毕业设计（论文）-无线遥控定时开关插座设计.doc

密级：公开无线遥控定时开关插座设计design of timing switch socket using wireless remote control technology学 院：信息科学与工程学院专 业 班 级：测控技术与仪器1204班学 号：学 生 姓 名： 指 导 教 师：）2016 年 06 月 毕业设计(论文)指导教师审阅意见题目：无线遥控定时开关插座设计评语：指导教师： （签字） 年 月 日毕业设计(论文)评阅教师审阅意见题目：无线遥控定时开关插座设计评语：评阅教师： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）成绩评定专业毕业设计（论文）第 答辩委员会于 年 月 日审阅了 班级 同学的毕业设计（论文），听取了该生的报告，并进行了答辩。毕业设计（论文）题目： 毕业设计（论文）答辩委员会意见：经答辩委员会无记名投票表决，通过 同学本科毕业设计（论文）答辩。根据学校相关规定，经答辩委员会认定，该生的毕业设计（论文）成绩为 。 专业毕业设计（论文）答辩委员会主任委员 （签字） 年 月 日摘 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。本文设计了一种基于stc89c52单片机的定时开关插座设计方案。设计一款以stc89c52单片机、ds1302、lcd1602液晶显示、38khz红外遥控发射接收器为主体，可以工作在预设时间段的远程定时开关。本设计可以利用红外线对开关进行远程控制，总的系统分为红外遥控发射端和接收端，中间涉及到进行红外的编码与解码，矩阵键盘，电源电路，液晶屏显示的设计。发射端和接收端都是采用stc89c52单片机作为核心芯片。程序采用c语言编写，具有更好的移植性和可读性，便于修改和增减功能。该遥控定时开关可以通过红外按键设置一天内5组任意开关定时时间段。该系统的时间正确可靠，可扩展性强，既能达到远程智能控制的目的，又在很大程度上降低能源的消耗。同时借助eda仿真可以有效地提高开发效率，结合具体硬件电路及程序设计，将理论知识用计算机仿真表现出来。关键词：单片机；定时开关；红外遥控；节能设备abstractwith 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 timing 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, healthy, and convenient and so on.i design a timer switch socket design which is based on the stc89c52 microcontroller in this paper. the realization process of a remote control timer switch that has the functions of time regulation, time setting( starting time and working duration ) and is based on the ic microcontroller stc89c52, ds1302 and lcd 1602 and 38 khz ir remote controllers transceiver is introduced. this design is the equivalent infrared remote control switch, the total system is divided into infrared remote control transmitter and receiver, the middle infrared involves encoding and decoding, matrix keyboard, power supply circuits, and digital display design. transmitter and receiver is used stc89c52 microcontroller as the core chip.it is compiled with c language, so it is convenient to modify and add functions. this timer switch is controlled via wireless