基于单片机控制的智能开关的设计与实现_贺登天
基于单片机的红外遥控数显智能开关设计
基于单片机的红外遥控数显智能开关设计摘要：本文设计了一种基于单片机的红外遥控数显智能开关，该开关具有高精度、易操作、节能环保等特点。
其核心部件采用AT89C52单片机，通过红外遥控器进行控制，实现对家庭电器的智能控制。
该开关在实现多种控制方式的同时，通过对电器的控制实现对电器电量的实时监视，并通过数显显示模块将电量信息清晰地呈现出来，方便用户进行能量管理。
关键词：单片机；红外遥控；数显智能开关；电能监测；能量管理一、绪论随着科技的快速发展，智能化控制在人们的生活中得到了广泛的应用。
其中，智能开关在实现家庭电器控制和节能环保等方面发挥了重要作用。
传统的机械式开关不仅使用寿命短，而且缺乏智能化、自动化控制能力。
为了解决这些问题，本文提出了一种基于单片机的红外遥控数显智能开关，提高了开关的精度、可靠性以及节能环保性能。
二、设计原理本文设计的红外遥控数显智能开关主要由单片机控制、红外遥控、电器控制和电能监测四部分组成，如图1所示。
1. 单片机控制部分本文采用AT89C52单片机，该单片机具有高性能、低功耗、强兼容性等特点。
单片机通过自身的IO口与外部电路相连，实现对红外遥控、数显模块和电器控制的控制。
2. 红外遥控部分红外遥控器采用38kHz的载波频率进行调制。
当用户按下红外遥控器上的按钮时，红外遥控器发送一组特定的控制码，AT89C52单片机接收到该控制码后，将解码并根据控制码的不同，控制相应的电器开关。
3. 电器控制部分电器控制部分采用继电器控制电路，实现对电器的控制。
当AT89C52单片机接收到红外遥控器发送的开/关指令时，单片机将控制信号输出给继电器，继电器控制电路随即打开或关闭电器的电源，完成电器的开/关。
4. 电能监测部分为实现智能化能量管理，本文设计了电能监测部分。
电能监测部分采用电流互感器和电压变换器对电器的电量进行监测。
AT89C52单片机通过ADC采集电压和电流信号，并通过程序算法计算出电器的实时电量。
【精品完整版】单片机自动开关门控制系统设计方案
（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！）摘要21世纪是一个电气产品迅速发展的时代，随之而来的，人们的生活水平也越来越高，去商场、超市等公共场所购物或参与其他活动已渐渐成为人们生活的一部分。
因此，自动开关门也就随之进入了人们的日常生活，成为上述公共建筑的必备设施。
自动开关门的核心便是单片机的控制系统，而单片机也是衡量其科技水平的标杆，也标志着自动化控制系统正在向一个越来越智能的方向发展。
论文的控制技术核心，是基于89C51单片机、直流电机、热释电红外传感器等元器件相结合而组成的控制系统。
它使得89C51单片机的性能能够最大化的发挥出来，并且因其同时具备了硬件电路简单、控制功能强大、系统安全且稳定、性价比相对较高等优点，使其具有了一定的研究价值和实用价值。
关键词：自动开关门，单片机，热释电红外传感器，自动控制目录第一章绪论 (1)1.1 探究课题可行性 (1)1.2 国内自动开关门的发展现状 (1)1.3 课题的意义与目的 (1)第二章自动开关门控制系统设计方案 (3)2.1 基本功能的需求与分析 (3)2.2 基本设计思路 (3)2.3 设计思想和整体框图 (3)2.4 设计电路的框图和原理 (4)第三章主要元器件的介绍 (6)3.1 什么是单片机 (6)3.1.1 AT89C51主要特性 (7)3.1.2 芯片擦除 (8)3.2 红外检测电路 (8)3.2.1 热释电红外传感器 (8)3.2.2 热释电效应的介绍 (9)3.3 直流电机 (10)3.3.1 直流电机的特点 (11)3.3.2 驱动控制系统的组成 (11)3.3.3 斩波驱动 (12)3.4 检测模块 (13)第四章自动开关门的软件设计 (15)4.1 整体程序流程图 (16)4.2 直流电机驱动模块 (16)4.2.1 PWM驱动系统 (16)4.2.2 继电器 (17)4.3 整体电路图 (18)第五章 Altium Designer软件的系统设计 (19)5.1 软件的介绍 (19)5.2 Altium Designer的电路图绘制 (19)致谢....................................................... 错误！未定义书签。
