聶 茹

基于 89C52 的智能排插系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

聶 茹

設(shè)計的系統(tǒng)為基于單片機(jī)的智能定時排插，系統(tǒng)由單片機(jī)、電源電路、液晶 1602 顯示電路、報警電路、鍵盤控制及繼電器工作電路組成，可以實現(xiàn)對插座的定時控制及斷電報警功能，使用這個系統(tǒng)能感覺更加方便智能化。

智能；單片機(jī)；排插

0 引言

目前市場上排插的功能太簡單，有時滿足不了人們的需求。比如我們經(jīng)常遇到的就是電瓶車充電問題，電瓶車充電時間通常是8個小時左右，太長則容易損耗電池，太短則充不滿，如果再晚上充電，又不想從家里出來到車庫給車充電，或者白天充電了，晚上不想下車庫或者忘了拔電等，造成很多的不方便。本著這一思想于是提出了本課題，第一利用單片機(jī)，直流控制交流繼電器等部件實現(xiàn)排插的定時開關(guān)功能（比如，什么時候接通，接通多久時間后斷開），第二提供報警功能，比如播放音樂，如使用這一排插來控制電飯煲，則在電飯煲時間到后自動斷電并通過音樂聲告訴人們飯已經(jīng)好了。智能插座控制系統(tǒng)的實現(xiàn)全部是基于單片機(jī)的設(shè)計。智能插座可以用于所有家庭電器，比如電動車，手機(jī)，電腦等等。因此研究智能插座有很大的實用意義。智能插座已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲?，廣泛用于個人家庭以及一些公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來方便。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準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

系統(tǒng)總體設(shè)計主要實現(xiàn)以下功能：

（1）人機(jī)交互界面：通過 1602 液晶顯示屏，與獨立按鍵建立起一套完善的人機(jī)交互界面?？梢杂糜谠O(shè)置定時的參數(shù)。查看定時參數(shù)，現(xiàn)實時間。

（2）設(shè)置定時時間：用戶通過人機(jī)交互界面，查找到設(shè)定時間界面，設(shè)置對應(yīng)的每一組的設(shè)置時間。

（3）設(shè)置現(xiàn)實時間：由于各種外界因素會導(dǎo)致系統(tǒng)現(xiàn)實時間與實際現(xiàn)實時間相異，系統(tǒng)支持修改系統(tǒng)現(xiàn)實時間。用戶通過人機(jī)交互界面，查找到設(shè)定時間界面，設(shè)置系統(tǒng)現(xiàn)實時間。

（4）報警：當(dāng)用戶設(shè)定時間結(jié)束時會出現(xiàn)報警提示。

1.2 設(shè)計方案

采用一種以 AT89C52 為核心的單片機(jī)控制方案。選用單片機(jī) AT89C52 作為本設(shè)計的核心元件，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計和豐富的 IO 端口，及其控制的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)基本的定時控制功能。在單片機(jī)的外圍電路外接輸入鍵盤及1602 液晶顯示屏用于構(gòu)造人機(jī)交互界面以設(shè)置各個參數(shù)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路包括電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊、繼電器驅(qū)動模塊以及鍵盤模塊。

2.1 單片機(jī)主芯片電路

單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、時鐘電路和單片機(jī)AT89C52 組成。它是低功耗、高性能的

CMOS 型 8 位單片機(jī),片內(nèi)帶有 8 KB 的 Flash 存儲器,且允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用編程器編程。

2.2 液晶顯示模塊

本設(shè)計選用的1602液晶為16管腳液晶，即帶背光液晶。LCD1602 簡介液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點。

2.3 繼電器驅(qū)動電路

圖中 P1 處連接的是單片機(jī)的 P2.7 口。P2.7 口給出高電平時，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，并起放大作用，這樣，繼電器就能得到足夠的驅(qū)動電流來正常工作。當(dāng) P2.7 口給出低電平時，三極管不工作，繼電器因沒電流通過而不工作。二極管 4148 起到保護(hù)作用。發(fā)光二極管 LED0 用于指示繼電器是處于導(dǎo)通狀態(tài)（燈亮）還是處于斷開狀態(tài)（燈滅）。繼電器驅(qū)動電路如圖2所示：

圖2 繼電器驅(qū)動電路

2.4 電源電路模塊

系統(tǒng)要提供穩(wěn)定的直流5V供單片機(jī)及其所控制的外圍電路（包括液晶、鍵盤、繼電器等）和提供 220 交流電給插座。在電源的設(shè)計中，用 220V 交流電經(jīng)過變壓器降壓后經(jīng)7805 穩(wěn)壓后給單片機(jī)控制系統(tǒng)供電。

2.5 鍵盤電路

本設(shè)計采用了獨立鍵盤設(shè)計，只是用了5個獨立案件與單片機(jī) IO 口連接，利用簡單的邏輯方式實現(xiàn)了人機(jī)交互界面。該界面操作簡單，便于控制。獨立鍵盤電路如圖3所示：

