是現(xiàn)代定時插線板發(fā)展的趨勢。 由單片機為核心的智能插座的主要特點： 1) 具有定時功能。當前有的產(chǎn)品使用也很方便，多個電器設備可以同時使用。但是在使用的過程中具有一定的局限性。但智能插座則具有定時功能，可根據(jù)用戶的使用時間需要自行設定時間。 2) 過電流報警。 3) 斷路保護。 4) 制作簡單，成本低廉。采用單片機就可以實現(xiàn)功能，節(jié)約了大量線材和人工費用，也不用技術專家指導，普通用戶就可以自行安裝，一步到位。 二、文獻綜述 1.課題的淵源及演進過程 插頭插座是日常使用的最常見、最普通的電器附件。所有的電器要運轉起來都少不了它，可以說插頭插座是電器和供電之間的橋梁。電的發(fā)明，特別是后來的電器出現(xiàn)，迫切需要一系列的接插件與之配合，以便于使用電能。最早是沒有插頭插座之類產(chǎn)品的，為了電氣連接，人們只能將電線絞擰在電源端子上。但是，隨著電器的大量出現(xiàn)，如果每次都要絞擰電線，已太不適合需要了，而且有大量的非專業(yè)人員加入使用行列，這樣就產(chǎn)生了很多的安全保障問題，弄不好就會造成嚴重的觸電事故。這對電氣連接提出了安全、方便、快捷的要求。在這種情況下，插頭插座產(chǎn)品就應運而生了。 早期的插頭插座都很簡單，且尺寸不統(tǒng)一，可說是五花八門，可能在一個國家內(nèi)一個城市生產(chǎn)的一個插頭，到了另一個城市就插不上當?shù)氐牟遄恕Ｒ虼?，后來世界各國都先后制定了自己統(tǒng)一的插頭插座標準，我國則在1967年就由廣州電器科學研究所為主制定了我國的第一個插頭插座國家標準GB1002-67《單相插頭插座型式、基本參數(shù)和尺寸》；又如，英國在1950就頒布了BS 546:1950《250V以下電路用的有接地觸頭的兩極插頭、插座和轉換器》。這些強制性標準的頒布，統(tǒng)一了每個國家內(nèi)部插頭插座的型式尺寸，從一定意義上也促進了貿(mào)易的發(fā)展。 插頭插座產(chǎn)品在不斷地發(fā)展，最初只是滿足簡單的取電需要。如50年代到70年代末，我國各省、市都有膠木電器生產(chǎn)廠來生產(chǎn)插頭插座，當時的插頭插座產(chǎn)品均是清一色的黑色酚醛樹脂粉末（即電玉粉）為主。后來，伴隨人民生活水平的提高、安全意識的增強，以及對美觀的需要，人們對插頭插座也提出了更高的要求。如，為了防止小朋友拿小棒之 類的物品去塞入插座插孔而觸電，就要求在插座的插套前裝上保護門；在洗手間里會有大量的水，為了安全就出現(xiàn)了防水、防濺型的插頭插座；為了房間的美觀及協(xié)調(diào)，于是出現(xiàn)了各式各樣的彩色面板的墻壁插座，等等。目前，一大批智能型、遙控型、節(jié)能型的開關插座類產(chǎn)品正應運而生。如，具有遙控、定時功能的開關插座；具有集中控制、場景控制、遙控等功能的智能燈光控制系統(tǒng)；具有編程控制、遠程控制等功能的智能家電控制系統(tǒng)等等。地面插座、轉換器、工業(yè)用插頭插座、防濺開關插座、防水開關插座、防爆開關插座、漏電保護插座、防雷保護插座等新產(chǎn)品爭奇斗妍[1～9]。 插頭插座類電器附件產(chǎn)品也從單一的功能性發(fā)展為功能性和裝飾性相結合，并日益追求操作的安全性和舒適性。這些產(chǎn)品出現(xiàn)，預示著未來插頭插座類產(chǎn)品的發(fā)展將越來越人性化。值得一提的是，由于對外貿(mào)易的增多，國外的電器紛紛進入國內(nèi)市場，但它們配的是外國的插頭，與我國的插座不相兼容，即插不進我國的扁型插座中，如，從英國進口的電器有配13A大方腳插頭，而美國式的電腦插頭又是兩扁插銷帶一圓形接地插棒的插頭。同時，國內(nèi)人員出境旅游和辦事的機會增加，我們的人員帶出國的電器是配扁型的插頭，到了國外也是插不進它們的插座中，因為英國是方形或圓形插座、歐洲國家主要是圓形插座。 