1、 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 页 共 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 I 页 共 页 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。本文介绍了一种基于 AT89S52 单片机的定时开关插座设计方案。该系统是通过AT89S52 的定时器 0 和定时器 1 实现时钟的 24 小时制或者 100 小时制的时钟走时，并通过液晶 12232 显示出来。继电器
2、的通、断通过比较继电器控制变量 ray 的值来确定。定时时间的开始或者停止是通过每分钟比较一次开始时间数组 begin 和结束数组 end 来确定，并在开始时对 ray 进行加 1 操作，在结束时对 ray 进行减 1 操作(ray 的值不会出现负值) ；当 ray 为 0 时继电器开关断开，非 0 时接通。通过控制继电器的通断可以达到控制插座通断的目的。本文首先介绍定时开关插座设计要实现的功能，接着阐述系统电路的设计及原理说明，包括设计方案选择、关键元器件介绍、电路设计说明（包括电源电路、键盘、单片机控制电路、液晶 12232 显示、继电器工作电路）软件设计流程以及系统的测试。最后总结了定时
3、开关插座设计完成的任务，分析系统的不足并提出了系统的应用展望。关键词：定时开关；继电器；AT89S52 单片机；液晶 12232。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 II 页 共 页 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
4、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 convenien
5、t and so on.This article presents a timer switch socket design which is based on the AT89S52 microcontroller. The system is implemented the clock 24-hour clock or 100-hour travel time by Timer 0 and Timer 1 of AT89S52, and it is displayed through the LCD 12232. Relay links, broken by comparing the v
6、alue of the relay control variables to determine the ray. It is to be determined the starting or stopping of regular time by compared per minute a start time with begin and an end array with end ,at the beginning of the ray to add an operation, at the end of the minus 1 on the ray action (rays value
7、 does not a negative); when ray is 0 relay switch off, non-0 connected. Off by controlling the relay socket can be controlled on-off purposes.This paper introduces the function what the timer switch socket design should achieve first of all, and then describes the circuit design and principles of th
8、e system description, including design choices, concerning component description, circuit design description (including the power circuit, keyboard, single chip control circuit, LCD 12232 display ,the relay operating circuit), software design and testing of the system. Finally, it will sum up the ti
9、mer switch socket design the tasks should be completed, analyze systems deficiencies and propose the systems application prospect.Key words：Timer switch; Relays; AT89S52 SCM; LCD 12232.桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 III 页 共 页 目 录引言 .11 设计要求及构思 .21.1 设计要求 .21.2 设计构思 .22 设计方案分析确定 .32.1 系统框图 .32.2 开关的选择 .32.3
10、显示方式选择 .42.4 时钟的实现及单片机的选择 .42.5 电源部分的选择 .42.6 按键控制部分的实现 .53 主要元器件原理及其应用 .53.1 继电器介绍 .53.1.1 继电器的继电特性.53.1.2 继电器工作原理及特性.63.1.3 继电器主要产品技术参数.73.1.4 继电器的选用.73.2 单片机 AT89S52 介绍 .83.3 液晶 LCD12232 介绍 .94 系统硬件电路设计 .104.1 电源电路 .104.2 单片机最小系统及液晶显示 .124.3 继电器驱动电路 .134.4 键盘电路 .145 系统软件程序设计 .155.1 主程序的设计 .165.2
