一种节能型网络交换机项目设计方案

1、一种节能型网络交换机项目设计方案1.2 研究背景国有华为系列和研华工业生产的节能型交换机。 在国外， 富士通和 D-link 品牌的节能交换机比 较著名。华为系列的交换机使用的中控芯片是具有自主知识产权的，实现了按依据流量多寡来调整使用 功率。当设备感知到业务流量减少或者部分端口没有流量产生的时候，将会降低芯片的转发功耗， 或者直接使端口进入休眠状态，等到有流量值触发时，就会重启端口转发流量。而且它还拥有智能 化的电源管理，可以降低通信设备的功耗。研华工业的交换机对没有数据通讯的端口能够自动识别， 而对闲置的端口， 则会选择切断电源， 从而实现节能。D-link 交换机包含环保节能技术，能够免

2、费检测计算机的开关情况，如果在线的计算机关机， 相对应的端口会被交换机自动转换到待机模式，从而减少能源消耗，并且还降低产品运行产生的热 能，还可大幅度延长设备的生命周期。还可以自动检测电缆的长度，并提供相应的用于工作的电量， 大幅度降低能源消耗，就能达到环境保护和节约能源的目的，同时还能帮助用户降低“不必要的” 的消费，降低使用的成本。富士通网络交换机使用的是 SFP+屏蔽双绞线铜电缆线，每个端口仅仅会消耗5W电源。还有能确保组织机构仅使用所需求电量的自动的电源配置技术，用来降低总体电量消耗。总之，无论是什么品牌的交换机都是通过智能化电源管理和自动控制的方法来实现节能减耗的， 这与本设计中使用

3、单片机来组成外围电路的思路是相似的，但是在本设计中加入了手动按键和无线 模块，实现了远程控制，增加了可操作性，在一定意义上方便了电源管理，提高了网络交换机的实 用性，实现了节能的目的。1.3 发展前景作为一种可远程和定时控制电源的开关控制电路，其发展前景还是十分可观的。通过对单片机 的深入编程，可以设计出适合不同情况（例如上网、看视频、打游戏和下载等使用不同流量比例） 的电源模式，满足不同的控制需求。随着单片机技术的发展，远程控制电路在未来就可以用遥控器， 甚至手机来设置模式，更加方便也更加节能。该设计因为适用性广泛，可靠性强，可应用于各种场合中不同型号的交换机的控制，特别是学 校机房、通讯企

4、业网络中心和小区基站等大功耗场所，对节能减耗有显著效果。1.4 应用领域在本设计中，以单片机为核心的无线开关控制电路实现了网络路由器的节能，但是这只是它的 一个应用。在生活中，我们可以有更多的使用方法，比如说我们将它的分机设计成为一款可接收信 号的插座，将主机设计成为遥控器（或是将它集成在手机上，用app 控制），那我们在家里无论是什么电器，只要连在特殊插座上，只需要按一个按钮，就能控制任何电器的开关。而在工作中，这种电路也有用武之地。如将其用于日常测试机台在突发情况下的故障，方便工 程师分析，以便在真实故障中找准问题，一次性解决，减少不必要的经济损失。而在一些诸如煤矿 或石油的高危工作场所，

5、在发生瓦斯泄露等危险时，拥有一个无线远程开关（阀门）控制系统的情 况下，可以最大可能的减少人员和经济损失。专业 .专注专业 .专注2. 总体方案2.1系统的总体方案设计本电路由由发送器和接收器二部件构成，收发部分皆以单片机为中心，用以解决收发信息，发 送端运用键盘输入时间，需要能显示时钟的部件，以方便操作。并使用无线装置将信号送给接收器， 接收端则通过无线芯片接收信号，通过单片机处理后，显示高低电位，操控继电器的通断，用LED灯亮灭实现信号的反馈。总体系统设计结构框图如下图2.1 o2.2 发送机的设计方案该部分电路应设计要求，应包含按键、时间显示、存储、无线发射等模块。通过设计，首先发 送机

6、应利用单片机本身芯片的功能，配合一些简单的元器件（如晶振、按键和电容等），构成单片 机最小系统。还应具备时间设置，实时时间显示，以及最重要的在指定时间向接收器发送指定信号 的功能。2.3 接收机的设计方案该部分的设计，相较发射机的电路而言，比较简单。首先它也需要单片机最小系统，然后它应 该要一个无线信号感应器，通过发光二极管与单片机相连，显示无线信号是否联通；无线接收模块 也必不可少，接收到的信号通过单片机处理，要达到控制交流电的目的，我们还需要继电器驱动电 路，电机电路，以达到强电控制弱电的功能。图2.1系统结构框图专业.专注3. 硬件芯片介绍3.1 单片机 STC89C523.1.1 ST

7、C89C52 功能特点STC89C52是一种带8K字节闪动可编程可擦除只读存储器的低电压，性能高的COMOS的微处理器，称为单片机。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容1。表3.1给出了其主要功能。表3.1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O 口256x8bit 部 RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0.24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.1.