infrared remote keys. and can set up five-group any period switch timing within a day via infrared keys. therefore, it can make external electric equipments work regularly. it can achieve the purposes of remote intelligent control and reduce energy consumption to a large extent. at the same time it can improve the efficiency of development efficiency with the help of eda simulation. and it shows the theoretical knowledge with computer simulation combined with the specific hardware circuit and the program.keywords: scm; time switch; infrared remote control; energy conservation equipmentiv 目 录摘 要iabstractii第1章 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 国内外发展现状11.3 课题研究的主要任务和预期目标21.3.1 主要任务及要求21.3.2 预期目标3第2章 设计方案分析确定42.1 设计思想42.2 开关的选择42.3 显示方式选择52.4 时钟的实现及单片机的选择52.5 电源部分的选择62.6 按键控制部分的实现62.7 设计方案的确定6第3章 系统硬件电路设计83.1 ds1302计时电路83.2 lcd1602显示电路93.3 蜂鸣器电路103.4 按键电路113.5 红外接收电路123.6 继电器控制电路133.6.1 继电器工作原理及特性133.6.2 继电器主要产品技术参数143.7 红外发射电路15第4章 系统软件程序设计17第5章 系统软硬件的制作与调试195.1 硬件的制作195.2 调试方案195.3 硬件电路调试205.3.1 独立元件的检测205.3.2 电源电路的调试205.3.3 单片机最小系统的调试205.3.4 显示模块的调试215.3.5 键盘模块的调试215.3.6 继电器电路的调试215.4 软件调试215.5 整体系统调试225.6 实物图23第6章 结论25参考文献27致 谢28附录a：电路原理图29附录b：系统仿真设计图31附录c：系统pcb版图33附录d：程序清单35沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 课题研究的目的和意义现如今，生活水平提高，生活节奏加快，市面上的插座往往由于其功能过于单一而不能满足我们的需求。比如：电动车充电通常是8h左右，太长则容易损耗电池，太短则充不满，如果晚上充电，又经常不想从家里出来到车库去给车充电。白天充电又忘记拔电源；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1h），不便于晚上分段定时使用等等。各种各样的电器产品在待机的过程中使我国能源消耗逐渐增多，给可持续发展社会带来了巨大的负担1，通过查询中国节能认证中心对家用电器能耗做的调查，我们发现了大概家庭电力的10都被家用电器以待机的形式浪费了，拿家庭tv来说，大约8.07w是一台家庭tv一天的平均消耗，如果一天待机2h将达到0.016kw-h的消耗。定时开关插座能够使电器在预设的时间段内工作，在设置的时间段外停止供电，这样就减少了电器的待机时间，起到节能的效果。综合以上原因考虑，我们急需要一款智能开关。此开关插座能够在预设的时间内提供电源给电器，在设置的时间段外停止供电，这样既减少了电器的待机时间，又起到了节能的效果，还能消除安全隐患，最终使我们的生活更加方便化、智能化2。1.2 国内外发展现状目前，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，通过对时间的控制是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，由于单片机具有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗等特点，成品价格下降，越来越被广泛应用3。