基于单片机的定时开关插座设计.docx

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基于单片机的定时开关插座设计

毕业设计（论文）

题目:

基于单片机的定时开关插座设计

学院:

电子与信息工程

专业:

电子信息工程

班级:

电子1103

姓名:

彬

指导老师:

褚御芝

起讫日期:

2015-3～2015-6

2015年06月

摘要

随着生活节奏的加快，生活水平的提高，节能、智能的观念深入人心，出于节能的目的设计出一款定时开关插座。

本次毕业设计设计出一款定时开关插座，插座可通过按键或遥控器进行定时开关。

本次设计由220vAC转5vDC电源模块，DS1302计时模块，STC89C52单片机模块，LCD1602显示模块，继电器模块，蜂鸣器模块，按键模块和红外遥控模块组成。

本次设计使用STC89C52单片机作为驱动芯片，使用DS1302计时模块提供精确的计时，通过LCD1602显示模块显示年月日时分秒和操作界面，使用继电器控制插座电流的通断，本设计还可以通过遥控器进行定时设置。

本文从硬件设计，软件流程的设计和电路的仿真与调试等方面介绍了定时开关插座的设计过程，实现了定时插座的功能。

最后介绍了设计过程中出现的问题和总结。

关键词：

STC89C52单片机；定时开关；红外遥控

Abstract

Theperceptionofenergyconservationandintelligentgoesdeepintofamilies,withthelifeincreasingandimprovingquickly,Andwedesigntimersocketforenergyconservation.Thedesignisthetimersocket,AndthemainfunctionoftimersocketisthatwetimebykeyorIRRemote.ThedesignconsistsofSTC89C52,DS1302,LCD1602,220VACto5VDCpowersupply,buzzer,key，relay.Thedesign’sdrivermicrochipisSTC89C52,ThedesignusestheDS1302tosupplymoreaccuratetime,AndthedesignusesLCD1602todisplaytheyear,themonth,theday,thehour,theminute,thesecond,andtheoperationinterface.Thedesignalsousestherelaytocontroltheonandoff,Andthetimersocketcantimebytheremotecontrol.Inthispaper,thedesignofthesystemwasintroducedthroughthreeaspectsincludingthehardwaremodules,softwareflowpatternandcircuitdesignanddebugging.Attheendofthispaper,theproblemshappenedduringtheprocessofdesigningthesystemwassummarized.

Keyword:

STC89C52；thetimersocket；IRRemote

第一章绪论

1.1背景

现如今，家用电器的普及给生活带来了巨大的变化，同时，能源的浪费越来越严重。

例如：

手机充电长时间充电，给电池带来损耗，减短电池寿命。

无线路由器不仅有辐射，而且耗电量高。

电视机待机耗电，还会带来线路老化，引发火灾等安全事故。

因而设计出定时开关插座，使生活更加方便。

随着生活水平的提高,家用电器越来越多，随之而来的能耗越来越大，本文介绍的定时开关插座可以实现定时开关的功能，对用电器的开关进行控制，节约不必要的能耗，且可以使用遥控器定时，更加智能化。

定时开关插座可以显示日历和精确的时间，可以充当万年历，同时可以设置24小时任意时间的定时开关。

当实现24小时的定时时，可以实现两组定时，每组中有一个起始时间，一个结束时间。

定时插座还可以调节插座最初的状态，即初始状态是导通状态或断开状态。

家用电器插入定时开关插座后，即可通过定时插座的时间设置实现定时通断电，节约能耗。

本文介绍了定时开关插座的硬件软件设计流程，通过仿真及调试，最终完成了本次设计。

1.2设计目标

本次设计包括自主选题、查找资料、设计方案、调试系统和撰写报告等过程，需要完成以下目标：

1、了解单片机、LCD602显示屏、DS1302计时芯片等模块的功能和原理，了解各个模块的连接与使用，并能够设计程序实现各模块的相应的功能。

2、了解定时插座系统的产生背景和意义，分析定时插座系统的功能和原理。

3、学习模块化的设计方法，根据系统的功能和原理，分模块的实现系统的硬件电路设计和程序设计。

4、按照设计好的电路进行仿真并搭建实物电路，调试电路，观察结果，实现系统功能。

5、通过本次设计提高自己的动手实践能力，巩固并加深对学习过的知识的理解，积累项目设计的经验。

1.3论文结构

本论文包括摘要、目录、对正文、参考文献、致、附录等容，正文主要包含绪论、硬件电路设计、程序设计、系统测试与结果、总结等五章容。

第一章为绪论，介绍了定时插座的产生背景和课程设计的目标，并对论文的结构进行了概述。

第二章为硬件电路设计，首先分析了系统的功能，然后由系统功能得系统框图并对系统原理进行了简介，本章的重点是对系统框图中的各个模块的电路设计的介绍，在最后对本章进行了总结。