8、2 STC89C52 各管脚介绍STC89C52各管脚如图3.1所示。T7工二lT ry1 (STVFkjTF*O 1 ro per POTPOSiTa/vpALEZ/PSTC SOC 5 JI4 0303S3V35N. -133S 1二 9二呂二“二 62芦132 I3.1 STC89C52 管脚图(1) 主电源引脚(2根)VCC(Pin40):电源输入，接+ 5V电源GND(Pin20):接地线(2) 外接晶振引脚(2根)XTAL0(Pin 18):片振荡电路的输入端XTAL1(Pin19):片振荡电路的输出端（3）控制引脚 （4 根 ）RST/VPP（Pin9） ：复位引脚，引脚上有 2

9、 个机器周期的高电平，可以使单片机复位。ALE/PROG（Pin30） ：地址锁存允许信号PSEN（Pin29） ：外部存储器读选通信号EA/VPP（Pin31） ：程序存储器的外部选通，当接低电平时，从外部程序存储器读指令；如果接高 电平，就从部程序存储器读指令。（4）可编程输入 / 输出引脚 （32 根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O 口，分别为P0-P3 口，每个口有8根引脚，共有32 根。PO口（Pin39 Pin32）:名称为 P0.0 P0.7。P0 口是一个 8 位的双向 I/O 口。 作为电路输出口，每一位都能驱动 8 个逻辑电平（晶体管 . 晶体管逻辑电平）。

10、P1 口 （Pi n1Pin 8）:名称为P1.0P1.7。P1 口是一个8位双向I/O 口，它具备部上拉电阻， p1 输出缓冲器，是能驱动四 个 TTL 逻辑电平。在 P1 端口写“ 1”时，部有上拉电阻，会把端口 拉高，此时能作为输入口使用。而作为输入口使用时，由于部电阻的原因，被外部拉低的引脚将输 出电流（TTL）。此外，定时器/计数器2将由P1.0和P1.2充当，外部计数输入（P1.0/T2 ）和时器 /计数器2的触发输入（P1.1/T2EX ），具体如下所示。P1 口在flash编程和校验时，接收低 8位地址字节 2 。P1 引脚第二功能P1.0: T2 （定时器/计数器T2的外部计

11、数输入），时钟输出P1.1: T2EX （定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 : MOSI （在线系统编程时用到）P1.6 : MISO（在线系统编程时用到）P1.7 : SCK（在线系统编程时用到）P2 口 （Pin21Pin28）:名称为P2.0P2.7。P2 口是一个的 8位双向I/O 口，它具有部上拉的 电阻， 4 个 TTL 逻辑电平都由 P2 输出缓冲器驱动。 对 P2 端口写“1”时，端口被部上拉电阻拉高， 此时可以作为输入口使用。而作为输入端使用时，由于部电阻的原因，被外部拉低的引脚将输出电 流（IIL ）。在用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MO

12、VX DPT）或访问外部程序存储器时，高八位地址被 P2 口送出。在这种应用中，会使用很强的部上拉，并用 P2 口发送 1。在使用 8 位地 址（如MOVXI）访问外部数据存储器时，P2锁存器的容由P2 口输出。在flash编写和验证时，高8位地址字节和一些控制信号也被P2 口接收到2。P3 口（Pin 10Pin 17） : 8位准双向I/O 口线，名称为 P3.0P3.7。P3 口是也一个的 8位双向 I/O 口，同时具有部上拉的电阻， 4 个 TTL 逻辑电平都由 p2 输出缓冲器驱动。对 P3 端口写“ 1” 时，此时它可以作为输入口使用，而且部上拉电阻会把端口拉高。作为输入使用时，由

13、于部电阻的 原因，被外部拉低的引脚，将输出电流（IIL ）。 作为STC89C52特殊功能（第二功能），P3 口也可这样使用，如下表所示。在flash编写程序和校正检验时，P3 口也会接收一些控制信号3。端口引脚 第二功能P3.0 RXD（ 串行输入口 ）P3.1 TXD（ 串行输出口 ）P3.2 INTO（ 外中断 0）P3.3 INT1（ 外中断 1）P3.4 TO（ 定时/计数器 0）P3.5 T1（ 定时/计数器 1）P3.6 WR（ 外部数据存储器写选通 ）P3.7 RD（ 外部数据存储器读选通 ）另外，一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号也会用P3 口接收。RST复位输入

