定时开关插座的设计与制作学士学位.doc
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1、 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 页 共 页 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 I 页 共 页 摘 要 随着家用电器的越来越普及和人们生活节奏的加快,人们对电器的依赖性进一步 提高,对电器的定时需求也进一步增大。定时开关插座可用于电饭煲、饮水机、电视 机、电脑、电动车电池的充电、定时开关电热毯等需要定时供电的场合。定时开关插 座的使用能够做到节能、安全、方便等。 本文介绍了一种基于 AT89S52 单片机的定时开关插座设计方案。该系统是通过 AT89S52 的定时器 0 和定时器 1 实现时钟的 24 小时制或者 100 小时制的时钟走时,并 通过液晶 12232 显
2、示出来。继电器的通、断通过比较继电器控制变量 ray 的值来确定。 定时时间的开始或者停止是通过每分钟比较一次开始时间数组 begin 和结束数组 end 来 确定,并在开始时对 ray 进行加 1 操作,在结束时对 ray 进行减 1 操作(ray 的值不会出 现负值);当 ray 为 0 时继电器开关断开,非 0 时接通。通过控制继电器的通断可以达 到控制插座通断的目的。 本文首先介绍定时开关插座设计要实现的功能,接着阐述系统电路的设计及原理 说明,包括设计方案选择、关键元器件介绍、电路设计说明(包括电源电路、键盘、 单片机控制电路、液晶 12232 显示、继电器工作电路)软件设计流程以及
3、系统的测试。 最后总结了定时开关插座设计完成的任务,分析系统的不足并提出了系统的应用展望。 关键词:定时开关;继电器;AT89S52 单片机;液晶 12232。 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 II 页 共 页 Abstract With the increasing popularity of home appliances and the People living rhythm speeding up, the dependence of people on electrical appliances further to improve, the demand of ti
4、ming also become further increasing. Socket timer switch can be used in the occasions where need for regular supply such as rice cookers, water dispenser, TV, computer, electric vehicle battery charging, timer switch electric blankets. The use of socket timer switch can be energy saving, safe, healt
5、hy, and convenient and so on. This article presents a timer switch socket design which is based on the AT89S52 microcontroller. The system is implemented the clock 24-hour clock or 100-hour travel time by Timer 0 and Timer 1 of AT89S52, and it is displayed through the LCD 12232. Relay links, broken
6、by comparing the value of the relay control variables to determine the ray. It is to be determined the starting or stopping of regular time by compared per minute a start time with begin and an end array with end ,at the beginning of the ray to add an operation, at the end of the minus 1 on the ray
7、action (rays value does not a negative); when ray is 0 relay switch off, non-0 connected. Off by controlling the relay socket can be controlled on-off purposes. This paper introduces the function what the timer switch socket design should achieve first of all, and then describes the circuit design a
8、nd principles of the system description, including design choices, concerning component description, circuit design description (including the power circuit, keyboard, single chip control circuit, LCD 12232 display ,the relay operating circuit), software design and testing of the system. Finally, it