第三章为软件流程，先是介绍了程序设计的总体思路和根据系统功能和硬件电路设计的流程图，并对本章进行了小结。

第四章为系统测试与结果，先是介绍了系统的电路仿真及其结果，然后介绍了实物调试结果，最后总结了仿真和调试中遇到的问题。

第五章为总结，对毕业设计过程中遇到的问题，积累的经验和心得体会进行了总结。

第二章硬件电路设计

2.1系统功能

定时开关插座设计目的是实现对电器的控制，减少家用电器的耗电，从而方便了人们的生活。

定时开关插座应具备以下功能：

1）显示功能：

能够显示年月日，星期，时分秒。

提供准确的时间。

同时，也可以显示定时时间。

2）定时功能：

定时插座可以实现二种定时模式。

一种可以在24小时，实现任意时间的设定，定时时间精确到分钟，此模式可以设置两组时间。

另一种实现一小时，以十分钟为单位的定时设置。

3）提示功能：

当到达设定时间，蜂鸣器响一声提示。

4）遥控功能：

可以用遥控器设定时间。

5）独立电源供电功能：

将220V交流电转化为5V直流电，为继电器供电。

6）按键功能：

可以通过按键设定时间。

2.2系统原理

对系统的功能进行分析后，设计出系统框图，如图2-1所示。

图2-1系统框图

在本次设计中首先将定时插座分为八部分，220vAC转5vDC电源模块，DS1302计时模块，STC89C52单片机模块，LCD1602显示模块，继电器模块，蜂鸣器模块，按键模块，红外遥控模块。

220vAC转5vDC电源模块为继电器供电，无需干电池及其他外部电源，防止共用电源引起干扰，导致单片机紊乱。

DS1302计时模块，DS1302是专门的时钟芯片，不用单片机计时，计时会更加准确，同时可以显示年月日时分秒，使用较少的I/O口，使用方便，同时断电后，有外部电源继续为DS1302供电。

STC89C52单片机模块，STC89C52单片机完成时间的设定，到达设定时间分别，分别给继电器、蜂鸣器一脉冲信号，使得蜂鸣器响一声提示，继电器实现吸合或断开。

LCD1602显示模块，LCD602显示日历和精确的时间，并且可以显示设定时间。

继电器模块实现定时插座的通断。

蜂鸣器模块，当到达设定时间响一声提示。

按键模块，可以调节年月日时间，还可以设定定时时间，s1是确认键，s2、s3可加减时间，s4可以切换模式，s5移动光标。

红外遥控模块，对单片机进行遥控控制。

2.3.1STC89C52单片机模块

图2-2STC89C52单片机模块

如图2-2所示，STC89C52单片机模块，P0口为双向三态口，只有该口可对外部存贮器进行读写操作，与LCD1602显示屏连接，上拉电阻可将P0口输出信号电流拉高，再传输给LCD1602。

P1口是专门为用户使用的I/O口，其中P1.0、P1.2、P1.4、P1.7、P3.4与按钮连接P3.7与蜂鸣器连接，P1.1与继电器连接。

P2.0、P2.1、P2.2口与DS1302连接。

P3.2口与1838T红外接收器相连。

Vcc接5v直流稳压电源，vss接地，EA口接高电平。

Rst接复位电路,上电后实现复位,防止单片机计数溢出。

单片机工作前都需要复位，复位电路的作用就是为单片机提供一定时间的复位脉冲，使单片机的各个部件都处于初始状态，并从初始状态开始工作。

XTAL1，XTAL2为震荡部分，接12MHz晶振，以便单片机部计时。

2.3.2220VAC转5VDC电源模块

图2-5220VAC转5VDC电源框图

220VAC转5VDC电源模块的设计，先将220VAC通过变压器,降压到9V，然后对交流电流，进行整流滤波，使用桥式整流将交流电变为直流电。

此时，电压还需要进行稳压的过程，最终，得到稳定的直流电源。

图2-6220VAC转5VDC电路

如图2-6，首先将220V、50Hz电源经过T2变压器进行降压，得到9V交流电后，经过D1、D2、D3、D4组成的桥式整流电路，把交流电变为直流电，然后通过C1进行滤波。

然后通过稳压，将电压变得稳定，且使电路能够承受负载，防止负载的改变导致电压发生改变。

Q1与Q2组成复合管，为NPN型，发大率得到提高，还可以降低输入电阻。

LED2有两种功能，一是可以做为信号灯，二是有稳压的作用。

LED1与R3形成的电路有两种功能，一是防止过载，而是防止短路。

R5与R4有分压的功能，流过R4的电压，再经过Q3反馈到复合管中。

最后电容C3稳压，使电路更加稳定。

2.3.3DS1302时钟模块

如下图2-11所示，DS1302具有计时的功能，可以提供精确的时间还可以对年月日进行计时。

图2-11DS1302时钟模块

1）1号管脚为VCC2，接5v外部电源，以便为DS1302供电。

2）2号、3号管脚为X1、X2，这部分为芯片的震荡电路，在芯片外围接入一个32.768k的晶振，为芯片部提供稳定的震荡，用以稳定计时。

3）4号管脚为GND，是时钟芯片的地。

4）5号、6号、7号管脚分别为SCLK、I/O、RST，SCLK与STC89C52单片机的p20关联，为串行时钟。

I/O与单片机的p21口关联，进行数据交换。

RST与单片机的p22口关联，用来时钟芯片的复位。

再接入3个10k的上拉电阻，为管脚提供足够的电流。

5）8号管脚为VCC1，是备用电源，备用电源的额定电压为3.3V，VCC1必须小于VCC2的电压，当VCC2断电后，由VCC1提供电压，继续计时，防止芯片停止工作。

2.3.4LCD1602显示模块

图2-12LCD1602显示模块

如图2-12所示，液晶屏的1号管脚为电源地，2号管脚需提供5V电源，7号管脚到14号管脚与单片机P0.0到P0.7关联用于交换数据，同时外接上拉电阻，提供引脚足够的电流。

4号管脚与单片机的P2.7关联，