这种新兴产业的发展，势必在日常生活中产生深远的影响。由单片机实现对插座的定时控制正符合这一发展规律。智能插座是新兴的电气产品，是物联网和智能家居的概念伴随发展的产品。智能硬件是it行业与传统的硬件设备行业相结合的一个跨界的新领域，比较常见的智能硬件有智能插座、智能手环、智能路由器等。智能插座通俗的说是节约用电量的一种插座，节能插座的理念很早之前就已经生成，到目前为止已经发展的电视双插。比较广泛，但是技术上还有待于进步。有的高端节能插座可以在保护电器的同时起到省电的功用,它可以“打扫”电力垃圾以起到保护电器的作用,部分插座还可以防雷、漏电、短路、过载等危险4。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.智能开关插座技术的发展,从根本上解决了传统电器启动的额定电流高，使传统电器易造成过热引起高温而加速绝缘老化、电压降过大而影响正常运转以及大的冲击力缩短设备的使用寿命等各种弊端。为此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，提高家庭的生活质量，减少不必要的人生伤害，增强人类的节能意识。定时智能开关插座在国内外都已经成熟，给生活中带来许多的方便，比如家中的鱼缸你可以设置供养的时间、或者对家中的饮水机也可以进行设置时间，以免长时间的滚水造成饮水不健康等；全面集成远程控制、定时控制等智能和家电控制功能；即插即用，轻松实现家庭智能。1.3 课题研究的主要任务和预期目标1.3.1 主要任务及要求（1）分析了解题目相关技术国内外现状；设定插座通断工作程序；（2）可人为干预设定好的工作程序；（3）实现无线遥控控制；（4）了解题目相关的国家标准与规范；进行方案论证与整体方案的设计；（5）设计系统的总体框图及总体电路图；（6）以单片机为测量系统的核心，进行传感器及测量电路设计。重点在大功率用电器开关控制；（7）绘制电路图、编制相关流程图及软件程序等；（8）实验数据获取及处理。1.3.2 预期目标完成全部设计内容，进行硬件制作和软件设计（1）ds1302时钟芯片，准确计时，自带3v纽扣电池，当系统掉电后，纽扣电池供电给时钟芯片继续工作，再次上电无需重新设置时间；（2）lcd1602液晶可以显示时、分、秒、星期、年、月、日；（3）可以设置5个开关开的时间和5个开关关的时间，每一个时间都可以单独设置成是否工作有效，设定的时间并具有掉电保存功能，保存在stc单片机的内部，上电无需重新设置；（4）继电器吸合指示灯亮实现开关开，继电器断开指示灯灭实现开关关，继电器可以外接其他的家用电器；（5）具有自动模式和手动模式，手动模式下按加、减键就可以实现开关的开和关；（6）开机默认是自动模式，当现在的时间和设置开的时间一致时，继电器工作打开开关，当现在的时候和设置关的时间一致时继电器断开关闭开关；（7）开关的开和关蜂鸣器的提示声不同，当开关开时，蜂鸣器会发出滴滴的提示声，开关关时，蜂鸣器会长鸣一声；（8）具有红外遥控功能。第2章 设计方案分析确定2.1 设计思想根据设计功能和预期目标的要求，系统的实施方案可以分为以下几个步骤：首先，选定时钟的走时方式为24h，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lcd1602液晶屏来实现。电源部分用220v转换为直流5v或用3节5号电池给定时开关系统供电，并用3v纽扣电池做时钟芯片储备电源，防止220v交流电断电了单片机时钟芯片就停止工作，失去定时作用。用4个按钮实现时钟、定时的设置等功能。2.2 开关的选择（1）先了解必要的条件；1）主回路电源的实际电压以及它提供电流的范围；2）次回路中的电压及电流；3）次回路共有几组、触点采用何种方式。主回路电源的实际电压可以作为选取继电器的参照。次回路中的电流应使继电器正常工作，相反，继电器无法顺利工作。（2）选取继电器的型号通过查阅相关资料，确定继电器型号、规格后，再进行进一步的核对，是否达到了预期的效果。采用继电器作为控制220v通、断的开关。ssr是不具备机械活动，零使动部件的继电器，但它可以实现的功能与其他继电器无异。ssr由全部固态电子元件组成，无触点是ssr独有的设计，该设计利用元器件的点、磁和光特性完成输入与输出的隔离，再用三极管、场效应管、单双项可控硅等器件的特性，最终达到无触点、无火花地通断电路的效果。选用srd-05vdc-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02200w，可以给大部分家用电器供电。