基于单片机的智能插座的
设计毕业论文
目录
1.绪论 (1)
1.1 课题研究的背景及意义 (1)
1.2 课题研究的现状及发展趋势 (1)
1.3 本文主要研究内容 (3)
2.方案的提出及论证 (4)
2.1方案的提出 (4)
2.2方案的比较 (5)
2.3方案的确定 (5)
3.硬件电路设计 (6)
3.1主控制器及最小系统 (6)
3.2稳压电源模块 (9)
3.3时钟电路 (10)
3.4显示电路 (12)
3.5控制模块 (14)
3.6 温度采集模块 (14)
4.软件设计 (16)
4.1 DS1302计时程序 (17)
4.2 LCD1602显示电路程序 (19)
4.3 DS18B20测温电路程序 (20)
5.仿真与调试 (21)
5.1 硬件调试 (24)
5.2 软件调试 (24)
5.3 小结 (25)
6.结束语 (27)
参考文献 (28)
致谢 (29)
附录A 外文文献及翻译
附录B 源程序
附录C 硬件连接图
附录D 实物图
1．绪论
1.1 课题研究的背景及意义
随着社会科技的不断进步，各式各样的电子产品已经慢慢融入到了我们的生活，这也就意味着我们需要更多的能源来维持我们的生活正常的进行，但是，这个社会是一个能源逐渐枯竭的社会，节约能源又成为了这个社会的主题。所以，为了解决这样一对矛盾，我们了解到，越来越多的产品有了待机功能，如电视机，电脑，冰箱，空调等家用电器。据调查，我国城市家庭的平均待机能耗，相当于每个家庭每天都在亮着一盏15瓦到30瓦的长明灯。据测算，家电待机能耗占到中国家庭电力消耗的10%以上。而正是由于这种长期的待机状态，使得插座的负荷也越来越大，带来了非常严重的安全隐患。除此之外，也使得电器的寿命大大缩短。
因此，在本次设计中我们就要对家庭中普通的插座进行更加智能化的设计，我们利用单片机对继电器的控制来达到控制插座通断的目的，并可以通过外设键盘对插座进行定时设置，使其可以按照我们的意愿定时通断。在定时功能的基础上，加上了测温模块、过载保护和防雷模块。
所以此次的设计具有以下意义：
1）节约能源；
2）消除安全隐患；
3）延长家用电器的使用寿命；
4）使人们的生活更加方便，简单。
1.2 课题研究的现状及发展趋势
现在市场上的220V移动式电源插座大部分功能单一，只能简单的实现电源的通断，小部分可以实现定时，但大都是机械式的，而不能根据使用者的意愿编
程设定时间自动通断，有时满足不了人们的需求。智能可编程开关插座则可以实现定时可编程，通过编程定时，自动接通和断开，给人们生活带来很大方便，得到了广泛应用。
目前市场上比较好的智能插座有小管家智能插座、科德牌智能插座、POLYHOME智能插座、博联智能插座等等。其中，小管家智能插座采用智能芯片系统及其相关的程序控制软件对电器进行协调控制，智能关机，将待机能耗降为零，以达到安全节能的目的。它可以在电器遥控关机后自动切断电源，遥控开机时，能自动接通电源，从而达到安全、节电的效果。它还具有消除待机能耗、智能化保护功能、避免电磁波辐射、有效防雷击冲击的特点。科德TW-L12采用大屏液晶显示，可以进行定时设定，最小设定时间为1分钟，每天最多可设置20组开与关，每周可设置140组。并且具有模式功能，随时可切换到长通或定时状态。而POLYHOME智能插座是北京博力恒昌科技有限公司生产的智能家居产品之一。它主要的特点是内嵌Zigbee无线接收模块，可以对它进行无线遥控，智能控制一些家用电器，比如开关空调、开关电饭煲等，也可以与普通插座互换。对于比较先进的博联智能插座，它是基于Wi-Fi通讯，可实现任何时间、任何地点通过智能手机随心所欲的控制家中、办公室的电器。
随着单片机技术的不断发展，智能插座的功能也在不断的更新。由于单片机具有优异的性能性价比，集成度高、体积小、可靠性高，控制功能强，低电压、低功耗等特点，以及单片机控制电路技术的发展使智能插座具有定时准确、性能稳定、携带方便等优点。因此智能可编程开关插座发展迅速，得到了很广泛的应用。所以，智能插座会朝着微型化、低功耗、无线遥控、语音控制等更加智能数字化的方向发展，让人们的生活更加便捷。再具体说，以后智能插座的发展，在节能的基础上，质量要稳定，插座本身耗能要小，这是发展的必要趋势。同时可加上其他一些功能，像USB接口，这样一来，手机，MP3等电器充电机会更加方便；语音功能，让操作更加方便；也可加上温度测量显示功能，让这个插座实现更多的功能，使得智能插座体积小但功能更强大，携带也更加方便。
而目前智能插座的实现方法有机械式定时插座、基于单片机的定时器功能实现插座的智能定时、还有采用现成的智能芯片。机械式定时插座是通过转动刻度
盘，来设定定时时间，比如科德TW-A07的22小时倒时定时器；而基于单片机的智能插座是通过用单片机控制继电器的通断来控制插座的开关，即通过单片机编程实现智能定时；而采用智能芯片的节能插座是通过芯片直接感应来实现智能通断电，从而达到消除待机功耗的目的；还有一种比较先进的，基于Wi-Fi通讯，只要家中有无线路由器，插座就会自动寻找网路，用户只需输入上网密码即完成配置，通过智能手机在全球任何地点都可以控制。
