基于單片機的智能插座設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 基于單片機的智能插座設計畢業論文目 錄中文摘要 I英文摘要 II前 言 III1 整體方案設計及選擇 12 元件介紹 2 STC15F408AD單片機 2 DS1302時鐘芯片 3 BT136晶閘管 6 光耦MOC3022 7 電流互感器 83 硬件電路設計 9 顯示模塊設計 9 時鐘模塊設計 10 按鍵模塊設計 11 電流檢測模塊設計 12 晶閘管控制模塊設計 13 電源模塊設計 144 軟件設計 16 主程序設計 16 顯示子程序設計 17 時鐘子程序設計 18 按鍵子程序設計 19 電流檢測子程序設計 205 Protel DXP電路板制作 226 系統調試 22 硬件電路部分調試 23 軟件部分調試 23 調試結果 24結 論 25結束語 26致 謝 28參考文獻 29附錄1 實物照片 30附錄2 原理圖 31附錄3 PCB圖 32附錄4 源程序 33附錄5 元器件清單 38基于單片機的智能插座設計前 言隨著人們生活水平的提高，生活節奏的加快，傳統的插座往往由于其功能過于單一而不能滿足人們的需求。比如：電動車充電通常是8小時左右，太長容易損耗電池，太短則充不滿，如果晚上充電，不方便從家里出來到車庫去給車充電。白天充電又忘記拔電源；學校的起床廣播因值班人員睡過頭而推遲廣播；家中的魚缸因太久沒有供氧造成魚兒缺氧死亡；許多球迷或者新聞愛好者因為錯過了開機時間而與精彩球賽或者新聞擦肩而過；夏天里風扇的定時時間過短（一般為1個小時），不便于晚上分段定時使用等等。電子產品的增加，產品所帶來的待機能量損失也越來越不可忽視，家庭和社會為此都付出了很大的代價。中國的節能認證中心對此進行了一個普查活動，測得的家庭用電器的待機能耗在家庭電力能耗的百分之十左右。僅僅舉一個電視機的例子，大約電視的平局待機的能耗至少為8瓦。如果每天的待機時間為2個小時。除此之外，家電的長期通電會使電器電路老化，降低其使用壽命，甚至容易漏電引發火災。據公安和消防部門有關資料顯示，全國平均每天發生火災358起，其中電器火災占30%以上，其主要原因是插座的超負荷、短路、電弧等。大多數情況下并不是我們不去關閉電源，而是忘記了切斷電源。綜合以上原因考慮，我們急需要一款智能插座。此插座能夠實現定時給電器供電，在工作時間之外把電器的電源切斷，這樣就能解決電器的待機損耗問題，達到節約用電的目的，還能消除安全隱患，最終使我們的生活更加方便化、智能化。智能插座是一款能在特定時間段內控制電器通、斷電的開關插座。能實現24小時制時鐘走時模式，定時時間范圍最小為1分鐘。本文闡述了定時開關插座的硬件電路設計、軟件設計，給出了智能插座的設計和定型方案，它可以對家中一些需要在特定時間對電器進行自動斷、通電控制，而不需要拔掉插頭，減少電器的待機損耗，解決生活中的一些煩惱。目前，在市面上，時間控制器技術相對先進，種類齊全，時間控制器被廣泛應用于各類電器中，通過對時間的控制使人們的生活更加簡單化、智能化。在智能插座的領域卻還處于剛剛發展的階段，智能插座也僅僅限制于旋鈕定時器，或者計數器芯片設計的體積較大的時控插座。這種插座定時時間單一、功能單一、定時準確性低，很難真正滿足我們日常生活的需求?，F在急需將一種功能強大的時控插座來滿足市場需求，改善我們的生活。隨著現代電子科學技術的發展，單片機以其優異的性價比、集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強、低電壓、低功耗等優點，越來越被廣泛應用。這種新興產業的發展，勢必在日常生活中產生深遠的影響。而基于單片機的智能插座的設計可謂應運而生。以單片機為核心的時控插座具有一下特點：（1）、定時功能。（2）采用LED顯示技術，準確的顯示現實時間、定時時間。（3）、具有倒計時提示功能，可以用于提醒定時時間結束。隨著科技的發展，傳統的時控插座已經不足以滿足人們的需求。比如：對家中家用電器的集中管理；燈的開關、光強控制，窗簾的控制；回到家中可以設計休閑模式、睡眠模式等；還有家中的安全問題：門窗監控、視頻監控、煤氣和溫度監控等等。將這些統一放在一起管理，就方便了我們的生活。而智能家居的誕生填補了這方面的空白。智能家居是一個居住環境，是以住宅為平臺安裝有智能家居系統的居住環境，實施智能家居系統的過程就稱為智能家居集成。插座作為家用電器的一種。它的智能化也將為生活提供巨大的方便?，F在的插座已經不能夠滿足人們的日常使用需求。比如：對家中家用電器的集中管理。