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1、智能插座設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師：占志彪 智能插座的現(xiàn)狀 智能插座控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：目前市場(chǎng)上的排插功能太過于簡(jiǎn)單 ， 很多時(shí)候滿足不了人們需要 ！ 比如我們經(jīng)常遇到的就是電瓶車充電時(shí) 間一般是 9個(gè)小時(shí)左右 ， 時(shí)間太長(zhǎng)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(kù)給它充電 。 或給車充電了在白天 ， 晚上不想在車庫(kù)或忘了拔掉電源 ， 從而造成極大的不便 。 因此 ， 我們 提出這個(gè)課題的想法 ， 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)直流控制繼電器來完成定時(shí)開關(guān)功 能的使用 （ 例如 ， 打開一定時(shí)間斷開或者定時(shí)打開 ） 。 智能插座已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?， 廣

2、泛用于個(gè) 人家庭以及一些公共場(chǎng)所 ， 給人們的生活 、 學(xué)習(xí) 、 工作 、 娛樂帶來極 大的方便 。 由于單片機(jī)控制電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù) ， 使智能插座具有定時(shí)準(zhǔn)確 、 性能穩(wěn)定 、 攜帶方便等優(yōu)點(diǎn) 。 研究框架 1.基于單片機(jī)的智能插座的硬件設(shè)計(jì)部分 2.軟件程序設(shè)計(jì)部分 3.硬軟件調(diào)試 智能插座的硬件系統(tǒng)具體電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支是單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，同時(shí)其也是頗 具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，尤其在控制領(lǐng)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(gòu)成了單片機(jī)，其內(nèi)部所含有的 基本

3、功能部件有： I/O接口電路、存儲(chǔ)器和中央處理器等。因此，單片 機(jī)只需要結(jié)合適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備，就可以成為一個(gè)完整的單片機(jī) 控制系統(tǒng)。 本課題采用的型號(hào)為 STC89C52的單片機(jī)。 允許工作的時(shí)鐘為 024MHz。 STC89C52采用的是 Flash存儲(chǔ)器技術(shù)。 含有 2K字節(jié)的 Flash程序存儲(chǔ)器， 128字節(jié)的片內(nèi) RAM。 共有 20個(gè)引腳，體積小靈巧。 STC89C52主要性能 和 MCS-51產(chǎn)品的兼容 可重編程閃速存儲(chǔ)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(jí)加密程

4、序存儲(chǔ)器 128 8位內(nèi)部 RAM 可編程 I/O引線 15 兩個(gè)十六位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 六個(gè)中斷源 可編程串行 UART通道 直接 LED驅(qū)動(dòng)輸出 片內(nèi)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(xì)說明 系統(tǒng)的復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，從初態(tài)開始工作，并使 CPU 及系統(tǒng)各個(gè)部件都處于初始狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)從 RST引腳 輸入到內(nèi)部的觸發(fā)器中。當(dāng)振蕩器穩(wěn)定且系統(tǒng)處于正常工作狀 態(tài)時(shí)，如 RST引腳上出現(xiàn)一個(gè)高電平并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期，那么 CPU就能響應(yīng)然后將系統(tǒng)復(fù)位。假如采用 12MHZ的晶振，那么 復(fù)位時(shí)間大約是

5、12S。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電并提 供復(fù)位信號(hào)一直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定，然后撤銷其復(fù)位信號(hào)。電源 穩(wěn)定后有一定的延時(shí)后才撤銷復(fù)位信號(hào)，這是為了可靠這一因 素，為了防止電源插頭分 -合的時(shí)候引起抖動(dòng)從而會(huì)發(fā)生復(fù)位。 有效的信號(hào)是單片機(jī)復(fù)位信號(hào)為高電平。 GND 10uF CS2 10K RS2 V C C R S T 圖 4.6 單片機(jī)復(fù)位電路 晶振電路模塊 STC89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)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(gè)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(gòu)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(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。 對(duì)外接電容 C1,C2雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容容量的大小 會(huì)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(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值 約為 30F。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可 能安裝得與單片機(jī)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(diǎn) 顯示電路設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 方案選擇： 方案一：矩陣鍵盤，行、列母線構(gòu)成的矩陣電路交叉 構(gòu)成其各個(gè)按鍵觸點(diǎn)，如果把行母線逐行置 0，那么

8、列母 線用作信號(hào)輸入線。一個(gè)鍵被啟動(dòng)時(shí)，那么該鍵將行、列 母線相通。 方案二：獨(dú)立鍵盤，如圖 4.9所示。每個(gè)鍵都有一根信 號(hào)線與單片機(jī)電路相連，所有按鍵都有一個(gè)公共地或公共 正端，每個(gè)鍵相互獨(dú)立互不影響。當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，無(wú)論 其它鍵是否被按下，信號(hào)線由 1變?yōu)?0；當(dāng)松開此鍵時(shí)，無(wú) 論其它鍵是否被按下，信號(hào)線由 0變?yōu)?1。根據(jù)本次設(shè)計(jì)十 幾情況按鍵使用較少，所以采取方案二獨(dú)立按鍵。 KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 GND KEY1 KEY2 KEY3 KEY4 KEY5 KEY6 KEY5 KEY6 鍵盤電路 時(shí)鐘控制模塊 采用的是單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)換模塊原理圖 TLC1543管腳圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是測(cè)量電路的核心模塊 繼電器的運(yùn)作 在這里 ,我們只了解它跟本電路有關(guān)的開關(guān)作用。 首先把三極管想成一個(gè)水龍頭。上