智能插座有效地解决了待机能耗的问题，从而提高终端用电设备的使用寿命，促进我国节电降耗产品领域的发展。也消除了生活中的很多安全隐患。可达到适用于彩电、电脑、空调等用电领域的较高技术指标与节电能力。而随着技术的不断发展，对智能插座的承受功率不断地增高完善，智能插座除了广泛应用于家用电器外，还会更多的应用到工业领域。
1.3 本文主要研究内容
在本次设计中我们就要对家庭中普通的插座进行更加智能化的设计，我们利用单片机对继电器的控制来达到控制插座通断的目的，并可以通过外设键盘和红外遥控对插座进行定时设置和温度设置，使其可以按照我们的意愿定时通断。在定时定温功能的基础上，加上了过载保护和防雷模块。
2.方案的提出及论证
2.1方案的提出
方案一：设计一个以单片机STC89C52控制的定时开关插座，能控制一路220V/10A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，因为是通过时钟芯片来定时，所以更加准确。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。其系统框图如图2.1所示：
图2.1 基于单片机的智能插座框图
方案二：设计一个定时开关，通过拨码开关预置一个时间，再通过计数器倒计时方式进行计数，当到达某一个时间时，发出一个信号，进而来控制电器的工作。具体原理是由555组成秒脉冲发生器，再由CD40192构成一个倒计时的计时器，通过一个拨码开关预设时间，最后数码管显示，蜂鸣器报警。其设计框图如图2.2所示：
图2.2 数字式定时开关
2.2方案的比较
方案一和方案二均可实现插座的定时。若用数字电路完成，所设计的电路相对复杂，需要更多的数字集成块，其功能也主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现，其精度也不如单片机和时钟芯片配合的准确，由于元件较多，焊接过程也会比较复杂，成本也高。而单片机控制更加灵活，功能更加强大，可编程性也更高，因为用单片机主要是软件编程来完成，那么就降低了硬件电路的复杂性，而且其成本也相对降低。
2.3方案的确定
通过上述方案的比较，用单片机进行定时插座的设计比数字电路更加准确灵活，功能更加强大，成本相对更低，硬件复杂性也更小，所以，综合各方面因素，本设计采用方案一。
3.硬件电路设计
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，分别控制插座的开关，从而控制外部电器的工作与否。
总体的硬件电路框图如图3.1所示：
图3.1 硬件电路框图
3.1主控制器及最小系统
STC89C52是宏晶公司生产的40引脚双列直插芯片，单片机片内集成512字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间 支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求,时钟频率可以设置在0-33M之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。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，实现自动化智能化的理想模型。
其内部包含以下功能部件：
a.8位CPU；
b.振荡器和时钟电路；
c.8k字节的程序存储器EPROM;
d.256字节的数据存储器RAM；
e.可寻址外部存储器和数据存储器各64字节；
f.20多个特殊功能寄存器；
g.32线并行I/O口；
h.一个全双工串行I/O口；
i.3个16位定时器/计时器；
图3.2 DIP-40封装STC89C52引脚图
P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。
P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。
P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P2输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入口使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。
P3 口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。
RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
单片机最小系统如图3.3所示：
图3.3 单片机最小系统仿真图