14、。当振荡器开始工作时，两个机器周期以上高电平会出现在RST引脚上，这将使单片机复位。ALE/PRO当在访问数据存储器或外部程序存储器时，地址的低8位字节用ALE（地址锁存允许）输出脉冲锁存。一般情况下，ALE输出固定的脉冲信号，其大小为时钟振荡频率的1/6，因此对外输出时钟或用于定时目的就会用到它。要注意的是：每次在访问外部数据存储器时侯，都会跳过一个 ALE脉冲。在编程FLASH存储器期间，输入编程脉冲（PROG还会使用该引脚。在必要的情况下，要禁止 ALE操作，可通过对 DO位置位来实现，其中 DO位位于特殊功能寄存 器（SFR区中的8EH单元。该位置位后，想将 ALE激活，只有一条 MO

15、V和MOVC旨令才能实现。此 外，它会微弱的拉高该引脚，应设置 ALE禁止位无效，当单片机执行外部程序。PSEN外部程序存储器的读选通信号是程序储存允许（PSEN输出，在单片机由外部程序存储器取数据（或指令）时，在每个机器周期，各有两次PSEN的有效，即在输出两个脉冲期间，将跳过两次PSEN信号，每当访问外部数据存储器的时候 5。EA/VPP是外部访问的允许，欲使外部程序存储器（地址为OOOOH.FFFFH仅被CPU访问，保持低电平（接地）是EA端必须保持的状态。需注意的是：如果在编程加密位LB1，部会锁存EA端状态，每当复位的时侯。如EA端接Vcc端（为高电平），部程序存储器的指令被CPU执

16、行。在编程FLASH存储器的时候，加上+12V的编程地该引脚允许电源 Vpp,当然这必须是使用 12V 编程电压Vpp于该器件。3.2 DS1302时钟芯片为了实现无线控制计时和定时等功能，此设计采用了DS1302实时时钟芯片。美国 DALLAS公司推出的DS1302是一种高性能、带RAM低功耗的实时时钟电路，它具有闰年补偿功能， 可以对星期、时、分、秒、年、月、日进行计时，工作电压为3.5V5.5V冋。同步通信采用三线接口与CPUS行，并可一次传送多个字节的RAM数据或时钟信号，其中采用突发方式。DS1302部有一个用于临时性存放数据的31 X 8的RAM寄存器。DS1302与DS1202兼

17、容，是DS1202的升级产品，但增加了后背电源 /主电源双电源引脚，同时提供了一种新的能力，那就是对后背电源进行涓细电流充电。3.2.1 引脚功能及结构在DS1302的引脚中,VCC2为主电源，Vcc1为后备电源。在关闭主电源的情况下，也能保持连续运行时钟。DS1302由Vcc2或Vcc1两者中的较大者供电。当 Vcc1 + 0.2V小于 Vcc2时，DS1302由 Vcc2供电。当 Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。振荡源是 X1和X2,由32.768kHz晶振外 接。复位/片选线是RST管脚，把RST输入驱动置高电平，所有的数据传送可以被启动。RST输入有两种功能：首先，

18、允许地址 /命令序列送入移位寄存器，当 RST接通控制逻辑时；其次， RST提供多 字节数据或终止单字节的传送手段 7。所有的数据在 RST为高电平时，传送被初始化， DS1302被允 许进行操作。如果 RST置为低电平，若传送则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。在 Vcc2.5V之前，上电运行时，保持低电平对 RST来说是必要的。当 SCLK为低电平时，才能使 RST为 高电平状态。I/O为串行数据双向端（输入输出），后面则会有详细说明。时钟输入端为 SCLK下图为DS1302的引脚功能图专业 .专注322 DS1302 的控制字节DS1302的控制字节的最高有效位 （位7）必须是逻

19、辑1，如果它为0,则不能把数据写入 DS1302 中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。3.2.3 数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟 8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出 DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。3.2.4 DS1302 的寄存器DS1302有12个寄存器，其中有 7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为B

20、CD码形式，其日历、时间寄存器及其控制字见表1。此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等8。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个 8位的字节，其命令控制字为C0H- FDH其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的 RAM的 31个字节，命令控制字为 FEH（写）、FFH（读）。3.3 液晶显示屏LCD1602本系统中使用的显示器是液晶显示器LCD1602，它由一定数量的彩色