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：具有功耗低、体积小、显示内容丰富等优点的液晶显示器在各类系统中得到广泛采用。一方面，参照显示内容的不同分为字符型和图形液晶。另一方面，参照显示容量又可以分为单行16字、2行16字、2行20字等。本设计采用的是2行16字的字符型液晶。该模块应用广泛，相比于数码管具有以下优势：（1）显示位数可以达到32位之多，而32个数码管将占据相当大的空间，不利于设计；（2）具有相当大的显示内容，数字和大、小写字母都含括其中；（3）易于编程，如果采用数码管，显示的刷新将占有相当长的时间，而1602自动完成刷新功能。所以本设计采用字符型液晶芯片。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。stc89c51、at89c51、at89s51、stc89c52、at89c52，以上几种单片机均是51系列单片机，都可以满足设计要求。只是52单片机比51单片机内存大4k，且购买方便，故单片机选用stc89c52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5。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50ms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。为了减小编程难度，本设计选用方案一。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。使用交流电和干电池混合给系统供电。在交流电不失效的情况下由交流电转5v直流电供电，在交流电失效情况下由干电池供电。这样就能解决运行成本过高或者在交流电失效时丢失原先设置数据的问题。综上所述，考虑到成本、实用性等问题，对定时开关插座系统供电方案采用交流电转5v直流电是较为合适的。2.6 按键控制部分的实现时钟时间和定时时间的设置功能可以通过按键来实现。根据本定时开关插座的设置要求，要用到至少10个按键。其中开关和遥控器分别需要5个按键。2.7 设计方案的确定红外发射和红外接收两个部分的电路组成了本设计的硬件部分6,7。系统软件部分的设计就是在红外发射端对信号进行编码，在接收端进行解码，要求编译显影的功能程序执行各自操作，最终达到远程控制硬件电路的效果。键盘扫描程序、38khz载波及编码脉冲发射程序、遥控接收及处理程序、延迟子程序等组成了本设计的软件部分。系统组成框图如图2-1所示8。系统由发射部分和接收部分组成。发射部分采用脉冲个数编码，将待发射信号调制成38khz的载波信号，由红外发射管进行发射。接收部分由红外接收管进行解码接收，单片机通过对所接收信号的分析，输出相应的控制信号，由发光二极管和lcd1602液晶屏指示出发射部分按下的按键号。液晶屏显示stc89c52单片机红外接收电路红外发射电路stc89c52单片机按键模块继电器接收部分发射部分图2-1系统组成框图第3章 系统硬件电路设计系统硬件框图如图3-1所示，stc89c52控制芯片、晶振模块、复位模块、电源模块、蜂鸣器模块、按键模块、ds1302计时模块、显示模块、红外接收模块、继电器模块等10个模块组成了本设计的硬件电路。定时开关的硬件工作系统由以上10个模块构成。3.1 ds1302计时电路ds1302计时电路如图3-2所示，ds1302可以计算的最小时间单位是秒，它的工作电压范围为2.55.5v 。vcc和vcc2中压强大的供电给电路，主电源是vcc2 ，后备电源为vcc，在突发情况下如果主电源发生故障，后备电源继续维持计时电路的正常运行。x1，x2外接12khz晶振，ce是复位选线，当ce收到高电平信号时，系统将初始化所有数据的传送，开放对ds1302进行操作的权限，使数据得以传送，当ce收到低电平信号时就会终止数据传送。stc89c52计时模块按键模块显示模块蜂鸣器模块电源模块复位模块晶振模块受控电器红外接收模块继电器模块电器插座图3-1系统硬件框图 图3-2 ds1302计时电路时钟模块采用ds1302时钟芯片实现计时。ds1302芯片是具备较高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，且精度高,用于高速数据暂存的318ram，工作电压在2.5v5.5v范围内，2.5v时耗电小于300na。选取该芯片是为了更准确的实现定时，更好的实现定时开关插座的功能9。3.2 lcd1602显示电路本设计采用lcd1602作为显示屏幕10。