吳曉云++劉萌

摘 要： 設(shè)計(jì)一款以STC89C52單片機(jī)、DS1302、1602液晶顯示、38 kHz紅外遙控器發(fā)射接收器為核心，具備調(diào)節(jié)時(shí)間，設(shè)置開(kāi)啟時(shí)間與工作時(shí)間段的遙控定時(shí)開(kāi)關(guān)。程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，具有更好的移植性和可讀性，便于修改和增減功能。該遙控定時(shí)開(kāi)關(guān)可以通過(guò)紅外按鍵設(shè)置一天內(nèi)2組任意開(kāi)關(guān)定時(shí)時(shí)間段和一個(gè)小時(shí)內(nèi)6組快速模式定時(shí)，使外接電器能夠按照一定規(guī)律來(lái)工作。該系統(tǒng)的時(shí)間正確可靠，可擴(kuò)展性強(qiáng)，既能達(dá)到遠(yuǎn)程智能控制的目的，又在很大程度上降低能源的消耗。同時(shí)借助EDA仿真可以有效地提高開(kāi)發(fā)效率，結(jié)合具體硬件電路及程序設(shè)計(jì)，將理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真表現(xiàn)出來(lái)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，提高了教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞： STC89C52； 定時(shí)開(kāi)關(guān)； 紅外遙控； 節(jié)能設(shè)備

中圖分類(lèi)號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）12?0058?04

隨著電子科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，能源損耗也愈是嚴(yán)重，因而智能節(jié)能設(shè)備越來(lái)越受到人們的關(guān)注。智能定時(shí)開(kāi)關(guān)裝置已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于家用電器、倉(cāng)庫(kù)管理等無(wú)人監(jiān)控場(chǎng)所[1]。傳統(tǒng)的定時(shí)開(kāi)關(guān)主要有機(jī)械式定時(shí)開(kāi)關(guān)和電子式定時(shí)開(kāi)關(guān)。雖然傳統(tǒng)的定時(shí)開(kāi)關(guān)能給家庭生活等方面帶來(lái)便利，但由于其穩(wěn)定性差、壽命短、難以操作、功能單一，只能滿(mǎn)足人們普通的日常生活需要。所以本文從電路進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一款以STC89C52單片機(jī)、DS1302、1602液晶顯示為核心，具備調(diào)節(jié)時(shí)間，設(shè)置開(kāi)啟時(shí)間與工作時(shí)間段的遙控定時(shí)開(kāi)關(guān)。該定時(shí)開(kāi)關(guān)可以通過(guò)紅外遙控或者按鍵對(duì)主電源進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外接電器的智能定時(shí)控制，以達(dá)到節(jié)約能源的目的，給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)了極大的方便。該定時(shí)開(kāi)關(guān)具有時(shí)間準(zhǔn)確、操作方便、可靠性強(qiáng)、小型化、低功耗等特點(diǎn)，很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)定時(shí)開(kāi)關(guān)的不足之處[2]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，本次設(shè)計(jì)的硬件總體框圖總共包括STC89C52主控芯片、晶振模塊、復(fù)位模塊、電源模塊、蜂鳴器模塊、按鍵模塊、DS1302計(jì)時(shí)模塊、顯示模塊、紅外接收模塊、繼電器模塊10個(gè)模塊。這10個(gè)模塊相互配合，協(xié)調(diào)工作，組成了定時(shí)開(kāi)關(guān)的硬件工作系統(tǒng)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 DS1302計(jì)時(shí)電路

DS1302計(jì)時(shí)電路如圖2所示，DS1302可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分進(jìn)行計(jì)時(shí)，其工作電壓為2.5～5.5 V。DS1302由Vcc或Vcc2中較大者供電，其中Vcc2為主電源，Vcc為后備電源，在主電源斷電的情況下，后備電源保持DS1302計(jì)時(shí)電路的正常運(yùn)行。X1，X2外接 12 kHz晶振，RST是復(fù)位選線(xiàn)，當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作，當(dāng)RST為低電平時(shí)則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送[3]。

LCD1602顯示電路如圖3所示，Vcc接5 V電源正極，RS為寄存器選擇位，與P1.0口相連，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平0時(shí)選擇指令寄存器；RW為讀/寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，與P1.1口相連，高電平1時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平0時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作；E端為使能端，高電平1時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。D0～D7與單片機(jī)的P0口相連作為8位雙向數(shù)據(jù)端[2]。

2.3 蜂鳴器電路

蜂鳴器電路如圖4所示，遙控定時(shí)開(kāi)關(guān)中設(shè)計(jì)了蜂鳴器報(bào)警電路。其中蜂鳴器的基極連接到單片機(jī)的P3.7端口，當(dāng)P3.7端口輸出低電平的時(shí)有電流流過(guò)蜂鳴器，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音，如果P3.7輸出高電平，沒(méi)有電流流過(guò)蜂鳴器，此時(shí)蜂鳴器不發(fā)音[4]。

2.4 按鍵電路

按鍵電路如圖5所示，該部分電路設(shè)計(jì)設(shè)有4個(gè)獨(dú)立的按鍵，這4個(gè)按鍵的一端分別連接到單片機(jī)的P1.3口～P1.6口，另一端全部接地。4個(gè)按鍵功能分配如下：