《2024年一种基于STM32单片机的多功能智能家居控制系统》范文
《一种基于STM32单片机的多功能智能家居控制系统》篇一一、引言随着科技的飞速发展，智能家居已经成为现代生活的重要组成部分。
为了满足人们日益增长的生活需求，我们设计并实现了一种基于STM32单片机的多功能智能家居控制系统。
该系统不仅具有高度的智能化和便捷性，还具备强大的功能扩展能力，为家庭生活提供了更为舒适和便捷的体验。
二、系统概述本系统以STM32单片机为核心控制器，通过与各种传感器、执行器以及网络通信模块的连接，实现对家居环境的智能监控和控制。
系统具备多种功能，如温度控制、照明调节、安全监控、环境监测等，可满足不同家庭的需求。
三、硬件设计1. 主控制器：采用STM32单片机作为主控制器，具有高性能、低功耗、易于扩展等优点。
2. 传感器模块：包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等，用于监测家居环境参数。
3. 执行器模块：包括继电器、电机驱动器等，用于控制家居设备的开关和运行。
4. 通信模块：采用WiFi或ZigBee等无线通信技术，实现与智能手机或电脑等设备的连接，方便用户进行远程控制。
四、软件设计系统软件采用模块化设计，便于后期维护和功能扩展。
主要模块包括数据采集模块、控制模块、通信模块等。
数据采集模块负责采集传感器数据，控制模块根据采集的数据进行逻辑判断并控制执行器动作，通信模块负责与手机或电脑等设备进行数据传输。
五、功能实现1. 温度控制：通过温度传感器实时监测室内温度，当温度高于或低于设定值时，自动启动空调或暖气等设备进行调节。
2. 照明调节：通过智能灯光控制系统，实现灯光亮度的调节和定时开关等功能。
3. 安全监控：通过安装摄像头、门窗传感器等设备，实现家居安全监控和报警功能。
4. 环境监测：实时监测室内空气质量、湿度等参数，为用户提供舒适的生活环境。
六、系统优势1. 高性能：采用STM32单片机作为主控制器，具有高性能和低功耗的特点。
2. 便捷性：通过手机或电脑等设备，实现远程控制和监控家居环境。
基于单片机的智能远程控制电子锁设计与实现
基于单片机的智能远程控制电子锁设计与实现1. 引言1.1 背景介绍智能远程控制电子锁是一种结合了单片机技术和智能化控制技术的高科技产品，它能够实现远程控制、权限管理、操作记录等功能。
随着智能家居的兴起和人们对安全性的要求不断提高，智能电子锁的应用越来越广泛。
传统的机械锁存在着易被破坏、易被复制钥匙等安全隐患，而智能远程控制电子锁则可以通过密码、指纹、刷卡等多种方式开锁，大大提高了安全性。
本研究旨在设计一种基于单片机的智能远程控制电子锁，通过对电子锁的硬件设计、软件设计、远程控制协议设计等方面的研究，实现电子锁的智能化和远程控制功能。
这不仅可以提高电子锁的安全性和便利性，还可以满足用户对安全保障的需求。
本研究的意义在于提高了电子锁的智能化程度，使其更加适应现代社会的安全需求。
通过本研究的实施，可以为智能家居领域的发展提供一定的技术支持，同时也为相关领域的研究提供了一定的参考价值。
【结束】1.2 研究目的本文旨在设计并实现一种基于单片机的智能远程控制电子锁系统，通过该系统实现对电子锁的远程控制和管理。
具体目的包括：1.设计一套完整的电子锁系统框架，包括硬件设计、软件设计和远程控制协议设计，确保系统稳定可靠；2.实现对电子锁的远程控制功能，让用户可以通过手机或网络远程开锁；3.通过系统测试与验证，验证系统功能的实现情况并分析系统性能，确保系统符合设计要求；4.总结设计过程中的经验教训，为未来智能锁系统的设计提供参考；5.对系统技术进行推广，让更多人了解智能远程控制电子锁系统的优势和应用价值。
通过本研究，旨在提高智能锁系统的安全性和便利性，促进智能家居领域的发展。
1.3 研究意义智能远程控制电子锁的设计与实现是当前物联网技术发展中的重要方向之一。
随着科技的不断进步，人们对于安全和便利性的需求越来越高。
基于单片机的智能远程控制电子锁可以有效解决传统电子锁存在的一些不足之处，如开锁方式不便、易受暴力破坏等问题。
基于单片机的声光控智能开关设计说明