lcd1602能够显示162个字符。lcd1602显示模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，包括阿拉伯数字、大小写英文字母等。工作参数：（1）逻辑工作电压：2.46.0v（2）lcd驱动电压：3.013.5v（3）工作温度：055（常温）/-2070（宽温）（4）保存温度：-1070电气特性：（1）输入高电平：3.5vmin（2）输入低电平：0.55vmax（3）输出高电平：3.75vmin（4）输出低电平：1.0vmax（5）工作电流：2.0mamax液晶3脚连接的电阻是可调电阻，因为经过查阅液晶芯片资料得知，液晶3脚是灰度调节引脚，灰度正常时是0.51v左右，在给系统通电后可以调整滑动变阻r2的阻值使液晶压强在0.51v之间变化，从而起到调节液晶显示屏亮度的作用。lcd1602显示电路如图3-3所示，vcc接5v电源正极，rs为寄存器选择位，与p1.0口相连，高电平1是选择数据寄存器，低电平0时选择指令寄存器；rw为读/写信号线，与p1.1口相连，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作；e端为使能端，高电平1时读取信息，负跳变时执行指令。d0d7与单片机的p0口相连作为8位双向数据端。图3-3 lcd1602显示电路3.3 蜂鸣器电路蜂鸣器和继电器的驱动三极管选用的都是pnp型的9012三极管，因为单片机刚一上电的时候所有的i/o口会有一个短暂的高电平。如果选用pnp型的，即使程序上将i/o口拉低，蜂鸣器或继电器也会响一小下或吸合一下，为了避免这种情况发生，就选用pnp型的。因为我们想控制蜂鸣器或继电器工作单片机的i/o口要低电平，这样就避免了，因为我们不可能刚一通电就让蜂鸣器响或继电器吸合。避免了不必要的麻烦。蜂鸣器电路如图3-4所示，遥控定时开关中设计了蜂鸣报警电路。其中蜂鸣器的基极连接到了单片机的p3.7端口，当p3.7端口输出为低电平时有电流流过蜂鸣器，此时蜂鸣器发出声音，如果p3.7输出为高电平，没有电流流过蜂鸣器，此时蜂鸣器不发音。图3-4蜂鸣器电路3.4 按键电路本设计使用的i/o口较少，所以stc89c52芯片有很多i/o口可供选择作为按键接口，所以在本设计中采用独立按键的模式。独立式按键电路有很多优势，利于编程、结构简单、操作灵活方便。本插座具有5个按键，一个按键占只用唯一一个i/o口，每个按键之间的操作不发生冲突，判断哪个按键被按下可以通过检测输入线的电平状态。按键电路如图3-5所示，该部分电路设计包括4个独立的按键，这4个按键的一端分别连接到单片机的p1.3口p1.6口，另一端则全部接地。这4个按键功能如下：按键s2：减少键，该按键可以对时间进行减少。按键s3：增加键，该按键可以对时间进行增加。按键s4：选择键，通过该按键可以对年、月、日、时、分进行选择。按键s5：确定键，通过该按键可以对时间选项进行确定。 图3-5按键电路3.5 红外接收电路由于单片机stc89c52的i/o口充足，故在本设计中按键电路采用独立按键，并对按键电路进行了消抖处理，为了便于操作，红外遥控按键与按键电路相互对应。因为自制红外编码发送接收模块的设计相当复杂，成本也会大大增加，故本设计采用已完成编码的红外发射器和红外接收管来达到红外远程操控的效果。红外接收电路如图3-6所示，与单片机的两个外部中断之一的p3.2口相连，当p3.2口接收到低电平时立刻进行红外按键检测。图3-6红外接收电路3.6 继电器控制电路继电器是一种电子控制器件，它具有输入回路和输出回路，常常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。在本设计中，继电器起到的就是开关的左右。继电器控制电路见图3-7所示，其中三极管起到导通截止的作用。而发光二极管d1有指示的效果，继电器触发信号将从单片机p3.1口产生，当p3.1口输出低电平时，三极管q2导通状态，继电器闭合，发光二极管发亮，外接电器通电开始工作。当p3.1口输出高电平时，三极管q2截止状态，继电器断开，发光二极管灯灭，外接电器断电停止工作。3.6.1 继电器工作原理及特性（1）电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。 图3-7继电器控制电路（2）ssr的工作原理和特性ssr是一种两个接线端为输入端，另外两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。 