21、或黑白像素组成，是平面超薄的显示设备。3.3.1 LCD1602 特点说明液晶显示模块由于具有低功耗、寿命长、体积小、显示容丰富、价格低、接口控制方便等优点， 因此在各类电子产品中被极广泛地推广和应用。字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母、数 字、符号等点阵式液晶显示模块910。本系统设计采用字符型液屏显示模块LCD1602作为显示器件，这样不仅简化了系统的硬件设计，而且极提高了系统的可靠性。字符型液晶显示模块LCD1602是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。LCD1602可以显示两行，每行 16个字符，采用+ 5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比11。3.3.2

22、 LCD1602 功能介绍LCD1602各引脚功能如表3.2所示。表3.2 LCD1602管脚功能表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极（1）基本操作时序：LCD1602读写操作时序总体上来说是比较简单的，掌握其有两种方法：一种是直接看时序图, 另外一

23、种方法是直接记忆和总结读写时电平高低和变化。很显然第二种更简单、直接，下面就列出 典型读写的时序要求，以方便编写程序 12。读状态-输入:RS=LR/W=HE=H输出：D0-D7=状态字写指令-输入:RS=LR/W=L。047=指令码，E=高脉冲输出：无读数据-输入:RS=HR/W=HE=H输出：D0-D7=数据写数据-输入：RS=HR/W=LD0-D7= 据，E=高脉冲输出：无（2）状态字说明:表3.3状态字表STA0STA1STA2STA3STA4STA5STA6STA7D0D1D2D3D4D5D6D7表3.4状态字读写使能表STA0-6当前数据地址指针的数值STA7读写操作使能1 :禁止

24、0 :允许对控制器每次进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保STA7为0（3）指令说明12表3.5显示模式设置表指令码功能0011 1000设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口表3.6显示开/关及背光灯设置表指令码功能0000 1DCBD=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示光标B=1光标闪烁；B=0光标不显示0000 01NSN=1当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=1当写一个字符，整屏显示左移（N=1 ）或右移（N=0，以得到光标不移动而屏幕移动的效果S=0当写一个字符，整屏显示不移动（4）数据控制控制器部有

25、一个数据地址指针，它们可以被用户用于访问部的、全部的80字节RAM。（5）数据指针设置表3.7数据指针设置表指令码功能设置数据地址指针80H+地址码（0-27H，40-67H）(6)其他设置表3.8其他设置指令表指令码功能01H显示清屏：1数据指针清零2所有显示清零02H显示回车：数据指针清零3.3.3 LCD1602 初始化过程延时15ms(2)写指令38H(不检测忙信号)延时5ms(4)写指令38H(不检测忙信号)写指令5ms(6) 写指令38H(不检测忙信号)(7) 之后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号(8) 写指令38H:显示模式设置(9) 写指令08H:显示关闭(10)

26、写指令01H:显示清屏幕(11) 写指令06H:显示光标移动设置(12) 写指令0CH显示及光标设置133.4 无线NRF24L01芯片NRF24L01是一款Nordic公司推出的新型单片射频收发器件， 工作于2.4GHz2.5GHz ISM频段。 置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置 14。NRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率发射时， 工作电流只有9mA接收时，工作电流只有12.3mA, 多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。RF24L01主要特性如下：GFSK调

27、制；硬件集成 OSI链路层；具有自动应答和自动再发射功能； 片自动生成报头和 CRC校验码；数据传输率为IMb/s或2Mb/s; SPI速率为OMb/s10Mb/s; 125个 频道；与其他 NRF24系列射频器件相兼容；供电电压为1.9V3.6V 15。3.5 参数存储AT24C02芯片美国ATMEL公司开发的AT24C02是低功耗CMOSH亍EEPROM它是具有工作电压宽 (2.5V-5.5V)、 含256x8位存储空间、写入速度快 (小于1Oms)等特点、擦写次数大于 10000次22。AT24C02是带有片地址寄存器的存储芯片。每读出或写入一个数据字节后，在这个地址寄存器 上自动加一，

28、用于对下一个存储单元的读写的实现。均以单一操作方式读取所有字节。为了降低写 入的总时间，在一次操作中，可写入多达8个字节的数据。专业.专注4. 系统的硬件架构本设计包括USB电源模块、单片机最小系统、无线收发模块、时间显示模块、时钟模块和按键 模块。另外还有电路总开关、无线信号感应电路和继电器输出电路的设计，因为电路总开关与USB供电接口较近，且比较简单，所以归于USB电源模块中，后文不再详细介绍。同理，无线信号感应电路归于单片机模块。4.1 USB电源模块由于系统中使用单片机等精密芯片，为了保证电路的正常稳定运行以及电路的简化，特为电路图4.1 USB接口电路图电源总开关选用按键自锁直键开关

