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智能插座設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師 占志彪 智能插座的現(xiàn)狀 智能插座控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目前市場(chǎng)上的排插功能太過(guò)于簡(jiǎn)單 很多時(shí)候滿(mǎn)足不了人們需要 比如我們經(jīng)常遇到的就是電瓶車(chē)充電時(shí)間一般是9個(gè)小時(shí)左右 時(shí)間太長(zhǎng)很容易磨損電池 太短那晚上充電充不滿(mǎn) 他們往往又不希望去車(chē)庫(kù)給它充電 或給車(chē)充電了在白天 晚上不想在車(chē)庫(kù)或忘了拔掉電源 從而造成極大的不便 因此 我們提出這個(gè)課題的想法 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)直流控制繼電器來(lái)完成定時(shí)開(kāi)關(guān)功能的使用 例如 打開(kāi)一定時(shí)間斷開(kāi)或者定時(shí)打開(kāi) 智能插座已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?廣泛用于個(gè)人家庭以及一些公共場(chǎng)所 給人們的生活 學(xué)習(xí) 工作 娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便 由于單片機(jī)控制電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù) 使智能插座具有定時(shí)準(zhǔn)確 性能穩(wěn)定 攜帶方便等優(yōu)點(diǎn) 研究框架 1 基于單片機(jī)的智能插座的硬件設(shè)計(jì)部分2 軟件程序設(shè)計(jì)部分3 硬軟件調(diào)試 智能插座的硬件系統(tǒng)具體電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支是單片機(jī)微型計(jì)算機(jī) 同時(shí)其也是頗具生命力的機(jī)種 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī) 尤其在控制領(lǐng)域中的地位更為顯著 所以又被稱(chēng)為微控制器 一般情況下 單塊集成電路芯片構(gòu)成了單片機(jī) 其內(nèi)部所含有的基本功能部件有 I O接口電路 存儲(chǔ)器和中央處理器等 因此 單片機(jī)只需要結(jié)合適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備 就可以成為一個(gè)完整的單片機(jī)控制系統(tǒng) 本課題采用的型號(hào)為STC89C52的單片機(jī) 允許工作的時(shí)鐘為0 24MHz STC89C52采用的是Flash存儲(chǔ)器技術(shù) 含有2K字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器 128字節(jié)的片內(nèi)RAM 共有20個(gè)引腳 體積小靈巧 STC89C52主要性能 和MCS 51產(chǎn)品的兼容 可重編程閃速存儲(chǔ)器2K字節(jié) 耐久性 1 000 擦除周期 2 7V 6V的操作范圍 全靜態(tài)操作 0Hz 24MHz 兩級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 128 8位內(nèi)部RAM 可編程I O引線(xiàn)15 兩個(gè)十六位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 六個(gè)中斷源 可編程串行UART通道 直接LED驅(qū)動(dòng)輸出 片內(nèi)模擬比較器 低功耗空載和掉電方式 附 引腳介紹論文中有詳細(xì)說(shuō)明 系統(tǒng)的復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位 從初態(tài)開(kāi)始工作 并使CPU及系統(tǒng)各個(gè)部件都處于初始狀態(tài) 單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)從RST引腳輸入到內(nèi)部的觸發(fā)器中 當(dāng)振蕩器穩(wěn)定且系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí) 如RST引腳上出現(xiàn)一個(gè)高電平并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期 那么CPU就能響應(yīng)然后將系統(tǒng)復(fù)位 假如采用12MHZ的晶振 那么復(fù)位時(shí)間大約是12 S 復(fù)位電路的基本功能是 