按鍵S2：功能鍵，通過(guò)該按鍵可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分進(jìn)行選擇。

按鍵S3：增加鍵，該按鍵可以對(duì)時(shí)間進(jìn)行增加。

按鍵S4：減少鍵，通過(guò)該按鍵可以對(duì)時(shí)間進(jìn)行減小。

按鍵S5：通過(guò)該按鍵可以對(duì)最后一項(xiàng)時(shí)間間隔進(jìn)行設(shè)定。

2.5 紅外接收電路

由于單片機(jī)STC89C52的I/O口充足，故在本設(shè)計(jì)中按鍵電路采用獨(dú)立按鍵，并對(duì)按鍵電路進(jìn)行了消抖處理，為了便于操作，紅外遙控按鍵與按鍵電路相互對(duì)應(yīng)[5]。介于自制紅外編碼發(fā)送接收模塊的設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本也會(huì)增加不少，因而采用已編碼完成的紅外遙控器和紅外接收管實(shí)現(xiàn)紅外控制的目的。

紅外接收電路如圖6所示，與單片機(jī)的外部中斷P3.3口相連，當(dāng)P3.3口出現(xiàn)下降沿時(shí)則進(jìn)行紅外按鍵檢測(cè)。

2.6 繼電器控制電路

繼電器控制電路見(jiàn)圖7所示，由三極管組成共集電極放大電路，二極管D2起保護(hù)作用，由單片機(jī)P3.6口產(chǎn)生繼電器觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)P3.6 口輸出低電平時(shí)，繼電器閉合，指示燈亮， 外接電器開(kāi)始工作。當(dāng)P3.6口輸出高電平時(shí)，繼電器斷開(kāi)，指示燈滅，外接電器停止工作[6]。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)是STC89C52，為了使編寫(xiě)的程序更加簡(jiǎn)單明了，采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，并采用模塊化思想，分為初始化模塊、按鍵檢測(cè)與處理模塊、計(jì)時(shí)模塊、顯示模塊和繼電器處理模塊[4]。主程序如下：

本設(shè)計(jì)的流程圖如圖8所示，裝置上電后，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，然后顯示系統(tǒng)時(shí)間，再判斷系統(tǒng)時(shí)間和設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間或者停止時(shí)間是否相同，如果相同，繼電器就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，掃描是否有按鍵按下，如果是S2，可以選擇需要設(shè)定的時(shí)間年、月、日，如果是S5，可以設(shè)置電器工作時(shí)間，當(dāng)通過(guò)按鍵對(duì)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定后，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間到達(dá)設(shè)定時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)使繼電器閉合，使外接電器工作，并且蜂鳴器發(fā)出蜂鳴，紅色指示燈亮；外接電器工作時(shí)間到了，系統(tǒng)又會(huì)使繼電器斷開(kāi)，切斷電源，外接電器停止工作。否則系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)返回到初始化界面，顯示系統(tǒng)時(shí)間和上次設(shè)置的電器工作時(shí)間[7]。

4 系統(tǒng)調(diào)試

本設(shè)計(jì)采用模塊化調(diào)試和整體組合調(diào)試相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，先在Proteus中進(jìn)行模塊化軟件仿真實(shí)現(xiàn)，然后焊接實(shí)物，通過(guò)硬件電路調(diào)試和組裝測(cè)試，最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)紅外遙控開(kāi)關(guān)的目的[8]。

當(dāng)啟動(dòng)電源后，LCD顯示的是系統(tǒng)初始化時(shí)間，包括年、月、日及時(shí)間，還有上次設(shè)定外接電器的工作時(shí)間和時(shí)間段，如圖9所示。

按下S2鍵，顯示秒的數(shù)字會(huì)閃爍，這個(gè)時(shí)候就可以通過(guò)S3和S4鍵調(diào)節(jié)。其中按一下S3鍵數(shù)字將加1，按一下S4鍵數(shù)字將減1。調(diào)節(jié)完秒后，再次按下S2鍵，閃爍的光標(biāo)將轉(zhuǎn)移到分鐘位置，同樣通過(guò)調(diào)節(jié)S3和S4鍵盤(pán)調(diào)節(jié)當(dāng)前的時(shí)間[9]。同樣的原理調(diào)節(jié)小時(shí)和年、月、日以及外接電器工作時(shí)間。按下S5時(shí)，最后一個(gè)電器工作時(shí)間間隔就會(huì)閃爍，可以通過(guò)S3和S4鍵調(diào)節(jié)工作時(shí)間間隔。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款以STC89C52和DS1302為核心的遙控定時(shí)開(kāi)關(guān)，所設(shè)計(jì)的定時(shí)開(kāi)關(guān)插座達(dá)到預(yù)期功能，該系統(tǒng)具備時(shí)間準(zhǔn)確、操作方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)，達(dá)到節(jié)約能源的目的，具有小型化、低功耗等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)產(chǎn)品的不足之處，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)功能更強(qiáng)大的定時(shí)開(kāi)關(guān)提供了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。在教學(xué)中結(jié)合EDA仿真軟件進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生將學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的表現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)結(jié)合具體硬件電路及程序設(shè)計(jì)，可以加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握，提高教學(xué)效率[13]。

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