基于单片机的声光控智能开关设计说明设计方案要点如下：一、系统硬件设计1. 单片机选择：本设计采用基于ARM Cortex-M系列的单片机作为控制核心，如STM32系列。
该单片机具有较高的计算性能和丰富的外设资源，能够满足声音和光线传感器的驱动需求。
2.传感器选择：a.声音传感器：采用数字麦克风传感器，能够准确地捕捉到声音信号，并将其转化为数字信号输入给单片机进行处理。
b.光线传感器：选择高精度的光敏电阻传感器，通过检测周围光线的强弱，实现对灯光开关的自动控制。
3.通信模块选择：为了实现与其他智能设备的联动控制，本设计选择无线通信模块，如WiFi模块或蓝牙模块，通过与智能手机或其他智能设备的连接，实现远程控制和监控。
4.电路设计：根据单片机和传感器的工作电压和电流需求，设计合理的电源供应电路，并通过稳压电路确保电源的稳定性和可靠性。
同时，还需要设计合适的电路保护措施，如过流保护、过压保护等，以确保系统的安全性。
二、系统软件设计1.驱动程序设计：根据单片机的型号和外设资源，编写驱动程序来控制声音传感器和光线传感器，包括读取传感器的数据、校准传感器参数、设置传感器的工作模式等。
2.控制算法设计：根据传感器的数据和用户的设定要求，设计控制算法来实现灯光和声音的开关控制。
例如，当声音传感器检测到一定阈值以上的声音时，判定为开关声音，触发相应的操作。
3. 联动控制设计：通过通信模块与其他智能设备进行联动，实现更加智能化的控制。
例如，通过手机App来远程控制开关状态，或通过与家庭智能系统的连接，实现与其他设备的联动控制。
三、系统特色和优势1.智能化：基于声音和光线传感技术，实现智能感知和控制，提供更加智能便捷的开关控制方式。
2.节能环保：通过光线传感器检测周围的光强度，实现灯光的自动开关控制，节省电能消耗，降低对环境的影响。
3.安全可靠：设计合理的电路保护措施，确保系统的安全性和可靠性。
4.远程控制：通过与智能手机等设备的通信，实现远程控制和监控，提供更大的便利性和灵活性。
基于单片机智能衣柜开关门控制电路
基于单片机智能衣柜开关门控制电路下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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基于AT89C51单片机的_智能开关设计毕业设计 精品
分类号TP319 单位代码11395密级学号0805270106学生毕业设计（论文）题目基于AT89C51单片机的智能开关设计作者张三院(系) 能源工程学院专业测控技术与仪器指导教师赵鹏答辩日期2013年5月20日榆林学院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。
论文作者签名:年月日榆林学院本科毕业设计(论文)摘要智能开关的出现使人们能够更为便捷地控制家用电器，给人们的生活带来了极大的方便。
单片机以其功耗低，工作稳定，体积小等优点，广泛的应用于智能开关的主控制器。
本设计就基于AT89C51单片机的智能开关的工作原理和设计方法进行了系统的研究。
本设计以AT89C51单片机为核心，并结合外围元件如：蜂鸣器、继电器、DS18B20、数码管等设计出控制作息时间和空调温度监控及报警功能的智能开关。
利用Protel软件设计温度采集电路、报警电路、显示式电路等，运用Keil软件编程，利用Proteus仿真来实现其功能。
本设计灵活方便，修改简单，而且在使用过程中更加的安全节电，利用单片机监控实时温度，在一定程度上不仅完善了空调的功能，而且在很大程度上使空调的控制及操作得到了简化。