系統(tǒng)上電并提供復(fù)位信號(hào)一直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定 然后撤銷(xiāo)其復(fù)位信號(hào) 電源穩(wěn)定后有一定的延時(shí)后才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào) 這是為了可靠這一因素 為了防止電源插頭分 合的時(shí)候引起抖動(dòng)從而會(huì)發(fā)生復(fù)位 有效的信號(hào)是單片機(jī)復(fù)位信號(hào)為高電平 圖4 6單片機(jī)復(fù)位電路 晶振電路模塊 STC89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反響放大器 引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端 這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器 外接石英晶體或者陶瓷諧振器及電容C1 C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路 對(duì)外接電容C1 C2雖然沒(méi)有嚴(yán)格要求 但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低 振蕩器工作的穩(wěn)定性 起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性 因此 此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz 電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容 電容值約為30 F 在焊接刷電路板時(shí) 晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近 以減少寄生電容 更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作 圖4 7晶振電路 顯示電路模塊 采用LCD作為顯示電路 可以節(jié)省電路空間 此外 LCD還有外形美觀等優(yōu)點(diǎn) 顯示電路設(shè)計(jì) 圖4 15LCD1602電路原理圖 系統(tǒng)的鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 方案選擇 方案一 矩陣鍵盤(pán) 行 列母線(xiàn)構(gòu)成的矩陣電路交叉構(gòu)成其各個(gè)按鍵觸點(diǎn) 如果把行母線(xiàn)逐行置0 那么列母線(xiàn)用作信號(hào)輸入線(xiàn) 一個(gè)鍵被啟動(dòng)時(shí) 那么該鍵將行 列母線(xiàn)相通 方案二 獨(dú)立鍵盤(pán) 如圖4 9所示 每個(gè)鍵都有一根信號(hào)線(xiàn)與單片機(jī)電路相連 所有按鍵都有一個(gè)公共地或公共正端 每個(gè)鍵相互獨(dú)立互不影響 當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí) 無(wú)論其它鍵是否被按下 信號(hào)線(xiàn)由1變?yōu)? 當(dāng)松開(kāi)此鍵時(shí) 無(wú)論其它鍵是否被按下 信號(hào)線(xiàn)由0變?yōu)? 根據(jù)本次設(shè)計(jì)十幾情況按鍵使用較少 所以采取方案二獨(dú)立按鍵 鍵盤(pán)電路 時(shí)鐘控制模塊 采用的是單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊原理圖 TLC1543管腳圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是測(cè)量電路的核心模塊 繼電器的運(yùn)作 在這里 我們只了解它跟本電路有關(guān)的開(kāi)關(guān)作用 首先把三極管想成一個(gè)水龍頭 上面的Vcc就是水池 繼電器是一個(gè)水輪機(jī) 下面的GND是比水池低的任何一 剛才說(shuō)過(guò) 三極管就是水龍頭 它的把手就是那個(gè)帶有電阻的引腳 現(xiàn)在 單片機(jī)的某一個(gè)需要控制這個(gè)繼電器電路的輸出引腳就是一只 手 當(dāng)單片機(jī)的這個(gè)引腳輸出低電平的時(shí)候 就像 手 在打開(kāi)三極管 水龍頭 水就從上往下流 繼電器 水輪機(jī) 就開(kāi)始轉(zhuǎn)起來(lái)了 反之 如果是輸出高電平 手 就開(kāi)始關(guān) 水龍頭 繼電器 水輪機(jī) 因?yàn)闆](méi)有水流下來(lái) 就會(huì)停止 這就是三極管的開(kāi)關(guān)作用 簡(jiǎn)單的理解和記憶就是 三極管是一個(gè)開(kāi)關(guān)器件 其實(shí)你真的可以將它看成是一個(gè)開(kāi)關(guān) 只不過(guò)它不是用手來(lái)控制 而是用電壓 電流 來(lái)控制的 因此 三極管有些時(shí)候也被稱(chēng)做電子開(kāi)關(guān) 