9、 will sum up the timer switch socket design the tasks should be completed, analyze systems deficiencies and propose the systems application prospect. Key words:Timer switch; Relays; AT89S52 SCM; LCD 12232. 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 III 页 共 页 目 录 引言.1 1 设计要求及构思.2 1.1 设计要求 2 1.2 设计构思 2 2 设计方案分析确定3 2.1 系统
10、框图 3 2.2 开关的选择 3 2.3 显示方式选择 4 2.4 时钟的实现及单片机的选择 4 2.5 电源部分的选择 4 2.6 按键控制部分的实现 5 3 主要元器件原理及其应用5 3.1 继电器介绍.5 3.1.1 继电器的继电特性5 3.1.2 继电器工作原理及特性6 3.1.3 继电器主要产品技术参数7 3.1.4 继电器的选用7 3.2 单片机 AT89S52 介绍.8 3.3 液晶 LCD12232 介绍 9 4 系统硬件电路设计10 4.1 电源电路 10 4.2 单片机最小系统及液晶显示.12 4.3 继电器驱动电路 13 4.4 键盘电路.14 5 系统软件程序设计15
11、5.1 主程序的设计 16 5.2 时钟程序设计 17 5.3 时钟设置及定时设置程序设计.18 6 系统软硬件的制作与调试19 6.1 硬件的制作 19 6.2 调试方案 19 6.3 硬件电路调试 19 6.3.1 独立元件的检测19 6.3.2 电源电路的调试20 6.3.3 单片机最小系统的调试20 6.3.4 显示模块的调试20 6.3.5 键盘模块的调试20 6.3.6 继电器电路的调试21 6.4 软件调试 21 6.5 整体系统调试 21 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 IV 页 共 页 7 结论.23 谢 辞24 参考文献25 附 录 1.26 附 录 2.28
12、 附 录 3.45 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 0 页 共 51 页 引言 现如今,往往由于某些特殊原因给我们的生活或工作带来一些困扰和遗憾。比如: 家中的水塔忘记抽水而造成生活的一时不便;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。而上面的这些问题都可以通过定时开 关插座的定时功能得到解决。 随着电器产品待机能耗的迅速增长,家庭和社会付出了太多的代价,中国节能认 证中心对家庭待机能耗
13、做过的调查显示,待机能耗占到家庭电力消耗的 10左右,仅 以电视机为例,平均每台电视机的待机能耗是 8.07W,按每天待机 2 小时大约耗电 0.016 度。定时开关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,达到节约用电的目的。 定时开关插座是一款能在特定时间段内控制电器通、断电的开关插座。能实现 24 小时制和 100 小时制两种时钟走时模式,在 24 小时制时钟模式,可以实现 6 组 24 小 时内的任意定时,定时时间范围最小为 1 分钟;在 100 小时制时钟模式,可以实现 6 组 100 小时内的任意定时,定时时间范围最小也是 1 分钟。
14、 本文阐述了定时开关插座的硬件电路设计、软件算法设计, 给出了自动开关插座的 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。 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 1 页 共 51 页 1 设计要求及构思 1.1 设计要求 本次设计要求实现一个具有定时、按键设置及控制、定时时间显示等功能的定时 开关插座,具体要求及指标如下: (1)可以设定三组定时时间值。 (2)设定的定时时间调整范围为:099 分钟。 (3)具有开始/停止操作按键。 (4)具有定时时间显示和时钟显示。 1.2 设计构思 根据题目
15、和设计功能要求,系统的实施方案可以分为以下几个步骤:首先,通过 模式(模式 0 为 24 小时制,模式 1 为 100 小时制)选定时钟的走时方式,作为定时时 间的判断标准。然后通过按键设置定时时间分别存储在定时开始数组 begin 和结束数组 end,通过数组的值与时钟的值进行比较,时间在定时数组时间范围内则继电器接通, 否则断开。用一个红色发光二极管的亮、灭来指示继电器的通、断的状态。定时开关 插座的显示则用液晶来实现。用液晶的第一行显示时钟及目前所定时的组别 ;第二行 则显示定时开始时间;第三行则显示定时的结束时间;第四行显示目前所运行的模式。 电源部分用 220V 转换为直流 5V 给
16、定时开关系统供电,并用干电池做储备电源,防止 220V 交流电断电了单片机控制部分就停止工作,失去作用。用 4*3 键盘实现时钟、定 时的设置及开始/停止等按键设置功能。基于以上的设计构思,系统每个模块可以有几 种不同的实施方案,经过反复比较论证,确定了系统的最终实施方案。各个设计方案 的分析和选择将在第二章进行详细介绍。 鉴于以上的构思,定时开关可以实现功能扩展,具体实现的功能指标如下: (1)可以设定六组定时时间值。 (2)设定的定时时间调整范围分为两种情况: 模式 0 状态时可设定的定时时间调整范围为:024 小时; 模式 1 状态时可设定的定时时间调整范围为:0100 小时。 (3)具
17、有开始/停止操作按键。 (4)具有定时时间显示和时钟显示,具有显示模式、显示目前定时组别、定时时 间设置等功能。 (5)在 220V 交流电断电的情况下,干电池仍能保证单片机的定时状态及时钟走 时正常工作;待交流电通电后干电池停止供电,转换为 220V 交流电转为 5V 直流电供 电。 (6)具有时钟设置功能,具有液晶节能模式(即在 30 秒内都没有按键按下的话, 就关闭液晶背景灯光) 。 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 2 页 共 51 页 2 设计方案分析确定 2.1 系统框图 通过查找资料进行方案论证和选择,可以确定出定时开关插座系统的整体构成, 本系统的系统框图如图 2.