关键词：单片机；智能开关；DS18B20基于AT89C51单片机单片机的智能开关设计Design of Intelligent Switch Based on the AT89C51 MCUABSTRACTPeople can more easily control devices with the occurrence of the emergence of intelligent switches which has brought great convenience to people’s lives. The microcontroller is constantly been used, and it is more extensive, the reason lies in its low power consumption, easy to use, small size, some features. This design aims to do a systematic study of the emergence of intelligent switch which based on the AT89C51 MCU of design theory and method.the AT89C51 MCU play the core role in this design, and combined with peripheral components the buzzer, relays, the DS18B20, digital tube, etc. by which design the switch of control of the work and rest time and the air-conditioning temperature monitoring and alarm function of the intelligent. the design using Protel software design temperature data acquisition circuit alarm circuit, display circuit, the use of the Keil software programming, Proteus simulation to achieve its function. this design is flexible, simple to modify, and more secure in the process of using energy-saving microcontroller to monitor real-time temperature. To a certain extent, not only improve the function of the air conditioner, but also simplified the air conditioning control and operation of the air conditioning .Key words: MCU; Intelligent switch; DS18B20榆林学院本科毕业设计(论文)目录摘要 (I)ABSTRACT ..................................................................................................................... I I 1 绪论 (1)1.1本设计的意义 (1)1.2智能开关的发展现状 (1)1.3 本章小结 (2)2 智能开关的方案设计 (3)2.1 本设计的性能指标 (3)2.2 温度采集方式的选择 (3)2.3蜂鸣器的选择 (3)2.4继电器的选择 (3)2.5总体结构设计 (4)2.6 本章小结 (4)3 硬件电路设计 (4)3.1单片机最小系统设计 (5)3.1.1 AT89C51单片机简介 (5)3.1.2 时钟电路设计 (5)3.1.3 复位电路设计 (6)3.2电源电路设计 (7)3.3 温度采集电路设计 (8)3.3.1 温度传感器DS18B20简介 (9)3.3.2 温度采集接口设计 (11)3.4 报警电路设计 (11)3.5 显示电路设计 (12)3.6 键盘电路设计 (13)3.7 本章小结 (14)4 软件设计 (15)4.1主程序设计 (15)4.2时间控制程序设计 (16)4.3 温度报警程序设计 (16)4.4 四位数码管显示程序设计 (17)基于AT89C51单片机单片机的智能开关设计4.5 本章小结 (18)5 系统仿真 (20)5.1 proteus简介 (20)5.2 keil软件介绍 (20)5.3仿真过程 (20)6 总结 (22)参考文献 (23)致谢 (24)附录A 总原理图 (25)附录B 温度显示仿真图 (26)附录C 总程序 (27)榆林学院本科毕业设计(论文)1 绪论1.1本设计的意义现在的开关已经不能完成人们想要使它完成的某些功能，逐渐地，传统的开关会随着科技的进步慢慢地被人们所淘汰。