電池充電時間控制、電飯煲的定時開啟、魚缸的間斷通電等；回到家中當一切需要控制的電器都按照你設定好的程序運行的時候，你會真正的感受到科技給生活帶來的方便。智能插座的使用能使我們的生活更加方便。冬天時，在回家之前打開家中的電暖器或者空調、電飯煲，等回到家中，能感到久違的溫暖和吃到熱乎乎的飯菜。夏天時，回家之前打開空調，回到家中體驗涼爽。魚缸的間斷供氧，給魚提供良好的生活環境?？萍几淖兩睿S著科技的發展，智能生活已不是個夢想。本課題主要是完成一種低成本、功能強大、性能穩定的單片機智能插座系統的設計，其中包括硬件電路設計和軟件設計。本課題詳細分析了系統的硬件設計和軟件設計，給出電路原理圖、程序以及其設計流程圖。該設計主要采用單片機為控制核心，利用DS1302作為計時芯片，通過控制I/O口實現一款具有時間控制功能的單片機智能插座。該插座主要解決生活電器中需要時間控制的難題。例如：倒計時功能、時間段控制、間斷控制等。隨著現代電子科學技術的發展，單片機以其優異的性價比、集成度高、體積小、可靠性高、控制功能強、低電壓、低功耗等優點，越來越被廣泛應用。這種新興產業的發展，勢必在日常生活中產生深遠的影響。而基于單片機的智能插座的設計可謂應運而生。IV1 整體方案設計及選擇基于本設計的實用性要求，聯系所學知識，利用單片機的可編程性為一體，實現了插座的智能控制。所以在整體方案設計中利用單片機為整個設計的控制核心。顯示模塊的增加更便于人們的觀察。在弱電控制強電方面也的有相應的控制元件。電流的測量同樣離不開電流檢測模塊。因此在整體方案中有單片機、控制模塊、顯示模塊、按鍵、電流轉換模塊等。本次設計中考慮了三種設計方案，三種設計方案中主要區別在于硬件電路和軟件設計的不同，對于本設計三種方案均能夠實現，最后根據設計要求、可行性和設計成本的考慮選擇了基于STC15F408AD單片機，時鐘芯片DS1302，可控硅BT136，數碼管和電流互感器構成的集控制、計時、開關、檢測、顯示與一體的智能插座。現在一一介紹論證如下：方案一、利用STC89C52單片機作為控制核心，用ADC0809作為電流測量的轉換器，利用繼電器作為控制電源開斷的控制器，利用電流互感器感應實際電流并轉化為可測量的小電流，顯示部分利用液晶1602，用單片機定時器計時。方案二、利用STC帶有AD的單片機作為控制核心，利用繼電器作為控制電源開斷的控制器，利用電流互感器感應實際電流并轉化為可測量的小電流，顯示部分利用液晶1602，用單片機定時器計時。方案三、利用STC15F408AD的單片機作為控制核心，時鐘芯片DS1302進行計時，利用可控硅BT136作為開關，數碼管進行顯示，利用電流互感器進行實際電流的測量，用LED數碼管進行顯示。方案論證：方案一中利用ADC0809接線電路復雜，利用單片機的定時器計時不準并且在斷電自動復位。故方案一不符合設計要求。在方案二中雖然在接線方面簡單但是在顯示和計時上仍有不足。利用1602只能顯示字母數字并且體積較大，制作成品后造成體積龐大，LCD是玻璃材質，而插座是一個需要拖動特別方便的常用電器，玻璃材質易碎的缺點不符合插座設計要求。方案三集成了方案一和方案二的優點摒棄了缺點因此畢業設采取方案三。2 元件介紹 STC15F408AD單片機STC15F408AD系列單片機是STC生產的單機器周期的單片機，是高速、高可靠、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，采用STC第八代加密技術，超級加密，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度要比8051快812倍。內部集成高精度R/C時鐘(177。%)，在40℃~+85℃溫度范圍內溫飄為177。1%，常溫下溫飄177。%，5MHz~35MHz寬范圍可設置，可徹底省掉外部晶振電路和外部復位電路。3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D轉換(30萬次/秒)，1組高速異步串行通信口，1組高速同步串行通信端口SPI，針對串行口通信、電機控制、強干擾場合。 STC15F408AD單片機引腳圖STC15F408AD系列單片機中包含中央處理器程序存儲器、數據存儲器、定時器/計數器、掉電喚醒專用定時器、I/O口、高速A/D轉換(30萬次/秒)、看門狗、高速異步串行通信端口UART、CCP/PWM/PCA、高速同步串行端口SPI，片內高精度R/C時鐘及高可靠復位等模塊。STC15F408AD系列單片機幾乎包含了數據采集和控制中所需要的所有單元模塊。STC15系列單片機的A/D轉換口在P1口()，有8路10位高速A/D轉換器，速度可達到300KHz(30萬次/秒)。