18、1 所示。本设计是以 AT89S52 单片机为核心,以设置键盘设 置时钟时间、定时时间、模式选择、开始、停止等功能。单片机控制继电器来控制电 器插座的通、断,以达到控制电器的通、断。定时时间范围内导通电器插座,实现给 电器供电,其他时间则断开。电源提供给单片机 5V 直流电,有交流 220V 转为直流 5V 供电和干电池供电两部分,可对系统实现不间断供电。液晶显示模块,在设置键盘 没有输入时,显示时钟、模式、定时时间、定时组别等信息;当键盘设置开始时,显 示出当前设置的变化。复位能实现系统的硬件复位。 图 2.1 系统设置框图 2.2 开关的选择 现代自动控制设备中,都存在一个电子电路电气电路
19、的互相连接的问题,一 方面要是电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件(电动机、电灯、热水器 等) ,另一方面又要为电子线路的电器电路提供良好的电隔离,以保护电子电路和人身 的安全。电子继电器和光耦合器便能起到这一桥梁的作用。下面简要介绍各个方案的 特点。 方案一:采用继电器作为控制 220V 通、断的开关。固态继电器(SSR)与机电继电 器相比,是一种没有机械运动,不含运动零件的继电器,但它具有与机电继电器本质 上相同的功能。SSR 是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件,他利用电子 元器件的点,磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离,利用大功率三极管,功率场 效应管,单项可控硅和双
20、向可控硅等器件的开关特性,来达到无触点,无火花地接通 和断开被控电路。选用 SRD-05VCD-SL-C 继电器最大电路可达到 10A,即继电器的正 常工作范围为 0 到 2200 瓦,可以给大部分家用电器供电。 方案二:采用光耦合器实现单片机控制开关。耦合器(optical coupler,英文缩写 液晶显示 晶振 复位 电源设置键盘 继电器 电器插座 受控电器 AT89C52 单 片 机 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 3 页 共 51 页 为 OC)亦称光电隔离器,简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输 出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各种电路中得到广泛的
21、应用。目前它已成为 种类最多、用途最广的光电器件之一。 本次设计开关部分可以用继电器也可以用光耦合器。考虑到本设计继电器足以满 足设计要求,而且继电器比光耦合器便宜,故选用继电器。 2.3 显示方式选择 在模拟电子和数字电子中,常用显示数据的有数码管和液晶显示器。 方案一:采用 LED 数码管显示。虽然功耗低,控制简单,但却只能显示数字和一 些简单的字符,而且显示信息少,需要较多位的数码管,占用了较多的单片机 I/O 口, 没有较好的人机界面。 方案二:采用 LCD 液晶显示,可以显示所有字符及自定义字符,并能同时显示多 组数据、汉字,字符清晰。由于自身具有控制器,不但可以减轻主单片机的负担,
22、而 且可以实现菜单驱动方式的显示效果,达到友好的人机介面。LCD 显示能解决 LED 只 能显示数字等几个简单字符的缺点,性能好,效果多,控制方便,显示方式多,且能 耗也较少。 这次设计中不仅要显示相应的时钟、定时组别、目前运行的模式,而且还要显示 出相应的定时开始时间和结束时间,需要显示的信息较多,所以采用方案二,用 LCD 显示结果。 2.4 时钟的实现及单片机的选择 时钟的实现可已通过使用时钟芯片或者单片机的定时器实现。下面简要介绍几种 方案的特点。单片机仅用于控制继电器、键盘,实现时钟和定时,用 51 结构的有 Atmel 的 AT89CXX 系列、AT89SXX 系列、AT89C20
23、 系列(20 引脚)或 STC 的所有 单片机都可以实现。根据在学校比较流行的学习单片机是 AT89SXX 系列,而且 AT89S52 单片机便宜,购买方便,故单片机选用 AT89S52 单片机。 方案一:时钟通过使用时钟芯片来实现,控制部分通过使用单片机来实现。时钟 芯片种类非常多,有内置晶振及充电电池的,也有外置晶振的,现在流行的时钟芯片 有 DS1302、 DS1307、PCF8485、SB2068 等。使用时钟芯片可以得到准确的时钟走时, 可用简单的程序实现定时开关插座的定时功能。 方案二:时钟通过单片机的内部定时器来实现时钟。单片机的内部定时器可实现 较为精确的时钟走时,定时 50
24、毫秒的误差率极小,可达到定时开关插座的使用要求。 使用单片机内部定时器可简化硬件电路,可以节省开支,但是编程的难度有所提高。 本次设计的时钟走时用单片机定时器已经可以完全达到定时开关插座的使用要求, 并可省去时钟芯片,节省开支。考虑到软件的难度增加可换来更好的性价比,所以选 用方案二。 桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 4 页 共 51 页 2.5 电源部分的选择 电源给单片机及继电器等使用 5V 直流电的器件提供电源,供系统正常工作。 方案一:使用开关电源将 220V 交流电转为 5V 直流电给系统供电。开关电源的体 积小,重量轻。但由于需要耐压不小于 220V 的电容等特殊的元
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