29、，连接其5， 6脚。则未按下时，4，6脚接通，断路电源未接通；而按下时，5， 6脚接通，电源接通。4.2单片机最小系统本设计的单片机最小系统主要包括STC89C52芯片，晶振电路和复位电路。4.2.1 晶振电路图4.2 晶振电路图晶振电路部有一个高增益反相放大器，它是用于构成振荡器的部分，引脚XTAL1和XTALO分别是此放大器的输出端和输入端。时钟可以由部方式产生，也可由外部方式产生。部方式的时钟电路 如图4.2所示，外接定时元件在 XTAL0和XTAL1引脚上，自激振荡就会在部振荡器上产生。定时元件通常采用并联谐振回路，它一般由石英晶体和电容组成的。晶体振荡频率的围很广，可以在1.212M

30、Hz之间选择，电容值则在 作用23。530pF之间可以选择，控制电容值的大小，就可以对频率起微调的单片机晶振之中的两个电容的作用：这两个电容，其实是晶振的负载电容，它们分别接在对地的电容和晶振的两个脚上，一般在几十皮法。它会影响到晶振的输出幅度和谐振频率。晶振的负载电容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+ C,式中Cg, Cd为分别接在对地的电容和晶振的两个脚上，3( PCB上电容)+Cic (集成电路部电容)，经验值为3到5pF。4.2.2 复位电路最小系统复位电路如图 4.3所示。g5 niIIQIIIUli|图4.3复位电路图单片机总要涉及到复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好

31、坏，会直接影响到整个系统工 作的可靠性。许多用户在实验室调试成功后，并在设计完单片机系统，而在现场时却出现了 “程序 走飞”、“死机”等现象，这主要是单片机的复位电路设计不完善造成的24。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还 要经过一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机复位电路参数的选定须在振荡稳定后保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。单片机复位电路主要有四种类型：微分型复位电路；积分型复位电路；比较器型复位电路；看门狗型复位电 路25。因本设计需要达到手动控制的目的，所以

32、当分机电源已开时，其中复位键按下后，单片机重置， 分机接收到信号，控制继电器关闭电源，就可实现手动控制电源开关。423 最小系统整体图最小系统整体电路如图4.4所示。j IQuTC41OKCSNA-1LSOP1OP12P19 P14P15P16P17RESET RXD二亡TXD-P31IMTO/F33 EMTIjPSM WPM T13-5iWltF3eSS-P5 7I*MlW3PO4P05P07 eXvp AJLHP 二、P2 7P2frtl- 2 14 二 n22 卫卩p Prr-c8sc：52GimXI图4.4最小系统电路图4.2.4 无线信号感应电路该功能主要由分机单片机编程完成，发光二

33、极管负极连于单片机STC89C52的P0.7管脚，硬件电路如下图所示。lI1图4.5无线信号感应电路4.3无线收发模块本设计中无线接收与发射模块都采用NRF24L01芯片，但与单片机的连接管脚不相同，设计采用8线插槽实现单片机STC89C52与 NRF24L01模块的连接，从单片机控制的角度来看，我们只需关 注NRF24L01的六个控制和数据信号，分别为 CSN SCK MISO MOS、IRQ CE?6。NRF24L01芯片与STC89C52芯片连接电路图如下图 4.6和图4.7所示。UnF P：P：F： FP：F：FLQ比L415L17RJI?ESI备rET2S27 GE26 XIO SI

34、 UKIRQa3 AIISOIRQMCJSi髯族VCC|P2O图4.7从机NRF24L01芯片与STC89C52芯片连接电路图4.4时钟模块本设计中的 DS1302芯片的SCLK DSIO和RST引脚与STC89C52芯片相连接。X1和X2是振荡源, 外接32.768kHz晶振，为主控芯片提供外部时钟频率。其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。时钟模块电路如图 4.8所示。4.5液晶显示模块液晶LCD1602的D4-D7引脚与STC89C52芯片的P2 口相接，而控制引脚 RS R/W CS则

35、分别接P00, P01，P02。引脚3接一个10K的滑动变阻器来调整对比度，从而达到合适的背光灯对比度。液晶显示模块电路如图 4.9所示。4.6| I czcK1、本设计中，主机设置有七个按键，其中复位键属于复位模块，就不再赘述。其余六个按键 key1-key6接到单片机STC89C52的 P32-P37起到调节时间日期等功能。六个键分别是：切换键开启电源时间显示键 K2、关闭时间显示键 K3上调键K4、下调键K5和确认键K& 按键模块电路如下图 4.10所示。4.7参数存储模块专业 .专注.K IK工:警一图4.11 AT24C02芯片与STC89C52芯片连接图如图4.11所如图4.11所