基于单片机的智能开关系统设计
目前国内关于智能教室的研究不少,现有的设计约分为三类。一 为利用光电管计数。但现在大多教室为双门出入,而在人群大量涌入 或涌出时,系统计数困难,误差较大,识别较难。二是依靠热释电红外 传感器完成对人存在情况的检测。该种红外探头可探测温度约37°时 物体发出的特定波长的红外线。但在天气炎热以及人体长时间静坐 时这种控制器的效果不理想,且对于大教室的工程量较大。第三种是 基于机器视觉的教室节能照明控制技术,通过对视频监控系统内图 像的处理,实现对教室各区域的照明设备的控制。此类方法在自然光 变化较大以及座位区有异物时误差较大,且成本较高。
第38卷 第4期 第202308年 4卷月
数字技术与应用 数D字ig技it术al与T应ec用hnologyww&
Vol.38 No.4 April 2020
数控技术
DOI:10.19695/12-1369.2020.04.08
基于单片机的智能开关系统设计
最后, 通过控制电源的开能；单片机；超声波测距
中图分类号:TP212.9
文献标识码:A
文章编号:1007-9416(2020)04-0014-02
0 引言
目前,社会对高等教育的关注度越来越高,学校规模日益扩大, 教室的数量也随着大幅度增加,为使师生有舒适的教学和学习的环 境,校方在力所能及的范围内,相应增加了教室的面积,然后,随着 教室数量的增加,照明设备的需求量也越来越大,但由于大学管理 模式的开放型,人员流动性大,即使室内无人的情况下,也全部开启 照明灯,长明灯比比皆是,人走灯不熄的现象普遍存在。这种有形和 无形的浪费。给学校的电力支出带来了沉重的负担。虽然在部分大 中城市中的部分院校已经有夜间人工统一拉闸断电,但对于午间、 课间、或者饭点等时间内无法将没有人使用教室进行断电,所造成 的电能浪费依然是相当巨大的。本文介绍了将自动供电控制技术运 用到高校教室的一个设计,以达到节约能耗、延长设备使用寿命、方 便教学楼管理的目的。
基于单片机的智能远程控制电子锁设计与实现
基于单片机的智能远程控制电子锁设计与实现一、设计方案1.1 系统结构设计基于单片机的智能远程控制电子锁系统由主控制模块、无线通信模块、电子锁模块和电源模块组成。
主控制模块采用STC12C5A60S2单片机，具备了性能稳定、资源丰富等特点。
无线通信模块采用Wi-Fi模块，用于实现远程控制功能。
电子锁模块采用电磁锁，具备了稳定、安全、可靠的特点。
电源模块采用稳压电源模块，用于为整个系统提供稳定的工作电压。
本系统的主要功能包括密码开锁、指纹识别开锁、远程控制开锁和实时监控等功能。
密码开锁通过键盘输入密码，系统进行匹配验证后实现开锁。
指纹识别开锁通过指纹传感器采集指纹信息，系统进行指纹识别后实现开锁。
远程控制开锁通过手机App发送开锁指令，系统通过Wi-Fi模块接收指令并实现开锁。
实时监控通过摄像头模块实时监测门锁状态，并将监控画面传输到手机App上，实现远程监控。
为了保障系统的安全性，本系统采用了多种安全措施。
密码开锁和指纹识别开锁需要经过严格的验证流程，确保只有授权用户才能开锁。
远程控制开锁需要通过手机App登录后方可发送开锁指令，防止未授权用户发送开锁指令。
系统还具备了防撬、防破坏等功能，确保门锁的安全性。
二、实现方案2.1 单片机程序设计主控制模块采用STC12C5A60S2单片机，使用C语言进行程序设计。
程序主要包括密码验证、指纹识别、远程控制、实时监控等功能的实现。
通过编写优质的程序代码，实现系统的各种功能，并确保系统的稳定性和可靠性。
2.2 无线通信模块设计无线通信模块采用Wi-Fi模块，通过与手机App通信，实现了远程控制开锁和实时监控功能。
通过编写手机App程序，与无线通信模块进行数据交互，实现了安全可靠的远程控制功能。
电子锁模块采用电磁锁，通过与主控制模块的连接，实现了对门锁的控制。
通过合理的驱动电路设计，确保电子锁的稳定性和可靠性。
电源模块采用稳压电源模块，为整个系统提供稳定的工作电压。