自節(jié)能內(nèi)開關問世以來，節(jié)能開關得到了迅速的發(fā)展，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)多種有節(jié)能保護了的開關和插座等等。人們從各種途徑來減少各種電器的待機功能，比如現(xiàn)在已經(jīng)在市場上熱賣的“小管家”節(jié)能環(huán)保插座。當前，針對電腦、電視機用戶的各類智能插座，不僅起到很好的節(jié)電效果，還兼具治理諧波、消除浪涌、穩(wěn)壓防雷作用，大大增強了電器設備的使用壽命。本文介紹了一種基于AT89S52單片機的定時開關插座設計方案。該系統(tǒng)是通過AT89S52的定時器0和定時器1實現(xiàn)時鐘的24小時制或者100小時制的時鐘走時，并通過液晶12232顯示出來。繼電器的通、斷通過比較繼電器控制變量ray的值來確定。 定時時間的開始或者停止是通過每分鐘比較一次開始時間數(shù)組begin和結束數(shù)組end來確定，并在開始時對ray進行加1操作，在結束時對ray進行減1操作(ray的值不會出現(xiàn)負值)；當ray為0時繼電器開關斷開，非0時接通[10]。通過控制繼電器的通斷可以達到控制插座通斷的目的。 2．國內(nèi)外對本課題的研究現(xiàn)狀和有待解決的問題 1) 對軟件的多次反復的調(diào)試； 2) 極性電容接反而造成爆電容的現(xiàn)象[11]； 3) LCD的亮度，太亮了增加能耗，白天較暗顯示不清楚； 4) 當多組定時有重疊的部分時容易損壞負載的現(xiàn)象； 5) 穩(wěn)壓管散熱不佳問題； 6）繼電器正常工作允許通過的電流太小，電流偏大時會引起單片機系統(tǒng)重啟。 3．筆者對目前設計的評述 目前利用單片機作為核心元件的智能插座裝置比較少見,由于利用到單片機技術在實際上運用會比較浪費，另一方面單片機的成本也比較高，并且程序的編寫也是比較麻煩的，很少有設計者作這方面的設計。 現(xiàn)如今，往往由于某些特殊原因給我們的生活或工作帶來一些困擾和遺憾。比如：家中的水塔忘記抽水而造成生活的一時不便；學校的起床廣播因值班人員睡過頭而推遲廣播；家中的魚缸因太久沒有供氧造成魚兒缺氧死亡；許多球迷或者新聞愛好者因為錯過了開機時間而與精彩球賽或者新聞擦肩而過；一些小孩子過度沉迷于電視和網(wǎng)絡；夏天里風扇的定時時間過短（一般為1個小時），不便于晚上分段定時使用等等。而上面的這些問題都可以通過定時開關插座的定時功能得到解決。 隨著電器產(chǎn)品待機能耗的迅速增長，家庭和社會付出了太多的代價，中國節(jié)能認證中心對家庭待機能耗做過的調(diào)查顯示，待機能耗占到家庭電力消耗的10％左右，僅以電視機為例，平均每臺電視機的待機能耗是8.07W，按每天待機2小時大約耗電0.016度[12]。定時開關插座能夠實現(xiàn)定時給電器供電，在工作時間之外把電器的電源切斷，這樣就能解決電器的待機損耗，達到節(jié)約用電的目的。 定時開關插座是一款能在特定時間段內(nèi)控制電器通、斷電的開關插座。能實現(xiàn)24小時制時鐘走時模式，在24小時制時鐘模式，可以實現(xiàn)6組24小時內(nèi)的任意定時（任務計劃5組），定時時間范圍最小為1分鐘。 本文闡述了定時開關插座的硬件電路設計、軟件算法設計, 給出了自動開關插座的設計和定型方案,它可以對家中一些需要在特定時間對電器進行自動斷、通電控制,而不需要拔掉插頭，減少電器的待機損耗，解決生活中的一些煩惱。 三、課題研究內(nèi)容與方法 設計內(nèi)容： 1、 智能插座的硬件結構及電路連接圖 通過查找資料進行方案論證和選擇，可以確定出定時開關插座系統(tǒng)的整體構成，本系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖一所示。