36、示，AT24C02的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在系统主板 上它们都接地,第丄8脚和第4脚分别为正、负电源。第 5脚SDA为串行数据输入/输出，数据通过这 条双向I C总线串行传送，在系统主板上和单片机的P27连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，在系统主板上和单片机的P26连接。SDA和SCL都需要和正电源间各接一个4K7的电阻上拉。第 7脚需要接P25。4.8继电器输出电路设计现代自动控制设备中，都存在互相连接的问题，即一个电子电路与电气电路的。一方面要能够控制电气电路的执行元件（电动机，电磁铁，电灯等 ），另一方面又要为电子线路的电气电路提供良 好的电隔离，以保护人身

37、的安全和电子电路27。电子继电器便能完成这一桥梁作用。系统中使用5VDC输入220VAC输出型固态继电器。继电器线圈由PNP型三极8550驱动，如图4.12所示，在继电器的长开触点上由输出端子JP2的1,2脚连接，一旦达到指定的时间，系统会自动关闭或开启继电器。若加一个二极管到继电器的线圈两头，可吸收继电器线圈断电时产生的反 电势.防止干扰。继电器输出电路如图4.12所示。5. 系统的软件设计系统硬件电路设计完成之后，就要进行软件的设计和调试。如果没有软件来控制硬件电路和外 围设备，系统仍然是不完善的。在程序方面，采用模块化设计的方法，这样既减小了编程难度、使 程序易于理解，又能便于添加各项功

38、能。运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块 不匹配，会出现意想不到的错误。5.1 开发语言和开发环境51 单片机的编程语言常用的有二种，一种是汇编语言，一种是C 语言 .在高级语言中， C 语言还是比较接近硬件的语言，而且比起汇编语言来说，C 语言比汇编语言更符合人们的思维习惯，用 C 语言进行系统开发者可以更专心地考虑算法而不是考虑一些细节问题。 使用像 C 语言进行嵌入式系统开发时，程序员不必十分熟悉处理器的运算过程，这就意味着对新的 处理器也能够很快上手，并不必知道处理器的具体部结构。 C 语言同其他编程语言相比，具有以下 优点：(1) 编程调试方便。 当前几乎所有的嵌入式系

39、统都有相应的C 语言级别的仿真调试系统， 调试十分方便。(2) 生成代码编译效率高。当前较好的 C 语言编译系统编译出来的代码效率比直接使用汇编低 20%左右，如果能优化编译甚至可以更低。(3) 模块化开发性好。(4) 可移植性好。(5) 项目的维护管理容易 28 。由于本设计是 51 单片机控制系统， 利用 C 语言开发较之汇编语言有更好的效果，所以本系统的程序采用C语言编写。而C语言开发在 Windows视窗系统下有许多的的交叉编译环境，如Visual C+6.0 、VS2003和Keil卩Vision4 等软件。美国Keil Software公司出品的51系列单片机C语言Keil软件开发

40、系统，与汇编相比，C语言在结构性、可读性、功能上、可维护性上有明显的优势，因而易用易学。Keil软件提供功能强大的集成开发调试工具和丰富的库函数，界面是全Windows。另外重要的一点， Keil 有非常之高的生成目标代码效率，由多数语句生成的十分紧凑的汇编代码，让人容易理 解。在开发大型软件的时候，更能体现高级语言的优势 27 。综合以上C语言的优点，本系统采用C语言在Keil编程环境下编程、调试，待调试完程序后，设置Keil单片机模拟调试软件使其编译生成可下载到实验板里的“.hex ”文件，用STC_ISP下载程序时选择需要下载的“ .hex ”文件下载到系统单片机里面即可。5.2 系统软

41、件的总体说明无线电源开关控制器的功能是在程序控制下实现的。 该系统的软件设计方法与硬件设计相对应， 按整体功能分成多个不同的程序模块，分别进行设计、编程和调试，最后通过主程序将各程序模块 连接起来。本系统的软件部分主要进行时间显示程序、日期显示程序、时间调整程序、定时开关时 间调整程序和延时程序的设计，按键的输入扫描等。程序开始运行后要进行初始化，包括设置定时器、LCD1602 DS1302 NRF24L01、AT24C02及端口的初始化。发送端 AT89S52完成初始化后，日历信息通过LCD1602显示出来，当实时时间与设定的开启关闭时间相同后，LCD1602上显示的时间仍然照常走动，时钟芯