10、面的 Vcc就是水池 ,繼電器是一個(gè)水輪 機(jī) ,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(gè)帶有電阻的引腳?，F(xiàn)在 ,單片機(jī)的某一個(gè)需要控制這個(gè)繼電器電路的輸 出引腳就是一只 手 ,當(dāng)單片機(jī)的這個(gè)引腳輸出低電平的時(shí)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(jī) 就開始轉(zhuǎn)起來了。反之 ,如果 是輸出高電平 ,手 就開始關(guān) 水龍頭 ,繼電器 水輪機(jī) 因?yàn)闆]有水流下來 ,就會(huì) 停止。這就是三極管的開關(guān)作用。簡(jiǎn)單的理解和記憶就是 :三極管是一個(gè)開關(guān) 器件 ,其實(shí)你真的可以將它看成是一個(gè)開關(guān) ,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(shí)候也被稱做電子開關(guān) (與機(jī)械開關(guān)相區(qū) 別 )。圖上還有一個(gè)東西就是繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管 ,起到吸收反向 電動(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管 ,只要是用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器的場(chǎng)合 ,一 般都有它的存在。需要特別注意的是它的接法 :并聯(lián)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(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由單片機(jī) C語(yǔ)言編寫而成，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)。主要實(shí)現(xiàn)的功能是：把單片機(jī)控制技術(shù)、鍵盤掃描與 顯示有機(jī)的結(jié)合起來，運(yùn)用繼電器、鍵盤按鈕等完成基于 單片機(jī) STC89C52的智能插座系統(tǒng)的設(shè)計(jì) , 實(shí)現(xiàn)的功能包括 通過單片機(jī)控制電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能并在顯示電路中顯示定 時(shí)時(shí)間。 程序流程圖 開 始 初 始 化 定 時(shí) 器 啟 動(dòng) A D C ， 并 計(jì) 算 智 能 插 座 電 流 過 載 ？ 斷 開 電 路 掃 描 鍵 值 ，

13、 并 更 新 定 時(shí) 變 量 時(shí) 間 到 ？ 動(dòng) 作 繼 電 器 開 啟 或 關(guān) 閉 插 座 顯 示 回 路 電 流 、 時(shí) 間 及 開 關(guān) 狀 態(tài) Y N Y N 單片機(jī)硬軟件調(diào)試 （ 1）硬件調(diào)試 在完成設(shè)計(jì)的樣品后進(jìn)入測(cè)試階段，其重要的目的是找出樣品的 故障或者設(shè)計(jì)上的漏洞和工藝上的故障。 1.脫機(jī)檢查：檢測(cè)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線上會(huì)不會(huì)存在 短路現(xiàn)象，使用萬(wàn)能表檢測(cè)電源盒引腳連接的正確性。 2.調(diào)試：除去 EPROM和 CPU，測(cè)試各個(gè)接口電路能否滿足需求，需 要調(diào)試很多次。 （ 2）軟件調(diào)試 軟件測(cè)試有利用交叉匯編，匯編語(yǔ)言調(diào)試，手工匯編，這里著重 介紹

14、手工匯編。它是很簡(jiǎn)便的一種調(diào)試方式，也是最原始的，也不用 另外添加調(diào)試設(shè)備。需要注意的是，在手工匯編時(shí)，注意調(diào)用指令、 轉(zhuǎn)移指令、查表指令。 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)為一智能插座控制系統(tǒng)，由 STC89C52單片機(jī)， 復(fù)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(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制功能及顯示功能。但因?yàn)楝F(xiàn)實(shí) 條件的限制，設(shè)計(jì)還不完善，有很多設(shè)計(jì)的空間。比如在 設(shè)計(jì)的過程中我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)在日常的生活中語(yǔ)音功能是不 常用的，因此我們?cè)O(shè)計(jì)的語(yǔ)音功能如果經(jīng)過改變，將此功 能設(shè)計(jì)為定時(shí)時(shí)間到的語(yǔ)音提示將會(huì)更具有實(shí)際應(yīng)用性。 但是這已是設(shè)計(jì)的末端，時(shí)間的限制，希望以后的工作中 能進(jìn)一步完善。

15、致謝 首先，要感謝學(xué)校這四年來的悉心栽培，并提供我們?cè)囼?yàn)室，給 我們好的環(huán)境。其次感謝我的指導(dǎo)老師占志彪老師。本次設(shè)計(jì)是在占 志彪老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的，他為我們提供了很多相關(guān)的資 料，并在設(shè)計(jì)遇到困難時(shí)，及時(shí)給與了指導(dǎo)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(jié)合工作體會(huì)和經(jīng)歷，提出了 很多有價(jià)值的觀點(diǎn)，為完成本次設(shè)計(jì)和論文給予了極大的幫助。 通過這次設(shè)計(jì)，使我受益非淺。畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科四年學(xué)習(xí)的大綜 合；是一場(chǎng)綜合的考試；是一次社會(huì)實(shí)踐。通過這次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了自 學(xué)能力，為以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。同時(shí)這次設(shè)計(jì)是一個(gè)小型的社 會(huì)團(tuán)體，在這個(gè)小社會(huì)中如何相處等都是一個(gè)鍛煉。 再次感謝所有支持和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)們！ 此致！