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復位后P1口為弱上拉型I/O口，可以通過軟件設置將8路中的任何一路設置為A/D轉換，不需作為A/D使用的P1口可繼續作為I/O口使用。需作為A/D使用的口需先將P1ASF特殊功能寄存器中的相應位置為‘1’，將相應的口設置為模擬功能。 P1ASF寄存器SFR NAMEADDRESSP1ASF9DHP1ASF[70]P1ASF0=1P1ASF1=1P1ASF2=1P1ASF3=1P1ASF4=1P1ASF5=1P1ASF6=1P1ASF7=1 DS1302時鐘芯片DS1302是美國DALLA公司推出的一種高性能、低功耗實時時鐘芯片，附加31字節RAM，采用的是SPI三線接口和CPU進行同步的通信，而且還可采用突發方式一次性傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。實時時鐘可以提供秒、分、時、日、星期、年和月，勻月可以自動調整，且具有閏年補償的功能。～。該芯片可采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源的充電方式，提供對后背電源進行涓細電流充電的功能。DS1302可用于數據記錄，特別是在對某些具有特殊意義的數據的記錄上，能實現數據和出現該數據的時間同時記錄[1]。DS1302有關日歷、時間的寄存器總共有12個，其中7個寄存器（讀81h～8Dh，寫80h～8Ch），存放的數據格式是BCD碼形式。小時寄存器地址是（85h、84h）的前位7用于定義DS1302是運行于12小時模式還是24小時模式。當為高的時候，選擇12小時模式。當為1的時候，表示PM。在24小時模式的時候，位5是第二個10小時位。 DS1302的引腳圖 DS1302引腳功能引腳號引腳名稱功能1VCC2主電源3XX2振蕩器，外接32768Hz晶振4GND電源地5RST復位6I/O數據輸入/輸出（雙向）7SCLK串行時鐘8VCC1后備電源秒寄存器（地址是81h）的位7定義是時鐘暫停標志（CH）。當該位為1時，時鐘振蕩器就停止，DS1302就處于低功耗狀態；當該位置0時，時鐘開始運行。 DS1302的內部結構控制寄存器（地址是8Fh）位7是寫保護位（WP），其它的7位均置為0。在任何對時鐘和RAM寫操作之前，WP位必須得先為0。當WP位為1時，寫保護位防止對任何一個寄存器的寫操作。 DS1302中附加31字節靜態RAM的地址讀地址寫地址數據范圍C1HC0H00FFHC3HC2H00FFH………………FDHFCH00FFH控制字的最高有效位（位7）必須是1，如果它是0，就不能把數據寫入到DS1302中。控制字都是從最低位開始輸出。在輸入控制字指令后的下一個CLK時鐘的上升沿時，數據就被寫入DS1302，數據從最低位輸入（0位）開始。同樣，在緊跟的8位的控制字指令后的下一個CLK脈沖下降沿，讀出DS1302數據，讀出數據也是從最低位到最高位。 DS1302的讀寫時序DS1302與單片機的連接需要3條線：CE引腳、CLK串行時鐘引腳、I/O串行數據引腳，Vcc2為備用電源，給芯片提供計時脈沖。 BT136晶閘管可控硅又可稱為晶閘管（SCR）。自從問世以來就已經發展成了一個很大的家族，它的主要成員分別有單向晶閘管、快速晶閘管、光控晶閘管、雙向晶閘管、可關斷晶閘、管逆導晶閘管等。可控硅器件是一種非常重要的大功率器件，可用來做高壓和高電流的控制?？煽毓杵骷饕猛臼窃陂_關方面，使用器件時從關閉或是阻斷狀態轉變為開啟或者是導通狀態，反之亦然。可控硅與雙極型的晶體管具有密切的關系，二者的傳導過程都牽涉到電子和空穴，但是可控硅的開關機制與雙極晶體管是不同的，并且因為器件結構不同，可控硅器件有非常寬廣范圍的電流、電壓控制功能?，F如今的可控硅器件的額定電流已經可以從幾毫安到5000A以上，額定電壓可以到達10000V。在設計中所用到的是BT136晶閘管，其工作電流可達到10A，并且耐壓400V。BT136在該設計中作為控制插板開關的一個主控器件。它的工作情況對該設計起著非常重要的作用。 光耦MOC3022光耦合器的優點是單向的傳送信號，輸入端口與輸出端口完全的實現了電氣隔離，并且抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高。它廣泛的用于電平的轉換、信號的隔離、級間的隔離、開關電路、儀器儀表遠距離信號的傳輸、通信設備脈沖放大、固態繼電器(SSR）及微機接口中。由于光耦合器的輸入阻抗與干擾源的阻抗相比很小，因此在光電耦合器的輸入端的干擾電壓也較小