基于单片机的智能插座设计毕业论文Word格式.doc

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3.4电流检测模块设计 12

3.5晶闸管控制模块设计 13

3.6电源模块设计 14

4软件设计 16

4.1主程序设计 16

4.2显示子程序设计 17

4.3时钟子程序设计 18

4.4按键子程序设计 19

4.5电流检测子程序设计 20

5ProtelDXP电路板制作 22

6系统调试 22

6.1硬件电路部分调试 23

6.2软件部分调试 23

6.3调试结果 24

结论 25

结束语 26

致谢 28

参考文献 29

附录1实物照片 30

附录2原理图 31

附录3PCB图 32

附录4源程序 33

附录5元器件清单 38

.参考资料.

前言

随着人们生活水平的提高，生活节奏的加快，传统的插座往往由于其功能过于单一而不能满足人们的需求。

比如：

电动车充电通常是8小时左右，太长容易损耗电池，太短则充不满，如果晚上充电，不方便从家里出来到车库去给车充电。

白天充电又忘记拔电源；

学校的起床广播因值班人员睡过头而推迟广播；

家中的鱼缸因太久没有供氧造成鱼儿缺氧死亡；

许多球迷或者新闻爱好者因为错过了开机时间而与精彩球赛或者新闻擦肩而过；

夏天里风扇的定时时间过短（一般为1个小时），不便于晚上分段定时使用等等。

电子产品的增加，产品所带来的待机能量损失也越来越不可忽视，家庭和社会为此都付出了很大的代价。

中国的节能认证中心对此进行了一个普查活动，测得的家庭用电器的待机能耗在家庭电力能耗的百分之十左右。

仅仅举一个电视机的例子，大约电视的平局待机的能耗至少为8瓦。

如果每天的待机时间为2个小时，那么电视机一天的电能损失约为0.016度。

除此之外，家电的长期通电会使电器电路老化，降低其使用寿命，甚至容易漏电引发火灾。

据公安和消防部门有关资料显示，全国平均每天发生火灾358起，其中电器火灾占30%以上，其主要原因是插座的超负荷、短路、电弧等。

大多数情况下并不是我们不去关闭电源，而是忘记了切断电源。

综合以上原因考虑，我们急需要一款智能插座。

此插座能够实现定时给电器供电，在工作时间之外把电器的电源切断，这样就能解决电器的待机损耗问题，达到节约用电的目的，还能消除安全隐患，最终使我们的生活更加方便化、智能化。

智能插座是一款能在特定时间段控制电器通、断电的开关插座。

能实现24小时制时钟走时模式，定时时间围最小为1分钟。

本文阐述了定时开关插座的硬件电路设计、软件设计，给出了智能插座的设计和定型方案，它可以对家中一些需要在特定时间对电器进行自动断、通电控制，而不需要拔掉插头，减少电器的待机损耗，解决生活中的一些烦恼。

目前，在市面上，时间控制器技术相对先进，种类齐全，时间控制器被广泛应用于各类电器中，通过对时间的控制使人们的生活更加简单化、智能化。

在智能插座的领域却还处于刚刚发展的阶段，智能插座也仅仅限制于旋钮定时器，或者计数器芯片设计的体积较大的时控插座。

这种插座定时时间单一、功能单一、定时准确性低，很难真正满足我们日常生活的需求。

现在急需将一种功能强大的时控插座来满足市场需求，改善我们的生活。

随着现代电子科学技术的发展，单片机以其优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗等优点，越来越被广泛应用。