基于单片机的智能定时开关设计与仿真研究
基于单片机的智能定时开关设计与仿真研究
周颖菲;黄资瀚;邹芝怡;杨怡恒;王廷军;邹旭
【期刊名称】《机械工程与技术》
【年(卷),期】2024(13)2
【摘要】智能定时开关随着智能化、自动化技术的快速发展受到了广泛的关注,其应用也越来越广。
本文针对需要自动定时开通关断的场景,设计了基于AT89C52单片机的智能定时开关,该设计通过两个按键实现定时开启、定时关闭功能,利用PWM控制技术,通过调节其占空比,使其输出不同的波形,驱动三极管的开通和关断,满足不同要求的智能开通和关断功能,提高了智能开关的稳定性。
利用Proteus软件进行了仿真实验,观测电平波形图,验证了该方法的有效性。
【总页数】8页(P71-78)
【作者】周颖菲;黄资瀚;邹芝怡;杨怡恒;王廷军;邹旭
【作者单位】上海电机学院电气学院;上海电机学院商学院;上海电机学院机械学院【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
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2.基于STC89C52单片机DS1302时钟芯片定时开关的设计与仿真
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基于单片机的智能开关窗系统设计研究
收稿日期：2023-03-16基金项目：福建省中青年教师教育科研项目（JAT220686）作者简介：王宾（1989-），男，福建三明人，讲师，硕士。
基于单片机的智能开关窗系统设计研究王宾（漳州职业技术学院智能制造学院，福建漳州363000）摘要：本文提出了一种基于单片机智能开关窗系统设计方案。
系统设计选用51单片机为控制核心部件，通过温湿度传感器DTH11检测环境信号，然后转化为电信号，并传输到单片机对检测信号进行判断，当达到开关窗条件时启动相应开关窗机制，系统将相关的控制信号进行可视化显示，提升系统的实用性。
系统设计的电路结构简单，通过proteus 软件进行仿真验证，对系统实施有很好的指导意义。
系统通过扩展接入端口和传感器模块功能得到增强，可与智能家居系统进行对接。
关键词：智能开关窗；温湿度传感器；单片机中图分类号：TN711；TP393文献标识码：A文章编号：1673-1603（2023）04-0064-07自动控制系统的不断普及，使得智能家居的概念深入人心。
智能家居系统利用物联网、无线通信、大数据及人工智能等技术，将大量的新技术应用到日常生活中，给人们的生活带来了很多便利［1］。
作为家居智能化的核心部分，智能控制系统的开发和建设是未来发展的必然趋势［2］。
但对于普通家庭来说，整体智能家居系统成本相对较高，智能家居的应用还比较少。
因此，开发一款针对性较强的智能开关窗系统具有实用价值，并且可与智能家居系统进行对接［3］。
单立军等［4］设计了一种基于STM32单片机的智能窗控制系统，实现了对窗户的智能化控制并提供了多种功能，但相应的系统设计比较复杂。
申赞伟等［5］设计了基于STM32的智能家居物联网系统，为设计智能家居系统提供了很好的研究思路。
梁明远等［6］设计了基于树莓派的智能家居系统，采用JavaScript 设计UI 图形界面，实现了远程控制家居设备。
乔宇等［7］在智能家居系统方面也做了大量研究。
基于单片机的家用智能开关窗装置的设计研究
基于单片机的家用智能开关窗装置的设计研究摘要：本文设计了一种以STC89C52单片机为核心的智能开关窗装置，该装置主要由温度检测模块、光敏检测模块、红外检测模块、显示模块、数据处理模块、电机驱动模块等组成。
该装置通过检测室内外温湿度等信号，能够在阴天下雨和黑天的条件下及时地关闭窗户，从而避免糟糕的天气带来的麻烦以及财物损失，满足了人们对智能、安全、高效的生活品质的追求。
关键词：单片机；温度检测；光敏检测；红外检测引言随着我国经济的迅速发展人民的生活水平日益提高，人们对健康的重视程度也不断提高，大多数人为了保持室内空气清新，会经常开窗通风。
但由于当今社会生活节奏快，人们工作繁忙，大多数人经常会忘记开关窗户，每逢天气突变，便会担心不已。
而且遇见大风天气，还会造成窗户以及室内贵重物品的损坏。