42、片向单片机发出中断请求，主机把NRF24L01配置成PTX工作模式。启动NRF24L01发送数据，若从按键模块接收到数据，则将相应标志位置1，并将对应编号显示于LCD显示屏。若发送成功，则产生 TX_DS中断。若重发超限，则产生 MAX_RT中断。若发送目标 成功，则发送继续，否则对发送数据进行出错处理 28 。接收端AT89S52完成初始化后.把NRF24L01配置成PRX工作模式。当正确接收数据时，NRF24L01产生接收中断标志 ，AT89S52从NRF24L01读取数据并校验数据标志位，如果对应标志位为1，通过改变电平，使继电器接通，以控制电源通断，则点亮LED指示灯。此时，若按下主机

43、复位键，可手动控制关闭分机电源。5.3软件设计总体流程图(a)，( b)软件设计总体流程图主要分为发送端流程图和接收端流程图，具体流程如图5.1所示。(a)发送端流程图图5.1(b)接收端流程图发送端流程图和接收端流程图5.4按键输入模块系统中有七个按键，即：复位键S1、切换键K1、开启电源时间显示键 K2、关闭时间显示键 K3、上调键K4、下调键K5和确认键K6。（1）按下S1键，系统中如分机处于开启状态，则分机直接关闭电源。（2） 按下K1键，系统进入设置状态，再按下 K1键，可在年、月、日、时、分、秒、星期上停 留，此时再按下上调键 K4键，即可进行加一操作，按下下调键 K5即可进行减一

44、的操作，设置完所 有项目后，再按确认键 K6即可。（3） 按下K2键或K3键会进入到开启或关闭时间显示界面，再按K1键可设置时间，设置完后， 再按确认键K6即可。5.5液晶显示模块液晶显示驱动程序。LCD1602的程序主要是对部控制器进行操作，如液晶初始化，读，写，判 忙，制定位置等，这些操作驱动程序有子函数构成。5.6时钟处理程序DS1302数据处理要始终对部的数据进行处理获得液晶显示需要的字符。主要包括DS1302的初始化，读一个字节，写一个字节，读写，数据处理等函数组成。 对DS1302读写数据命令、DS1302RAM 读写命令和寄存器标志容的了解，实现计时，调时程序很容易。在程序中尽量

45、使用位移、位或、位与来实现乘除法，这样可以节约单片机的处理时间。最后将时分秒年月日分解为字符送给液晶显示 16。部分流程图如图5.3所示。DS1302初始化设置DS1302读年月日星期时分秒将读取的数据处理后送液晶屏显示图5.3 DS1302读写流程图专业.专注5.7参数存储模块工艺参数存储部分由 AT24C02作为外围存储区。AT24C02有2K的存储空间，具有I 2C接口，可 以与单片机之间通过软件模拟|2C时序建立|2C通信，实现读取和存储数据。它通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。这里 只用到一片 AT24C02芯

46、片，所以不需要地址识别28。编程之前要掌握|2C器件的读写操作时序，写 AT24C02部分程序流程图如上图 5.4所示。（1）I2c总线起始和停止条件AT24C02是基于|2C总线的器件，在|2C总线技术规中，起始条件（S）和停止条件（P） 般是由主 器件产生的。起始条件表明一个l2C总线传送的开始，停止条件则表明|2C总线通信的结束。SCL为高电平时，SDA由高电平到低电平的跳变被定义为起始条件，而SDA有低电平到高电平的跳变未停止条件25 o |2C总线在起始条件以后被认为处于忙状态，在停止条件以后，如果没有起始条件产生， 这段时间总线可以被认为是处于空闲状态。（2）|2C总线的位传输|

47、2C总线协议的技术规中规定每次发到|2C总线SDA上的数据必须是一个字节，但每次传输可以发送的字节数量是不受到限制的27 o传输的数据字节按照由高位到低位的顺序发送，每发送一个字节后必须跟一个响应位如果AT24C02在接收到下一个字节之前需要一定的时间对当前的数据进行 处理，那么在AT24C02完成当前数据的接收后将保持SCL为低电平，通知单片机进入等待状态，直 到AT24C02准备好接收下一个字节数据，释放时钟线SCL,单片机才可以继续发送数据（3）|2C总线上的数据响应在响应脉冲期间，AT24C02将总线拉低，并使得 SDA在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的 低电平。AT24C02响应信

48、号结束后，SDA返回高电平，进入下一个传送周期。图5.4写AT24C02程序流程图专业专注6. 系统测试及数据分析6.1距离测试测试不同障碍物下，主机控制分机开关机有效距离，结果如下表6.1所示。表6.1距离测试障碍物材料无障碍物/m有障碍物/m书本桌子砖石等9-10m钢板等金属10m-12m6-8m玻璃9-10m结论：障碍物影响信号的发射接收，而金属物影响相对更大。6.2自动开关机模式测试提前设定好开关机时间，测试实时时间，是否相符。（其中开机时间设定为 10： 00，关机时间设为13： 00）自动模式测试结果如下表 6.2所示。表6.2自动模式测试显示时间交换机状态（LED反馈）10： 0

