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智能插座設(shè)計 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 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(jīng)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(xiàn)單片機直流控制繼電器來完成定時開關(guān)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?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?廣泛用于個人家庭以及一些公共場所 給人們的生活 學(xué)習(xí) 工作 娛樂帶來極大的方便 由于單片機控制電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù) 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(shè)計部分2 軟件程序設(shè)計部分3 硬軟件調(diào)試 智能插座的硬件系統(tǒng)具體電路設(shè)計 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(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 其內(nèi)部所含有的基本功能部件有 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(jié)合適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)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0 24MHz STC89C52采用的是Flash存儲器技術(shù) 含有2K字節(jié)的Flash程序存儲器 128字節(jié)的片內(nèi)RAM 共有20個引腳 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 兩級加密程序存儲器 128 8位內(nèi)部RAM 可編程I O引線15 兩個十六位定時器 計數(shù)器 六個中斷源 可編程串行UART通道 直接LED驅(qū)動輸出 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說明 系統(tǒng)的復(fù)位電路設(shè)計 單片機在啟動時都需要復(fù)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(fù)位信號從RST引腳輸入到內(nèi)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(xiàn)一個高電平并持續(xù)兩個機器周期 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)位時間大約是12 S 復(fù)位電路的基本功能是 系統(tǒng)上電并提供復(fù)位信號一直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定 然后撤銷其復(fù)位信號 電源穩(wěn)定后有一定的延時后才撤銷復(fù)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(fù)位 有效的信號是單片機復(fù)位信號為高電平 圖4 6單片機復(fù)位電路 晶振電路模塊 STC89C52中有一個用于構(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(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容 電容值約為30 F 在焊接刷電路板時 晶體振蕩器和電容應(yīng)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 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還有外形美觀等優(yōu)點 顯示電路設(shè)計 圖4 15LCD1602電路原理圖 系統(tǒng)的鍵盤電路設(shè)計 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)成其各個按鍵觸點 如果把行母線逐行置0 那么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)? 當松開此鍵時 無論其它鍵是否被按下 信號線由0變?yōu)? 根據(jù)本次設(shè)計十幾情況按鍵使用較少 所以采取方案二獨立按鍵 鍵盤電路 時鐘控制模塊 采用的是單片機內(nèi)部的定時器 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 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(guān)的開關(guān)作用 首先把三極管想成一個水龍頭 上面的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(xiàn)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(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 因為沒有水流下來 就會停止 這就是三極管的開關(guān)作用 簡單的理解和記憶就是 三極管是一個開關(guān)器件 其實你真的可以將它看成是一個開關(guān) 只不過它不是用手來控制 而是用電壓 電流 來控制的 因此 三極管有些時候也被稱做電子開關(guān) 與機械開關(guān)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(lián)的二極管 起到吸收反向電動勢的功能 保護相應(yīng)的驅(qū)動三極管 只要是用三極管驅(qū)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(lián)在繼電器兩端 陰極一定是接Vcc 圖4 8繼電器電路 軟件程序設(shè)計 本系統(tǒng)由單片機C語言編寫而成 采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要實現(xiàn)的功能是 把單片機控制技術(shù) 鍵盤掃描與顯示有機的結(jié)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(shè)計 實現(xiàn)的功能包括通過單片機控制電路實現(xiàn)定時功能并在顯示電路中顯示定時時間 程序流程圖 單片機硬軟件調(diào)試 1 硬件調(diào)試在完成設(shè)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(shè)計上的漏洞和工藝上的故障 1 脫機檢查 檢測地址總線 數(shù)據(jù)總線和控制總線上會不會存在短路現(xiàn)象 使用萬能表檢測電源盒引腳連接的正確性 2 調(diào)試 除去EPROM和CPU 測試各個接口電路能否滿足需求 需要調(diào)試很多次 2 軟件調(diào)試軟件測試有利用交叉匯編 匯編語言調(diào)試 手工匯編 這里著重介紹手工匯編 它是很簡便的一種調(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 注意調(diào)用指令 轉(zhuǎn)移指令 查表指令 結(jié)論 本設(shè)計為一智能插座控制系統(tǒng) 由STC89C52單片機 復(fù)位電路 鍵盤控制以及晶振電路組成 控制LCD顯示器和若干個按鍵實現(xiàn)定時控制功能及顯示功能 但因為現(xiàn)實條件的限制 設(shè)計還不完善 有很多設(shè)計的空間 比如在設(shè)計的過程中我們發(fā)現(xiàn)其實在日常的生活中語音功能是不常用的 因此我們設(shè)計的語音功能如果經(jīng)過改變 將此功能設(shè)計為定時時間到的語音提示將會更具有實際應(yīng)用性 但是這已是設(shè)計的末端 時間的限制 希望以后的工作中能進一步完善 致謝 首先 要感謝學(xué)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(dǎo)老師占志彪老師 本次設(shè)計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)計遇到困難時 及時給與了指導(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)合工作體會和經(jīng)歷 提出了很多有價值的觀點 為完成本次設(shè)計和論文給予了極大的幫助 通過這次設(shè)計 使我受益非淺 畢業(yè)設(shè)計是本科四年學(xué)習(xí)的大綜合 是一場綜合的考試 是一次社會實踐 通過這次設(shè)計 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) 同時這次設(shè)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(lǐng)導(dǎo) 老師和同學(xué)們 此致