11、时钟程序设计 .175.3 时钟设置及定时设置程序设计 .186 系统软硬件的制作与调试 .196.1 硬件的制作 .196.2 调试方案 .196.3 硬件电路调试 .196.3.1 独立元件的检测.196.3.2 电源电路的调试.206.3.3 单片机最小系统的调试.206.3.4 显示模块的调试.206.3.5 键盘模块的调试.206.3.6 继电器电路的调试.216.4 软件调试 .216.5 整体系统调试 .21桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 IV 页 共 页 7 结论 .23谢 辞 .24参考文献 .25附 录 1 .26附 录 2 .28附 录 3 .45桂林电子科
12、技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 0 页 共 51 页引言现如今，往往由于某些特殊原因给我们的生活或工作带来一些困扰和遗憾。比如：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 1 个小时） ，不便于晚上分段定时使用等等。而上面的这些问题都可以通过定时开关插座的定时功能得到解决。随着电器产品待机能耗的迅速增长，家庭和社会付出了太多的代价，中国节能认证中心对家庭待机能耗做过的调查显示，待机能耗占到家庭电力消耗的 10
13、左右，仅以电视机为例，平均每台电视机的待机能耗是 8.07W，按每天待机 2 小时大约耗电0.016 度。定时开关插座能够实现定时给电器供电，在工作时间之外把电器的电源切断，这样就能解决电器的待机损耗，达到节约用电的目的。定时开关插座是一款能在特定时间段内控制电器通、断电的开关插座。能实现 24小时制和 100 小时制两种时钟走时模式，在 24 小时制时钟模式，可以实现 6 组 24 小时内的任意定时，定时时间范围最小为 1 分钟；在 100 小时制时钟模式，可以实现 6组 100 小时内的任意定时，定时时间范围最小也是 1 分钟。本文阐述了定时开关插座的硬件电路设计、软件算法设计, 给出了自
14、动开关插座的设计和定型方案,它可以对家中一些需要在特定时间对电器进行自动断、通电控制,而不需要拔掉插头，减少电器的待机损耗，解决生活中的一些烦恼。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 51 页1 设计要求及构思1.1 设计要求本次设计要求实现一个具有定时、按键设置及控制、定时时间显示等功能的定时开关插座，具体要求及指标如下：（1）可以设定三组定时时间值。（2）设定的定时时间调整范围为：099 分钟。（3）具有开始/停止操作按键。（4）具有定时时间显示和时钟显示。1.2 设计构思根据题目和设计功能要求，系统的实施方案可以分为以下几个步骤：首先，通过模式（模式 0 为 24 小
15、时制，模式 1 为 100 小时制）选定时钟的走时方式，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液晶来实现。用液晶的第一行显示时钟及目前所定时的组别 ；第二行则显示定时开始时间；第三行则显示定时的结束时间；第四行显示目前所运行的模式。电源部分用 220V 转换为直流 5V 给定时开关系统供电，并用干电池做储备电源，防止220V 交流电断电了单片机控制部分就停止工作，失去作用。用
16、 4*3 键盘实现时钟、定时的设置及开始/停止等按键设置功能。基于以上的设计构思，系统每个模块可以有几种不同的实施方案，经过反复比较论证，确定了系统的最终实施方案。各个设计方案的分析和选择将在第二章进行详细介绍。鉴于以上的构思，定时开关可以实现功能扩展，具体实现的功能指标如下：（1）可以设定六组定时时间值。（2）设定的定时时间调整范围分为两种情况： 模式 0 状态时可设定的定时时间调整范围为：024 小时； 模式 1 状态时可设定的定时时间调整范围为：0100 小时。（3）具有开始/停止操作按键。（4）具有定时时间显示和时钟显示，具有显示模式、显示目前定时组别、定时时间设置等功能。（5）在 2
17、20V 交流电断电的情况下，干电池仍能保证单片机的定时状态及时钟走时正常工作；待交流电通电后干电池停止供电，转换为 220V 交流电转为 5V 直流电供电。（6）具有时钟设置功能，具有液晶节能模式（即在 30 秒内都没有按键按下的话，就关闭液晶背景灯光） 。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 51 页2 设计方案分析确定2.1 系统框图通过查找资料进行方案论证和选择，可以确定出定时开关插座系统的整体构成，本系统的系统框图如图 2.1 所示。本设计是以 AT89S52 单片机为核心，以设置键盘设置时钟时间、定时时间、模式选择、开始、停止等功能。单片机控制继电器来控制电器插座
18、的通、断，以达到控制电器的通、断。定时时间范围内导通电器插座，实现给电器供电，其他时间则断开。电源提供给单片机 5V 直流电，有交流 220V 转为直流5V 供电和干电池供电两部分，可对系统实现不间断供电。液晶显示模块，在设置键盘没有输入时，显示时钟、模式、定时时间、定时组别等信息；当键盘设置开始时，显示出当前设置的变化。复位能实现系统的硬件复位。图 2.1 系统设置框图2.2 开关的选择现代自动控制设备中，都存在一个电子电路电气电路的互相连接的问题，一方面要是电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件（电动机、电灯、热水器等） ，另一方面又要为电子线路的电器电路提供良好的电隔离，以保护电子
