智能定时电源开关设计office文档格式.docx

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2.2.3继电器控制电路.............................................6

2.2.4晶振电路...................................................8

2.3本章小结.......................................................9

第3章STC89C52RCRC单片机的介绍....................................10

3.1STC89C52RCRC单片机的组成原理...............................10

3.2单片机定时/计数器的原理与应用方法.............................13

3.2.1定时／计数器的基本结构......................................13

3.2.2定时／计数器的工作原理.....................................14

3.2.3定时／计数器的方式寄存器与控制寄存器.......................15

3.2.4定时/计数器的MODE0........................................16

3.2.5定时/计数器的MODE1........................................17

3.2.6定时/计数器的MODE2........................................18

3.2.7定时/计数器的MODE3........................................19

3.3单片机中断系统的介绍...........................................21

3.4本章小结.......................................................26

第4章软件设计........................................................27

4.1软件开发环境...................................................27

4.2智能定时电源开关主程序图.......................................27

4.3智能定时电源开关实现程序.......................................29

4.4本章小结.......................................................31

第5章系统调试与仿真设计.............................................32

5.1KEIL工程的建立...............................................32

5.2源文件的输入..................................................34

5.3硬件电路的仿真................................................34

5.4本章小结......................................................36

结论..................................................................37

参考文献..............................................................38

致谢..................................................................40

附录一：

智能定时电源开关的程序设计....................................41

附录二：

智能定时电源开关硬件接线图....................................43

第1章绪论

1.1智能定时电源开关研究的目的和意义

随着社会电子科学技术正在飞速地发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益紧密，人们极大地享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路——电源电路，大到超级计算机，小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作，因此电源也就理所当然地成了各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠的工作。

但人们常用的电源并不具备定时开启和关闭的功能，或许就由于这个原因给人们带来了很多没必要的损失和不便，譬如：

家里空调如果可以自己设置开启和关闭的时间，就可以大大减少用电量；

初高中上完晚自习后，空空的教室里还是灯火通明。

家中的热水器不能自由设置开启关断时间而给人们带来一时不便；

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；

许多球迷或新闻爱好者因错过了开机时间而与精彩球赛或新闻擦肩而过；

夏天里风扇的定时时间过短（一般为一小时），不便于晚上分段定时使用等等。

智能电源定时开关就是要实现人为的设置电源接通关断的时间，可以任意的设置24小时之内的任意一段或多段时间作为电源的开启或管段时间，这样就可以实现用电设备的通电开启与关闭的人为控制，节省大量电能，而且可以自动循环定时，只要开始工作，不需要每天设置时间，在节约用电的同时也给人们的生活带来很大的方便。

所以，研究智能电源定时开关，有着非常现实的意义。

当今社会，智能电源定时开关可以广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、通讯设备、电力设备、仪器仪表等领域。

它不仅体积小重量轻，并且电源效率非常高，效率甚至能达到90%以上。

迅速发展的社会，对能源的要求越来越高，智能电源定时开关的高效率不仅节省了大量电能，而且节省了大量材料，高效率的定时开关电源成为各种设备可靠工作的重要保证。

调查发现，大多数的设备损坏都是电源造成的，因而研究高可靠行的智能电源定时开关，对生产生活是至关重要的。

1.2智能定时电源开关目前国内外研究现状

随着科学技术的进步，我国的电力电子技术和电子器件都有了很大的发展。

智能定时电源开关技术的发展，可以从根本上解决由于电器的长时间待机能耗产生大量的用电的问题，也可以给人们的生活带来很大的方便。

智能定时电源开关在国内的发展还不够成熟，生活中我们还是会面临很多的不便，比如：

家中的热水器不能自由设置开通关断时间而导致待机能耗的增加以及给人自身带来的不便；

饮水机不能设置加热时间而造成长时间的滚水进而饮水不健康；

教师的灯在没有人上自习的时候还是亮着而造成电能的浪费等等。

国外的智能电源定时开关技术也只是在某些特定地点特定场合应用的比较成熟，他们可以帮助人们实现定时智能控制家电功能，轻松实现家庭智能，质量可靠，性能稳定，无需再担心用电过多，以及由于长时间待机可能引起的财产安全，生命安全。