基于此，本文设计了一种家用智能开关窗装置。
本装置可以根据昼夜交替的不同、天气的变化，来智能控制窗户的开关。
当传感器检测到室外光强超过设定值时，会发送指令给控制单元及时的开关窗户，能够实现黑天或阴天下雨及时关窗，白天天气好时及时开窗通风。
该设计解决了人们不能及时开关窗的困扰，有效地利用了单片机在电子产品控制领域中的性能优势，满足了人们对高品质生活的追求。
1 硬件设计1.1硬件设计方案系统基于STC89C52单片机，由温度检测模块、光敏检测模块、红外检测模块、显示模块、数据处理模块、电机驱动模块等组成。
系统整体框架如图1所示：1.2 温度检测单元1.2.1 温度传感器的选用目前市场上各式各样的温度传感器有很多，包括电阻式温度检测器，热电偶，热敏电阻，红外线和半导体传感器。
DS18B20温度传感器是一种应用广泛并含有已校准数字信号输出的温度传感器，具有体积小，性价比高，精度高，抗干扰能力强的等优点，且接线方便，封装后可适用于多个场合。
所以本装置的温度检测模块设计采用的是DS18B20数字温度传感器。
1.2.2温度检测原理DS18B20主要由寄生电源、64位激光ROM和单线接口、高速暂存器、触发寄存器、温度传感器、存储与控制器、8位循环冗余校验码发生器组成，其内部框图如图2所示：低温度系数振荡器可以用来产生稳定的频率f,温度对于振荡频率的影响很小，高温度系数振荡器将被检测到的温度转化成相应的频率信号，随着温度的变化其振荡频率会发生明显的改变。
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第23卷第6期2007年6月甘肃科技Gansu Science and T echnolo gyVol.23N o.6J un.2007基于单片机控制的智能开关的设计与实现贺登天,甘重斗,夏春水(兰州大学信息科学与工程学院电路研究所,甘肃兰州730000)摘要:文章根据开关控制的要求,提出了基于单片机控制的智能开关的总体设计思路,并以单片机、交流互感器和固态继电路为主要器件,从硬件电路和软件两方面实现了对电路的设计。
经过实际测试,电路达到了最初的设计要求。
关键词:智能开关;单片机;电流互感器;固态继电器;控制中图分类号:TP319在铁路系统、各种工业现场及用电场所,大量使用到交流断路器(即断路开关)。
实际使用的断路器没有自动恢复功能,一旦断开,必须人工手动接通开关提供电源。
在一些特殊场所(如铁路信号管控室)不希望人员频繁出入,由此,希望开发一种具有自动恢复功能的电流控制智能开关来替代现有的开关。
1设计要求及总体设计思路1.1设计要求由此以上需要提出设计总体要求:(1)可以自动恢复工作:对出现频繁的干扰性故障,智能开关能通过测试电流大小,判断是否接通电源或断开电源,控制开关动作,并在开关断开(保护)电源一定时间后能自动恢复开通状态,避免人工参与控制。
(2)具有自动保护功能:当出现大的损坏性故障时,能迅速停止自动控制,并发出报警信号,由人工参预维修设备。
维修完成后,再启动自动控制功能。
(3)开关控制灵活性高:对一定范围内的不同的控制电流,开关不需改动硬件,由参数设置调节完成控制。
(4)开关灵敏度好:开关能迅速对电流的大小变化做出反应,其反应时间至少不慢于普通的断路器。
1.2电路总体设计的思路基于以上要求,在设计思路上考虑以单片机为核心,通过采样并判断回路电流大小,来控制开关动作,以达到智能化控制的目的。
电路的总体设计思路如图1所示,电路主要由电源电路、电流采样电路、单片机及其外围电路以及部、开关控制电路以及报警电路五部分构成。
下面对开关各部分电路分别做出设计。
2硬件电路设计硬件电路设计的要求是:(1)能够采样流过该开关的电流大小;(2)能够判断该电流大小是否超负荷,并控制开关动作;(3)具有现实弱电控制强电的转换电路。
基于以上要求,决定选用LPC935做为控制开关的核心器件,LPC933/934/935/936系列是一款单片封装的微控制器,内部集成有看门狗电路及2个四路A/D转换器,适合于许多要求高集成度、低成本的场合,可以满足多方面的性能要求。
另外,用电流互感器来实现对电流的采样,用固态继电器来做为最后的控制开关。
下面分几个部分来做详细介绍。
2.1电源电路电源电路如图2所示。