ssr按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，其中以光电隔离型最多。根据家用电器的一般要求，本定时插座采用songle的srd-05vdc-sl-c继电器。该继电器的最大耐压为交流250v，最大可通过10a的交流电流。在本系统中，继电器主要起到开关的作用，通过单片机i/o输出信号的变化来控制继电器的工作状态，从而达到控制电器通断电的目的。3.6.2 继电器主要产品技术参数ssr的主要参数包括：额定工作电压、直流电阻、吸合电流、释放电流、触点切换电压和电流。经测量本设计中采用的继电器参数大致如下：（1）额定工作电压：5v；（2）直流电阻：0.1；（3）吸合电流：0.036a；（4）释放电流：0.072a；（5）触点切换电压和电流：4.6v、0.070。继电器功率是0.36w左右，在3节1.5v干电池供电下最多可以使用125h左右，而且可以正常工作在-4585的环境中。通过上面的参数了解和测量，及考虑器件的性价比，本设计选择固态电磁继电器。3.7 红外发射电路目前我国的红外遥控技术早已成熟，在各行各业的应用十分广泛，本设计采用已编码完成的38khz红外发射接收模块，红外控制系统框图如图3-8所示。按键编码器led光电放大器解码器解码红外发射器红外接收器图3-8红外控制系统框图编码功能实现方式：采用脉宽调制的串行码，在开始的5ms内发送38k码作为发射码开始的标志，二进制中的“1”用脉宽为11.2ms、间隔为0.5ms、周期为2ms的组合串行码来表示；二进制中的“0”则用脉宽为0.56ms、间隔为0.5ms、周期为2ms的组合串行码来表示11。如何成功解码的重中之重是怎样识别“0”和“1”，从位的定义可以发现接收判定“0”、“1”就是判定每个周期开始时低电平（注意发射与接收码正好反相）出现时间的长短，如果接收到“0”的时间为11.2ms，则接收到的值为1，如果接收到“0”的时间为0.56ms，则接收到的值为0。红外发射电路如图3-9所示。 图3-9红外发射电路第4章 系统软件程序设计这次设计可以用c语言编程序，也可以用汇编语言编程序，由于本次设计中程序涉及到定时和复杂的逻辑控制，系统用c语言。本设计所选用的单片机是stc89c52，它的c语言语法和结构在标准c语言基础之上只是有了相应的扩充，采用keil c软件进行编译12。下面结合我的程序编译简要讲述以下keil c的编译环境的特点。keil c51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全windows界面。更重要的是，根据编译后生成的汇编代码，我们就会发现keil c51具有相当高效率的生成目标代码的速度，并且绝大部分语句生成的汇编代码精致紧凑，便于理解13。高级语言的优势在开发大型软件时更是体现的相当明显。在本次设计中，主程序在单片机的控制下，对键盘的输入信息进行存储分析，驱动液晶显示出相关信息，并通过对比分析定时时间与时钟，控制继电器的通、断，从而达到控制插座的通、断电的目的。为了使程序更加易于理解，本次设计采用模块化思想，利用c语言进行编程。主程序如下：void main() sys_init();while(1) keycsan();main_display();control(); 本设计的程序流程图如图4-1所示，装置上电后，系统先进行初始化，然后显示系统时间，再判断系统时间和设定的启动时间或停止时间是否相同，如果相同，继电器就会产生相应的动作，扫描是否有按键按下，如果是s4，可以选择需要设定的时间单位，如果是s5，可以通过该按键对时间选项的调整进行确定。当完成设定时间后，系统的时间与设定时间达到一致，系统就会自动发出信号使继电器闭合，外接电器工作，蜂鸣器发出蜂鸣声，红色指示灯亮；外接电器工作时间到了，系统又会使继电器断开，切断电源，外接电器停止工作。否则系统就会自动返回到初始化界面，显示系统时间和上次设置的电器工作时间14。启动系统初始化数据显示系统时间与启动时间相同与停止时间相同显示系统时间键s4按下键s5按下nnnn继电器闭合继电器断开yyyy选择需要设定的年、月、日设定电器工作时间间隔图4-1系统程序流程图第5章 系统软硬件的制作与调试5.1 硬件的制作电路设计软件protel是目前国内最流行的通用cad软件，它是将电路原理图设计、pcb板图设计、电路仿真和pld设计等多个实用工具软件组合后构成的cad工作平台。本设计是首先在protel软件上画好单片机最小系统、液晶与单片机的连接电路、继电器的外围电路及与单片机的连接电路、键盘与单片机的连接电路、电源电路等的原理图15，然后对原理图进行仿真，仿真无误后生成网络表后装载到pcb环境中生成需要的pcb。