本設計是以AT89S52單片機為核心，以設置鍵盤設置時鐘時間、定時時間、模式選擇、開始、停止等功能。單片機控制繼電器來控制電器插座的通、斷，以達到控制電器的通、斷。定時時間范圍內(nèi)導通電器插座，實現(xiàn)給電器供電，其他時間則斷開。電源提供給單片機5V直流電，有交流220V轉為直流5V供電和干電池供電兩部分，可對系統(tǒng)實現(xiàn)不間斷供電。液晶顯示模塊，在設置鍵盤沒有輸入時，顯示時鐘、模式、定時時間、定時組別等信息；當鍵盤設置開始時，顯示出當前設置的變化。復位能實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件復位[13]。 AT89C52 單 片 機 電源 設置鍵盤 液晶顯示 繼電器 復位 驅動電路 晶振 圖一 系統(tǒng)原理框圖 2、 設計智能插座系統(tǒng)程序 這次設計可以用C語言編程序，也可以用匯編語言編程序，由于本次設計中程序涉及到定時和復雜的邏輯控制，系統(tǒng)用C語言編寫程序。此次設計所選用的單片機是AT89S52單片機，其C語言語法和結構和標準C語言基本相同，只是有了相應的擴充，用到的編譯軟件是Keil C[14]。下面結合我的程序編譯簡要介紹以下Keil C的編譯環(huán)境的特點。 3、 析各元器件參數(shù)對插座的影響 硬件單元電路制作好后，在上電之前，應該先用萬用表對各個獨立元件進行檢查，在排除了虛焊、短路、斷路等問題后再通電進行電路功能的調(diào)試[15]。 4、 析整個智能插座電路的工作流程 該系統(tǒng)采用51單片機AT89S52編程控制繼電器的通、斷來實現(xiàn)控制插座的通、斷電，而繼電器的通、斷由定時組別確定。在定時范圍內(nèi)繼電器導通，否則斷開。并用LCD12232顯示出時鐘及定時時間等信息。 方法：設計分析法、對比研究法 四、課題研究進度安排 2011年11月3日至2011年11月26 日：查閱相關的資料，進一步學習相關知識，初步形成控制系統(tǒng)模型，完成論文開題報告； 2011年11月27日至2012年 1月29日：進行調(diào)研，對單片機控制系統(tǒng)模型進行論證，確定單片機控制系統(tǒng)模型； 2012年 1月30日至2012年 3月23日：進行單片機控制系統(tǒng)的各模塊子電路設計，完成原理圖和PCB的制作，編制軟件，最終完成組裝和調(diào)試； 2012年3月24日至2012年 5月16日：撰寫畢業(yè)設計論文，準備畢業(yè)答辯。 五、主參考文獻目錄 [1]徐偉.智能插座在智能家居系統(tǒng)中的設計和應用[J].中國儀器儀表，2010，(10) [2]黃界.基于AVR的智能節(jié)能插座的設計[J].現(xiàn)代電子技術，2010,(12) [3]王嘯東.智能避雷定時插座的設計[J].電工電氣，2010，(05) [4]張凱.新型數(shù)字節(jié)能功率分配型智能插座的設計實現(xiàn)[J].電子設計應用，2009，(07) [5]溫鐵鈍 , 孫鍵國, 張?zhí)旌? 無線遙控智能插座的設計[J]. 測控技術 , 2003,(10) [6]方佩敏. 智能插座——DS1213B[J]. 今日電子 , 1996,(Z1) [7]王宏. 智能節(jié)電插座 省電就是省錢[J]. 現(xiàn)代營銷(創(chuàng)富信息版) , 2008,(07) [8]楊妤. 打破行業(yè)格局 紐曼自創(chuàng)“節(jié)電插座”[J]. 中國品牌與防偽 , 2007,(10) [9]高全.節(jié)能插座[J].生意通，2005，(10) [10]張運波，劉淑榮.工廠電氣控制技術[M].北京:高等教育出版社,2004. 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