49、0： 02灯亮13： 00： 01灯灭6.3手动控制模式测试手动设置开机时间，复位键代替关机键，测试实时时间是否相符。（其中开机时间设定为 14： 00，关机时间设为15： 00）自动模式测试结果如下表6.3所示。表6.3手动模式测试显示时间交换机状态（LED反馈）14： 00： 01灯亮15： 00： 01灯灭6.4多通路模式用一个单片机主机控制几个分机，且控制对象在不同的地方，测试结果如下表6.4。表6.4多通路测试机组距离/m显示时间交换机状态（LED反馈）11016： 00-17 : 00灯亮/灯灭2416： 00-17 : 00灯亮/灯灭结论：测试6.2、6.3、6.4显示LED灯正

50、常反馈，说明电路功能正常。结论在本次毕业设计课题的研究中 , 我大有收获。 首先在选择毕业设计课题时， 我本着巩固所学理论 知识，加强实际动手能力，增加对现代科技特别是无线和通信方面的了解，圆满完成大学本科学业 的想法，选了节能型交换机无线开关控制的设计这一实际而又有挑战性的课题。应用单片机的定时中断功能，该设计可以进行定时控制，并通过NRF24L01将信号送给接收部分，在定时时间到达时，接收端控制继电器闭合，通过 LED 灯可实现信号的反馈。如果对该系统加以开 发利用，只要检测到用户请求，家电就能实现开关机，那家电智能化的时代就会更丰富。经过四年学习的积累，在已经掌握相关专业方面知识及其它各

51、方面知识的情况下，我认真且严 肃的完成了我的毕业设计。这次毕业设计历时至少 3 个月，由一开始的确定课题，再到后来的资料 查找、理论学习应用，再有就是近来的软件设计、硬件电路组建、结果分析和测试过程。这一切都 使我的理论知识理解力和动手能力得到很大的加强。可以说是一次全面综合的电路知识检验。在通信理论的学习和实际芯片的识别、电路的组建、分析以及后来的测试过程中，我不可避免 地遇到各种问题，我在积极思考的前提下，请教了同学或指导老师，比较顺利的一一解决了问题， 圆满完成了设计制作。这次毕设对我的精神、面对困难的积极心态都有极大的考验，我也曾消沉止步不前，但在周围 拉奥是的和同学的感染下，我从困境

52、中挺了过来。我在这个过程中深刻的感受到了做毕业设计的意 义所在，那就是坚持不放弃就会成功。专业 .专注本课题的研究和论文的完成是在菊叶老师的耐心指导和热情帮助下完成的。老师严谨的治学态 度、丰富的实践经验、兢兢业业的工作精神都使我受益匪浅。老师豁达的胸怀对我树立正确的人生 观和价值观产生了积极的影响。在老师的指点和关注下，我的理论知识理解和动手经验都得到了很 大的提高。在我人生道路上，老师无微不至的关注让我更加坚稳的走好每一步。跟随老师学习以来， 我获得了一生中最宝贵的财富，就是丰富的知识和如何运用它的方法。在此谨向曾老师表示崇高的 敬意和衷心的感 !感老师在研究工作中对我进行的悉心指导，使我

53、的论文的撰写得以顺利进行。为我的学习提供 了良好的条件，成功的完成了毕设的软硬件设计。最后感我的父母，你们对我的无私关爱让我健康成长到了今天。我顺利的完成了大学的学业， 即将成为一个就要步入社会的人，我会实现自我的价值，为自己、家庭，更为社会做出更大的贡献！参考文献1 黄智伟单片无线数据通信IC原理与应用M航空航天大学，2004: 12-34.2 王宜怀.单片机原理及其嵌入式应用教程M.:希望电子，2002;68-84.3 志平，国良.基于nNRF24L01的近距离无线数据传输J.应用科技，2008(3).4 邵贝贝，龚光华.单片机认识与实践M.:航空航天大学，2006: 54-66.5 自美电子线路设计实验测试M :华中理工大学，1992. 何立民.单片机应用系统设计M.:航空航天大学，1993: 68-89.7 楼然笛单片机开发M 人民邮电，1994: 122-134.8 付家才单片机控制工程实践技术M.化学工业，2004.3.9 光才单片机课程设计实例指导M.:航空航天大学，2004.3.10 朱定华.单片机原理及接口技术实验M.:北方交通大学，2002.11.11 湘涛，江世明单片机原理与应用 M :电子工业，2006.12