19、电路和人身的安全。电子继电器和光耦合器便能起到这一桥梁的作用。下面简要介绍各个方案的特点。方案一：采用继电器作为控制 220V 通、断的开关。固态继电器 (SSR)与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR 是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。选用 SRD-05VCD-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 0 到 2200
20、瓦，可以给大部分家用电器供电。方案二：采用光耦合器实现单片机控制开关。耦合器（optical coupler，英文缩写液晶显示晶振复位电源 设置键盘继电器电器插座受控电器AT89C52单片机桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 51 页为 OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。本次设计开关部分可以用继电器也可以用光耦合器。考虑到本设计继电器足以满足设计要求，而且继电器比光耦合器便宜，故选用继电器。2.3 显示方式选择在模拟电子和数字
21、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：采用 LCD 液晶显示，可以显示所有字符及自定义字符，并能同时显示多组数据、汉字，字符清晰。由于自身具有控制器，不但可以减轻主单片机的负担，而且可以实现菜单驱动方式的显示效果，达到友好的人机介面。LCD 显示能解决 LED 只能显示数字等几个简单字符的缺点，性能好，效果多，控制方便，显示方式多，且能耗也较少。这次设计中不仅要显示相应的时钟、定时组别、目前运行的模式，而
22、且还要显示出相应的定时开始时间和结束时间，需要显示的信息较多，所以采用方案二，用 LCD显示结果。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，用 51 结构的有Atmel 的 AT89CXX 系列、 AT89SXX 系列、AT89C20 系列（20 引脚）或 STC 的所有单片机都可以实现。根据在学校比较流行的学习单片机是 AT89SXX 系列，而且AT89S52 单片机便宜，购买方便，故单片机选用 AT89S52 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
23、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。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 50 毫秒的误差率极小，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。本次设计的时钟走时用单片机定时器已经可以完全达到定时开关插座的使用要求，并可省去时钟芯片，节省开支。考虑到软件的难度增加可换来更好的性价比，所
24、以选用方案二。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 51 页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。方案一：使用开关电源将 220V 交流电转为 5V 直流电给系统供电。开关电源的体积小，重量轻。但由于需要耐压不小于 220V 的电容等特殊的元器件，日常生活中较难找全器件，开关电源的散热比较差，不适宜长时间工作。故此方案不适宜。方案二：用变压器降压经整流桥整流和 7805 稳压后给系统供电。变压器相对比较重，但他的电路稳定，适宜长时间供电。能做到交流电供电正常时就能给系统正常供电。但在交流电失电时系统会停止工作，这时的时
25、钟也会停止走时。在重新供电时系统会重启，从而造成原先设置的数据丢失。故此方案存在漏洞，不适宜使用。方案三：使用干电池给系统供电。干电池供电能让系统稳定的工作，时钟的走时不受交流电的影响。干电池的价格相对交流电而言较贵，用干电池单独供电会造成使用成本提高的问题，此方案也存在不合理性。方案四：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。本方案对本设计最为合适。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四是最为合适的。2.6 按键控制部分的实
26、现时钟时间和定时时间的设置功能可以通过按键来实现。按键的实现可以通过以下两种方案实现：方案一：单片机的每一个 I/O 口与一个按键相连，这样就可以根据扫描 I/O 口的电平变化实现相关功能。这样可以很简单的实现按键的功能，但是会占用较多的 I/O 口，可能会出现 I/O 口不够用的情况，而且系统的可扩展性也会大大降低。方案二：使用矩阵键盘实现。矩阵键盘可以用较少的 I/O 口实现多个按键功能，能节省更多的 I/O 口，利于系统扩展功能。根据本定时开关插座的设置要求，要用到 12 个按键。通过两个方案的对比，方案二的实施办法更符合要求。3 主要元器件原理及其应用本次设计中主要器件有继电器、51 系列单片机 AT89S52、LCD12232 液晶显示模块、5V 稳压芯片 7805，在介绍系统的硬件设计之前，下面先简要介绍一下这些关键器件的原理及应用。3.1 继电器介绍继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路） ，通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” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