其中，单片机控制继电器部分为了确保其在实际应用的准确性，首先在万用板上焊接好继电器电路，并接上插座后对其进行验证，证明使用本电路能正常工作后，再打印pcb、转印到铜板上、用用双氧水稀释浓盐酸腐蚀、钻孔，并根据原理图由低器件（如电阻）到高器件安放元器件（确保元器件的参数与电路中的一致），然后焊接元器件，完成了定时快关插座的硬件电路板的制作。5.2 调试方案根据电路原理图、pcb图把电路板实物做出来后，下一步就是电路板调试。电路板调试是最关键的一步，前面所做的电路设计的成功与否就是在调试步骤里体现的。本系统的调试主要分为硬件调试、软件调试和接负载调试等三大部分。经过对定时器的设计后，在制作硬件电路的同时，调试也在同时进行，这种方式分析解决了不少难题。没有很多小问题的堆积，仅仅轻微影响了整体电路的检查，为系统的调试节约了大量的时间。例如当单片机控制模块硬件部分制作好后，就可以先调试显示程序，在lcd1602上显示一个简单的数字0，显示结果正确了，说明lcd显示电路与单片机的连接电路是正确的,单片机能正常工作。软件编程中，首先完成单元功能模块的调试，其次进行系统的调试，调试的思想和步骤与硬件的基本相同。5.3 硬件电路调试硬件单元电路制作好后，在上电之前，应该先用万用表对各个独立元件进行检查，在排除了虚焊、短路、断路等问题后再通电进行电路功能的调试。具体调试过程如下所述。5.3.1 独立元件的检测在通电之前任意组装好的电子电路都有可能出现线路的连接错误。本设计的检查方法是对比电路原理图仔细的按一定规律一级一级的进行检查。例如：对电路板的电阻阻值进行确定，可以通过读取电阻上的色环进行确认。需要特别注意的是电源正负极是否接反，集成电路和晶体管的引脚是否接错，电源与地是否存在短接，轻轻地碰一下元器件，检查焊点是否牢固等。用万用表检测是否存在短路和断路现象。给系统上电后，看下电源（绿色）灯亮不亮。假如不亮，就要检查电源指示灯发光二极管的好坏。还要用万用表测一下单片机等芯片的电压是不是符合要求。假如不是，就要进行各个芯片的检查，看一下各个芯片的引脚有没有焊好，芯片是否损坏。5.3.2 电源电路的调试电源电路作为整个系统的供电电路，其输出电压必须在单片机的正常工作电压范围（4v5.5v之间）内。在电源通220v交流电之前，一定要检查电路是否接错，特别是极性电容是否有接反，防止出现极性电容接反而造成爆电容的现象。在确保器件接法无误的情况下，接通电源，并用万用表测量输出电压，得到其电压为4.7v左右。符合系统的正常工作电压要求。5.3.3 单片机最小系统的调试单片机stc89c52最小系统的检测分为硬件调试及软件调试16。硬件调试时用万用表测量单片机的工作电压及各个管脚的电压是否达到正常工作电压。在此检测中还要烧入程序对各个i/o口的输出进行测试，查看i/o口所输出的电压是否与程序所控制值一致。5.3.4 显示模块的调试显示模块硬件连接相对较简单，检查与调试过程中几乎没有遇到困难。本次设计中，采用lcd1602来显示结果。在给系统通电后，可以调整滑动变阻r2 的阻值起到调节液晶显示屏的亮度。5.3.5 键盘模块的调试在硬件检测时，首先用万用表检测每个按键之间的链接是否有断线的情况，若是有断线，查出后可以使用熔化后的焊锡将线接通。然后再看每个按键按下时反馈回单片机的电平是否与预期的一致，若不一致这要看原理图是否有错，在画pcb时是否有错，然后再查看线路是否有断线情况。在检测键盘过程中，因为存在连线不好的情况，其中一个按键的功能有时候能实现，有时候不能实现。经检查排除后，发现是与此按键相连的一条线被腐蚀是过度了，造成接触不良，用焊锡加固后解决了此问题。5.3.6 继电器电路的调试继电器的外围电路硬件检测的工作最为简单，首先是测出三极管q2在给出工作电平时它的各个管脚的电压值，然后看看是否工作在导通状态。三极管工作在导通状态，就能给继电器提供足够的电流，从而驱动继电器工作。5.4 软件调试软件的调试包括程序本身语法的调试和在电路板上功能的调试两种。在编程过程中，为了使程序满足设计要求，则需要对程序进行调试，甚至需要经过多次反复的调试才能成功。在调试程序前为了调试方便，避免程序出错时将单片机拆来拆去的麻烦，在电路板上做了一个下载口，可以将下载线直接插到电路板上进行调试，这样就可以一边进行调试，一边修改程序。程序用keil c软件写好后，先用该软件的编译功能编译一下所写的程序，检查程序是有语法错误或其他的错误。如果有错误则根据提示进行分析将错误改过来直至编译成功为止。当完成了语法调试后，再根据定时开关插座设计的功能要求修改程序完成系统的各个功能。