與機(jī)械開(kāi)關(guān)相區(qū)別 圖上還有一個(gè)東西就是繼電器線(xiàn)圈兩端反相并聯(lián)的二極管 起到吸收反向電動(dòng)勢(shì)的功能 保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管 只要是用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器的場(chǎng)合 一般都有它的存在 需要特別注意的是它的接法 并聯(lián)在繼電器兩端 陰極一定是接Vcc 圖4 8繼電器電路 軟件程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由單片機(jī)C語(yǔ)言編寫(xiě)而成 采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主要實(shí)現(xiàn)的功能是 把單片機(jī)控制技術(shù) 鍵盤(pán)掃描與顯示有機(jī)的結(jié)合起來(lái) 運(yùn)用繼電器 鍵盤(pán)按鈕等完成基于單片機(jī)STC89C52的智能插座系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)的功能包括通過(guò)單片機(jī)控制電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能并在顯示電路中顯示定時(shí)時(shí)間 程序流程圖 單片機(jī)硬軟件調(diào)試 1 硬件調(diào)試在完成設(shè)計(jì)的樣品后進(jìn)入測(cè)試階段 其重要的目的是找出樣品的故障或者設(shè)計(jì)上的漏洞和工藝上的故障 1 脫機(jī)檢查 檢測(cè)地址總線(xiàn) 數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)上會(huì)不會(huì)存在短路現(xiàn)象 使用萬(wàn)能表檢測(cè)電源盒引腳連接的正確性 2 調(diào)試 除去EPROM和CPU 測(cè)試各個(gè)接口電路能否滿(mǎn)足需求 需要調(diào)試很多次 2 軟件調(diào)試軟件測(cè)試有利用交叉匯編 匯編語(yǔ)言調(diào)試 手工匯編 這里著重介紹手工匯編 它是很簡(jiǎn)便的一種調(diào)試方式 也是最原始的 也不用另外添加調(diào)試設(shè)備 需要注意的是 在手工匯編時(shí) 注意調(diào)用指令 轉(zhuǎn)移指令 查表指令 結(jié)論 本設(shè)計(jì)為一智能插座控制系統(tǒng) 由STC89C52單片機(jī) 復(fù)位電路 鍵盤(pán)控制以及晶振電路組成 控制LCD顯示器和若干個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制功能及顯示功能 但因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)條件的限制 設(shè)計(jì)還不完善 有很多設(shè)計(jì)的空間 比如在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)在日常的生活中語(yǔ)音功能是不常用的 因此我們?cè)O(shè)計(jì)的語(yǔ)音功能如果經(jīng)過(guò)改變 將此功能設(shè)計(jì)為定時(shí)時(shí)間到的語(yǔ)音提示將會(huì)更具有實(shí)際應(yīng)用性 但是這已是設(shè)計(jì)的末端 時(shí)間的限制 希望以后的工作中能進(jìn)一步完善 致謝 首先 要感謝學(xué)校這四年來(lái)的悉心栽培 并提供我們?cè)囼?yàn)室 給我們好的環(huán)境 其次感謝我的指導(dǎo)老師占志彪老師 本次設(shè)計(jì)是在占志彪老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的 他為我們提供了很多相關(guān)的資料 并在設(shè)計(jì)遇到困難時(shí) 及時(shí)給與了指導(dǎo)與幫助 在論文撰寫(xiě)過(guò)程中 他提供了許多寶貴的思路和建議 結(jié)合工作體會(huì)和經(jīng)歷 提出了很多有價(jià)值的觀點(diǎn) 為完成本次設(shè)計(jì)和論文給予了極大的幫助 通過(guò)這次設(shè)計(jì) 使我受益非淺 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科四年學(xué)習(xí)的大綜合 是一場(chǎng)綜合的考試 是一次社會(huì)實(shí)踐 通過(guò)這次設(shè)計(jì) 培養(yǎng)了自學(xué)能力 為以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ) 同時(shí)這次設(shè)計(jì)是一個(gè)小型的社會(huì)團(tuán)體 在這個(gè)小社會(huì)中如何相處等都是一個(gè)鍛煉 再次感謝所有支持和幫助過(guò)我的領(lǐng)導(dǎo) 老師和同學(xué)們 此致