圖3 鍵盤電路

2.6 報警電路

本設(shè)計報警電路由單片機(jī) I/O 口經(jīng)三極管控制蜂鳴器進(jìn)行報警。

3 軟件設(shè)計

3.1 主程序流程圖

在本次設(shè)計中，主程序主要是在單片機(jī)的控制下，建立人機(jī)操作界面，對設(shè)定時間進(jìn)行儲存分析，驅(qū)動液晶顯示出相關(guān)信息，并通過對比分析定時時間與時鐘，控制繼電器的通、斷，從而達(dá)到控制插座的通、斷電。在這個過程中，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，包括設(shè)置單片機(jī)各個端口的方向，各個變量的初始化，液晶顯示初始化、繼電器斷開以及單片機(jī)振蕩頻率的校準(zhǔn)等。整個系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖如圖4所示：

圖4 主程序流程圖

3.2 時鐘程序設(shè)計

單片機(jī) AT89S52 內(nèi)的定時器 0 和定時器 1 能準(zhǔn)確定時一段時間。故用定時器0定時，并通過計算定時次數(shù)來實現(xiàn)時鐘走時。本設(shè)計定時器 0 和定時器 1 都是定時 50ms中斷一次，中斷 20次就能實現(xiàn)一秒鐘。整個系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖如圖5所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試

圖5 定時中斷程序流程圖

4.1 硬件電路調(diào)試

（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試

單片機(jī) STC89C51 最小系統(tǒng)的檢測分為硬件調(diào)試及軟件調(diào)試。硬件調(diào)試時用萬用表測量單片機(jī)的工作電壓及各個管腳的電壓是否達(dá)到正常工作電壓。在此檢測中還要燒入程序?qū)Ω鱾€ I/O 口的輸出進(jìn)行測試，查看 I/O 口所輸出的電壓是否與程序所控制值一致。例如：編寫一個調(diào)試程序，使的所有 I/O 口從 P1.0 口開始依次賦予低電平，用萬用表測量其輸出電壓，確定是否與程序所付值一致，一致則證明正確；然后又對其依次賦予高電平，確定是否與程序所付值一致，一致則證明正確。兩次測試都正確，證明單片機(jī)最小系統(tǒng)是正常工作的。

（2）顯示模塊的調(diào)試

顯示模塊硬件連接相對比較簡單，檢查與調(diào)試過程中也沒有遇到什么困難。這次設(shè)計中，結(jié)果用 LCD1602 來顯示。在給系統(tǒng)上電后，要觀察 LCD 的亮度，為了減少功耗，LCD1602 的背景燈的接地管腳同過 I/O 口 P2.0 的高低電平實現(xiàn)滅亮的要求，這種接法其背光燈會較暗，但是能夠滿足其在白天和夜晚都可以看清楚顯示內(nèi)容的要求。

4.2 軟件調(diào)試

（1）顯示模塊調(diào)試

先在主程序中只寫入 1602 液晶的初始化程序，讓液晶在第一行顯示幾個字符。若未顯示則檢查，看是否使能顯示，以及讀寫時序是否正確。

（2）時鐘模塊調(diào)試

在主程序中加入定時器的初始化程序，讓液晶顯示一組時分秒，看定時器是否工作。若工作則液晶顯示的時分秒會開始變化，若不工作則檢查初始化是否正確。

5 總結(jié)

本設(shè)計為基于單片機(jī)的定時排插系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 51單片機(jī)編程控制繼電器的通、斷來實現(xiàn)控制插座的通、斷電，而繼電器的通、斷由定時組別確定。在定時范圍內(nèi)繼電器導(dǎo)通，否則斷開。并用 LCD1602 顯示出時鐘及定時時間等信息。該排插電路簡單，穩(wěn)定性好，可靠性高，具有很廣的應(yīng)用價值。

[1] 劉昕，楊 峰，謝 晉. 基于單片機(jī) AT89C52 的多功能電子鐘設(shè)計[J].信息化研究,2010,4:61-64

[2] 王峰，邢磊，史星晟等.基于 nRF24L01 的無線通信系統(tǒng)設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2011，（7）：88-90

[3] 程晨，Arduino 開發(fā)實戰(zhàn)指南[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002

[4] 孟立凡，鄭賓．傳感器原理及技術(shù)[M]，北京：國防工業(yè)出版社。2005

Design and Realization of Intelligent Timing Socket System Based on Single Chip

Nie Ru
(Guangzhou College of South China University of Technology, Guangzhou 510800, China)

This system is intelligent timing socket based on single chip, consists of STC89C52 single chip, the clock chip, a reset circuit, digital display circuit, alarm circuit, keyboard control and crystal oscillator circuit. This system can realize the timing control and power on the socket of the alarm function, so that people can feel more convenient and intelligent in the use of system.

Intelligence; Single Chip; Socket

TN91

A

1007-757X(2014)02-0035-02

2013.12.26)

聶 茹 (1982-)，女，江西，華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，碩士，講師，研究方向：智能控制，廣州，510800