在编写程序的时候一定要根据系统实现的功能和连接方式，认真分析，画出系统主程序、时钟程序、设置程序的流程图，并根据画出的流程图一步一步的去写出程序。keil c51在使用前一定要先进行注册，否则程序过大会造成编译时出现地址使用错误。程序在编译时就遇到过这种问题。在单个程序运行时没有错误，但是一整合编译后出现地址冲突现象。这个问题困扰了很长一段时间，通过查资料发现若是keil c51软件没有注册的话使用时当程序过大就会出现地址冲突现象。在注册完成后，程序编译能顺利通过。根据系统的特点，软件系统应该按模块进行调试，当各个模块调试通过后再将各个模块整合起来，进行综合调试，直到得到预期结果。软件模块大致可以分为四部分：lcd1602显示模块、时钟模块、按键设置模块、继电器控制模块。在这四个模块中，调试的顺序比较固定：首先调试显示模块，因为只有显示正确后，才能够显示按键操作结果及时钟信息，以便和预期结果比较看是否正确。接着调试时钟程序，然后调试按键模块，最后调试继电器控制模块。与纯粹的c语言编程不同的是，单片机编程要考虑到硬件的设计，所有程序的编写都是根据硬件资源进行。开始程序下载到单片机的时候，液晶没有显示，在排除了程序语法错误和板子虚焊等原因后，还是没有显示，经过仔细检查发现，原来是软件编写中把单片机和液晶接线的引脚定义错了，改正后即得到了显示结果。在键盘扫描时，在编译过程中没有错误，但是因为其中三个按键的键值计算错误，在按键按下时没有反应到液晶显示上，然后重新计算出正确的键值后即得到预期结果。5.5 整体系统调试定时开关插座的硬件模块和软件模块分别调试成功后，下一步将对系统进行整体的调试。在刚开始的时候也遇到了一些问题。在定时方面，单组定时都能在规定的时间内开始和结束，但是当多组定时有重叠的部分时，由于考虑不周全，在一组结束时继电器会闪一下，这样会造成插座供电也会闪一下。这种状况很容易将负载损坏，最起码会对负载造成伤害。为了解决这个问题，我用了一个中间变量n来解决定时时间有重叠时的闪烁问题。首先对n进行归零，在判定定时开始和结束时，每组定时开始都对n的进行加1操作，结束时对n进行减1操作，然后通过判断n的值来控制继电器。当n为非0值时，继电器导通，当n为0值时继电器断开。这样，就能避免再有定时叠加时组别之间交接时出继电器闪烁的问题。继电器正常工作允许通过的最大电流是10a，额定工作电压为220v，即允许通过的功率为2200w。但是负载的功率过大会影响到系统的运行。理论上可以支撑绝大部分家用电器正常工作。5.6 实物图定时开关插座如图5-1所示。图5-1定时开关插座红外发射装置如图5-2所示。图5-2红外发射装置第6章 结论本次毕业设计是一个基于单片机stc89c52的定时开关插座，包括方案选择、软硬件设计、单片机最小系统、继电器驱动电路和键盘电路调试、硬件测试结果及解决在电路调试时遇到的问题。在此期间主要完成的工作包括以下几个方面：（1）设计初期收集继电器、单片机等相关资料，对定时开关插座的实现原理有比较清晰的了解；（2）确定系统框图，对所有电路模块的实施方案进行比较，确定最终的定时开关插座的设计方案；（3）根据定时开关插座的原理图制作出硬件电路板，并对系统进行空载调试和接负载调试；（4）根据系统要实现的定时和时钟走时等功能编写出软件程序，并进行定时功能的调试及数据采集分析；（5）软硬件调试通过后进行整体调试，并查找定时开关插座系统存在的缺陷，进行定时功能的完善；（6）最终系统定时组别可以达到5组，定时时间范围根据模式的不同可以分为24h内任意时间（最小定时范围为1min）和100h没任意时间（最小定时范围为1min）两种定时方式。本次设计完成了一款定时开关插座系统。该系统采用51单片机stc89c52编程控制继电器的通、断来实现控制插座的通、断电，而继电器的通、断由定时组别确定。在定时范围内继电器导通，否则断开。并用lcd1602显示出时钟及定时时间等信息。当时钟时间与定时时间段的开始时间一致时，继电器接通，插座给负载供电；时钟走到定时结束时间时，继电器断开，插座停止供电。总而言之，本次设计比较成功，各项指标都符合设计要求。由于毕业设计经费有限及有的元器件比较难购买到，故定时开关插座系统存在一定的缺陷，可以做进一步的完善：例如可以用一个按键实现多个功能，这样子按键数目就会大大减少，减小系统的体积。电源部分可以用高频磁芯代替变压器，这样设计出来的电源重量及体积会更小，能使电源模块更加小巧玲珑，从而减小整个系统的重量及体积，便于使用等等。本次设计的定时开关插座自动化程度较高，符合定时开关插座的发展方向，适用于日常家庭电器供电。系统中的定时组数经简单改造后能增加组数，继电器改用能承受更大的电流的继电器或者光耦合器，能使