这种新兴产业的发展，势必在日常生活中产生深远的影响。

而基于单片机的智能插座的设计可谓应运而生。

以单片机为核心的时控插座具有一下特点：

（1）、定时功能。

（2）采用LED显示技术，准确的显示现实时间、定时时间。

（3）、具有倒计时提示功能，可以用于提醒定时时间结束。

随着科技的发展，传统的时控插座已经不足以满足人们的需求。

对家中家用电器的集中管理；

灯的开关、光强控制，窗帘的控制；

回到家中可以设计休闲模式、睡眠模式等；

还有家中的安全问题：

门窗监控、视频监控、煤气和温度监控等等。

将这些统一放在一起管理，就方便了我们的生活。

而智能家居的诞生填补了这方面的空白。

智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。

插座作为家用电器的一种。

它的智能化也将为生活提供巨大的方便。

现在的插座已经不能够满足人们的日常使用需求。

对家中家用电器的集中管理。

电池充电时间控制、电饭煲的定时开启、鱼缸的间断通电等；

回到家中当一切需要控制的电器都按照你设定好的程序运行的时候，你会真正的感受到科技给生活带来的方便。

智能插座的使用能使我们的生活更加方便。

冬天时，在回家之前打开家中的电暖器或者空调、电饭煲，等回到家中，能感到久违的温暖和吃到热乎乎的饭菜。

夏天时，回家之前打开空调，回到家中体验凉爽。

鱼缸的间断供氧，给鱼提供良好的生活环境。

科技改变生活，随着科技的发展，智能生活已不是个梦想。

本课题主要是完成一种低成本、功能强大、性能稳定的单片机智能插座系统的设计，其中包括硬件电路设计和软件设计。

本课题详细分析了系统的硬件设计和软件设计，给出电路原理图、程序以及其设计流程图。

该设计主要采用单片机为控制核心，利用DS1302作为计时芯片，通过控制I/O口实现一款具有时间控制功能的单片机智能插座。

该插座主要解决生活电器中需要时间控制的难题。

例如：

倒计时功能、时间段控制、间断控制等。

1整体方案设计及选择

基于本设计的实用性要求，联系所学知识，利用单片机的可编程性为一体，实现了插座的智能控制。

所以在整体方案设计中利用单片机为整个设计的控制核心。

显示模块的增加更便于人们的观察。

在弱电控制强电方面也的有相应的控制元件。

电流的测量同样离不开电流检测模块。

因此在整体方案中有单片机、控制模块、显示模块、按键、电流转换模块等。

本次设计中考虑了三种设计方案，三种设计方案中主要区别在于硬件电路和软件设计的不同，对于本设计三种方案均能够实现，最后根据设计要求、可行性和设计成本的考虑选择了基于STC15F408AD单片机，时钟芯片DS1302，可控硅BT136，数码管和电流互感器构成的集控制、计时、开关、检测、显示与一体的智能插座。

现在一一介绍论证如下：

方案一、利用STC89C52单片机作为控制核心，用ADC0809作为电流测量的转换器，利用继电器作为控制电源开断的控制器，利用电流互感器感应实际电流并转化为可测量的小电流，显示部分利用液晶1602，用单片机定时器计时。

方案二、利用STC带有AD的单片机作为控制核心，利用继电器作为控制电源开断的控制器，利用电流互感器感应实际电流并转化为可测量的小电流，显示部分利用液晶1602，用单片机定时器计时。

方案三、利用STC15F408AD的单片机作为控制核心，时钟芯片DS1302进行计时，利用可控硅BT136作为开关，数码管进行显示，利用电流互感器进行实际电流的测量，用LED数码管进行显示。

方案论证：

方案一中利用ADC0809接线电路复杂，利用单片机的定时器计时不准并且在断电自动复位。

故方案一不符合设计要求。

在方案二中虽然在接线方面简单但是在显示和计时上仍有不足。

利用1602只能显示字母数字并且体积较大，制作成品后造成体积庞大，LCD是玻璃材质，而插座是一个需要拖动特别方便的常用电器，玻璃材质易碎的缺点不符合插座设计要求。

方案三集成了方案一和方案二的优点摒弃了缺点因此毕业设采取方案三。

2元件介绍

2.1STC15F408AD单片机

STC15F408AD系列单片机是STC生产的单机器周期的单片机，是高速、高可靠、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，采用STC第八代加密技术，超级加密，指令代码完全兼容传统8051，但速度要比8051快8-12倍。

部集成高精度R/C时钟（±

0.3%），在-40℃~+85℃温度围温飘为±

1%，常温下温飘±

0.6%，5MHz~35MHz宽围可设置，可彻底省掉外部晶振电路和外部复位电路。

3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D转换（30万次/秒），1组高速异步串行通信口，1组高速同步串行通信端口SPI，针对串行口通信、电机控制、强干扰场合。

图2.1STC15F408AD单片机引脚图

STC15F408AD系列单片机中包含中央处理器程序存储器、数据存储器、定时器/计数器、掉电唤醒专用定时器、I/O口、高速A/D转换（30万次/秒）、看门狗、高速异步串行通信端口UART、CCP/PWM/PCA、高速同步串行端口SPI，片高精度R/C时钟及高可靠复位等模块。

STC15F408AD系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需要的所有单元模块。

STC15系列单片机的A/D转换口在P1口（P1.7-P1.0），有8路10位高速A/D转换器，速度可达到300KHz（30万次/秒）。

8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。

上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的P1口可继续作为I/O口使用。

需作为A/D使用的口需先将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置为‘1’，将相应的口设置为模拟功能。

表2.1P1ASF寄存器

SFRNAME

ADDRESS

P1ASF

9DH

P1ASF[7-0]

P1.X的功能

P1ASF0=1

P1.0作为模拟功能AD使用

P1ASF1=1

P1.1作为模拟功能AD使用

P1ASF2=1

P1.2作为模拟功能AD使用

P1ASF3=1

P1.3作为模拟功能AD使用

P1ASF4=1

P1.4作为模拟功能AD使用

P1ASF5=1

P1.5作为模拟功能AD使用

P1ASF6=1

P1.6作为模拟功能AD使用

P1ASF7=1

P1.7作为模拟功能AD使用

2.2DS1302时钟芯片

DS1302是美国DALLA公司推出的一种高性能、低功耗实时时钟芯片，附加31字节RAM，采用的是SPI三线接口和CPU进行同步的通信，而且还可采用突发方式一次性传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

实时时钟可以提供秒、分、时、日、星期、年和月，匀月可以自动调整，且具有闰年补偿的功能。

工作电压宽可达2.5～5.5V。

该芯片可采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源的充电方式，提供对后背电源进行涓细电流充电的功能。

DS1302可用于数据记录，特别是在对某些具有特殊意义的数据的记录上，能实现数据和出现该数据的时间同时记录[1]。

DS1302有关日历、时间的寄存器总共有12个，其中7个寄存器（读81h～8Dh，写80h～8Ch），存放的数据格式是BCD码形式。

小时寄存器地址是（85h、84h）的前位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。

当为高的时候，选择12小时模式。

当为1的时候，表示PM。

在24小时模式的时候，位5是第二个10小时位。

图2.2DS1302的引脚图

表2.2DS1302引脚功能

引脚号

引脚名称

功能

1

VCC2