人们可以放心的工作，安心的生活，开心的游玩。

智能定式电源开关以服务人们生活为本，影响生活，改变生活，创造新的生活方式。

只有更加贴近实用、易用和人性化的智能家居理念，才能真正体现智能家居的价值，这也是现代科技价值的核心理念。

通过智能家居我们能更方便的生活。

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。

夏天时，回家之前打开空调，回到家中体验凉爽。

睡觉时，按下睡眠模式，监控设备打开，灯光控制系统关闭光源，窗帘自动拉上，再体验轻松睡眠的同时也保证了家中的安全。

周末了，在家中也可以体验一把电影院的乐趣，按下影院模式，窗帘拉上，家庭影院打开，投影仪开启，投影幕落下。

科技改变生活，随着科技的发展，智能家居智能生活已不是个梦想。

为此，我们应该充分利用现有的技术、人才和资源优势，加强国际合作和技术交流，争取国内外各方面的有利因素，发展智能定时电源开关技术，提高家庭的生活质量，减少不必要的用电浪费，增强人类的节能意识，为我们子孙后代保留一点资源。

智能定时开关电源就是为了实现节能与给人方便而诞生的技术，所以它的发展一定会给我们的生活带来不可抹灭的作用。

1.3本论文研究的主要内容

本设计研究的主要内容是智能定时电源开关，本设计首先进行了硬件电路的设计，设计的主要内容是利用STC89C52RC单片机通过锁存器74HC573由数码管显示时间，另一路通过8550三极管驱动继电器吸合电路，定时时间到后，继电器能够吸合动作从而驱动电源开关，切断或通电电源。

并且可以实现无限制循环倒计时。

本设计以60秒为倒计时时间，倒计时到十秒时电源接通，零秒时关闭，继续下一轮倒计时。

然后设计了软件部分，并对程序进行仿真，最后进行了制作和调试，而且作出了实物，效果符合预期效果，这就是本次设计的主要内容。

第2章系统控制方案及硬件电路设计

2.1采用STC89C52RC为核心的单片机控制方案

本设计采用的是STC89C52RC单片机芯片，通过+5V电源送给单片机供电，利用单片机的外围电路进行扩展，单片机芯片的引脚端口一端接锁存器74HC573到数码管上并起到显示时间的作用，单片机的另一个端口接8550三极管与继电器相接，倒计时一定的时间继电器吸合去驱动开关电源，及时通断达到节能的目的，为了可以快速演示本次设计的效果，本设计采用60秒倒计时为准。

同时通过PROTEUS画出硬件电路图，并进行了电路仿真，最会一步就是根据设计做出相应的实物。

这就是开关插座基本的控制方案。

采用STC89C52RCRC为核心的单片机控制方案系统结构图如图2.1所示：

图2.1系统结构图

2.2智能定时电源开关硬件电路

2.2.1智能定时电源开关总体硬件电路

智能定时电源开关设计的硬件电路图如图2.2所示。

具体说明为：

核心芯片为一个STC89C52RC单片机；

数码管为60秒循环倒计时显示；

继电器所控制的电路为一含电源的灯泡显示电路；

使用PNP型三极管驱动继电器；

数码管为两位一体共阴极数码管；

数码管由两个一样的锁存器74HC573驱动。

图2.2智能定时电源开关硬件电路

2.2.2数码管显示电路

本设计采用两位一体共阴极数码管显示，电路图如图2.3所示。

两个573锁存器的IO口接P0.0——P0.7对应锁存器D0——D7；

数码管的段ABCDEFGH对应74HC573-1芯片；

数码管的两个位选端对应74HC573-2芯片；

P2.6接74HC573-1控制段选信号；

P2.7接74HC573-2控制位选信号。

关于用锁存器74HC573来驱动数码管的说明：

在LED和数码管显示方面，要维持一个数据的显示，往往要持续的快速的刷新。

尤其是在四段八位数码管等这些要选通的显示设备上。

在人类能够接受的刷新频率之内，大概每三十毫秒就要刷新一次。

这就大大占用了处理器的处理时间，消耗了处理器的处理能力，还浪费了处理器的功耗。

锁存器的使用可以大大的缓解处理器在这方面的压力。

当处理器把数据传输到锁存器并将其锁存后，锁存器的输出引脚便会一直保持数据状态直到下一次锁存新的数据为止。

这样在数码管的显示内容不变之前，处理器的处理时间和IO引脚便可以释放。

可以看出，处理器处理的时间仅限于显示内容发生变化的时候，这在整个显示时间上只是非常少的一个部分。

而处理器在处理完后可以有更多的时间来执行其他的任务。

这就是锁存器在LED和数码管显示方面的作用:

节省了宝贵的MCU（微控制单元）时间。

图2.3数码管显示电路

2.2.3继电器控制电路

本设计采用PNP数码管驱动继电器控制外接含电源电路，这是典型的继电器驱动电路。

单片机是一个弱电器件，一般情况下它们大多工作在5V甚至更低。

驱动电流在mA级以下。

而要把它用于一些大功率场合，比如继电器驱动，显然是不行的。

所以就要有一个环节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”。

继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。

图中三极管8550有两个作用：

一个是起放大作用，一个是起开关作用（严格来讲开关作用是放大作用的极限情况）。

基极处连接的是单片机的P3.2口。

P3.2口给出高电平时，三极管处于导通状态，并起放大作用，这样，继电器就能得到足够的驱动电流来正常工作。

当P3.2口给出低电平时，三极管不工作，继电器因没电流通过而不工作。

灯泡用于指示继电器是处于导通状态（灯亮）还是处于断开状态（灯灭）。

电路图如图2.4所示：

图2.4继电器控制电源电路

具体说明：

继电器通过PNP三极管驱动；

三极管的基极接STC89C52RC单片机的P3.2口来控制；

继电器控制的电路须有电源，接一个灯泡来显示控制结果。

继电器采用松乐SRD-05VDC-SL-A，具体参数如下：

触点形式：

1C（SPDT）

触点负载：

3A220VAC/30VDC

阻抗：

≤100mΩ

额定电流：

3A

电气寿命：

≥10万次

机械寿命：

≥1000万次

阻值（士10%）：

120Ω

线圈功耗：

0.2W

额定电压：

DC5V

吸合电压：

DC3.75V

释放电压：

DC0.5V

工作温度：

-25℃～+70℃

绝缘电阻：

≥100MΩ

线圈与触点间耐压：

4000VAC/1分钟

触点与触点间耐压：

750VAC/1分钟

从上面的继电器线圈参数得知，继电器工作吸合电流为0.2W/5V=40mA或5V/120Ω≈40mA。

三极管的选择：

功率PCM：

大于5V*继电器电流（5*40mA=0.2W）的两倍；

最大集电极电流（ICM）：

大于继电器吸合电流的两倍以上；

耐压BV（CEO）：

大于继电器工作电压5V,可选10V以上；

直流放大倍数：

取300。

故本次设计所选8550PNP型三极管，放大倍数约为350.它是一种低电压、大电流、小信号的PNP型三极管，具体参数如下：

集电极-基极电压：

-40V

耗散功率0.625W（贴片：

0.3W）

集电极电流0.5A

集电极--基极电压40V

集电极--发射极击穿电压25V

特征频率fT最小150MHZ

2.2.4晶振电路

本设计的晶振电路如图2.5所示。

在单片机系统里，晶振作用非常大，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快。

单片机一切指令的执行都是建立在晶振所提供的晶振频率之上。

单片机晶振是为系统提供基本的时钟信号，相当于一个系统的心脏，通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。

2.5单片机晶振电路

2.3本章小结

本章介绍了智能定时电源开关的定时控制的设计过程，主要讲述硬件电路设计。

首先，介绍了系统总体方案的设计方案图，智能定时电源开关的定时控制系统的设计主要会用到单片机STC89C52RC、数码管显示倒计时模块、继电器控制电源模块和晶振等硬件模块，然后硬件电路设计部分对每一模块的功能和使用进行了详细的介绍，弄清楚各部分的工作方式及联系，设计出系统的总体电路图。

第3章STC89C52RC单片机的介绍

3.1STC89C52RC单片机的组成原理

STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

（1）主要特性如下[2]：

●增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.

●工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）

●工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz

●用户应用程序空间为8K字节

●片上集成512字节RAM

●通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

●ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片

●具有EEPROM功能

●具有看门狗功能

●共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2

●外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

●通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

●工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

●PDIP封装

（2）STC89C52RC单片机的工作模式[3]

●掉电模式：

典型功耗<

0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序

●空闲模式：

典型功耗2mA

●正常工作模式：

典型功耗4Ma～7mA

●掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备

（3）STC89C52RC的引脚介绍[4]

STC89C5RC2的引脚图如图3.1所示：

图3.1STC89C52RC引脚图

lSTC89C52RC引脚功能说明

VCC（40引脚）：

电源电压

VSS（20引脚）：

接地

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。

此时，P0口内部上拉电阻有效。

在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；

而在校验程序时，则输出指令字节。

验证时，要求外接上拉电阻。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个