由于LPC935工作电压为+ 3.2V,因此,电源电路设计输入为~220V,输出为直流+ 3.2V电压。
为减小电路板的面积,这里采用上海恒率电源科技有限公司生产的AC-DC电源模块AC220S05DC)6W,其输出电压为+5V,功率6W,再经DC/DC转换成直流+ 3.2V输出,做为整个控制电路的电源。
恒率AC220S05DC-6W为隔离式高效开关电源模块,85VAC~265VAC宽压输入,具有体积小,电磁兼容性好,输出纹波噪声小,输出电压精度高及瞬变响应快等优点。
三端稳压器LM317L及其外围元件构成DC/ DC转换电路,通过调节电位器RV2,使电源输出电压为+ 3.2V,满足电路要求。
图1电路设计总体框图2.2电流采样及(I/V)转换电路电流采样电路采样现场电流大小。
对该电路的要求是,采样精度高,采样及时准确。
实际电路设计如图3所示。
电路中,选用南京择明电子有限公司生产的ZMCT301A微型精密电流互感器来采样电流。
该电流互感器的电流转换值为5000:1,反应时间[0. 13m s,在0A~100A的输入电流范围内,其输出电流为0mA~20mA,经实验测知,当输入电流在1A ~15A之间变化时,输出电流为0.2m A~3mA,且保持严格的线性关系。
图2电源电路由于采样对象为正弦交变电流,而送入A/D转换电路进行转换并处理的信号要求是正向电压信号,因此需要对交流电转换为能反映其瞬时有效值大小的直流信号。
电位器RV1、四个桥式整流二极管、负载电阻R3及滤波电容C2共同构成电流/电压(I/V)转换电路。
电位器RV1阻值大小的选取至关重要,在采样电流大小一定的情况下,RV1阻值越大,则最后的输出电压(/in0端对地电压)越高。
实际控制电路中的RV1阻值应调节为多大,应视流过该开关的常态电流的大小而定。
实验电路中,设定采样电流(即工作电流)的大小为5A,则电位器RV1的实际电阻可以调为1.8K8,此时,通过实验测定,采样电流与输出电压的大小如图4中曲线所示。
图3电流采样及转换电路可见,在采样电流1.5A~7.5A的变化范围内,输出至A/D转换电路的对应电压值的变化范围为1.4V~2.6V,可以满足P89LPC935微控制器A/D 转换口电压0V<V IN<3V的输入要求。
此外,也可以看出,采样电流每增加1A,则输出电压变化大约0.2V,即转换系数K为:K=1000mA/200mV=5mA/mV(1)在具体电路设计时,可以根据不同的采样电流大小(常态时),来选择RV1电阻值的大小,从而保证既能采样到电流的变化,又能满足A/D转换口电压的输入要求。
电路中C1用来消除高频噪声,稳压二极管D2及二极管D3起钳位限压作用,主要用来防止突然出现大电流时,输出电压太高,以致损坏微控制器的A/D转换口。
电阻R3及电容器C2的取值尽可能大一点,以提高I/V转换精度。
2.3A/D转换电路经图4所示的采样及I/V转换电路后,就可以进行A/D转换,将采样到的电流大小值转换为数字量,送至微控制器进行判断和控制。
图4采样电流与输出电压关系曲线42甘肃科技第23卷P89LPC935微控制器P89LPC935/936含有2个8位、4路逐步逼近式模数转换模块,对输入电压为0V~3.2V 的模拟信号,其转换当量K 1为:K 1=3.2V-0V)/28U 0.012V/bit=12mV/bit(2)结合(1)式,可得采样电流的转换当量K 2为:K 2=K*K 1=5mA/mV *12m V/bit=60mA/bit(3)式(3)说明,对采样电流大于60m A 的变化,单片机即可以识别并做出判断,这对于一般的强电流领域,完全可以达到要求的控制精度。
当然,如果要求更高的控制精度,就需要另外选择更高位的A/D 转换器了。
同样设流过开关的常态电流为5A,则其对应的数字量为:5A=D *K 2 得 D=5000/60U 83(D)=53(H )即5A 的电流对应的数字量为十六进制数53H 。
如果希望在电流变化超过?10%时开关动作,则可以算得此时应设的上、下限数字量分别为5BH 和4BH 。
由此可见,对应于不同的控制精度,可以通过改动软件中的上下限值来达到要求,使开关控制具有了极大的灵活性。
对不同的常态电流,对应的VR1阻值大小及数字量大小,可以通过实验的办法一一测出,并列表,在大规模的开关生产中,可以通过查表的办法来确定该值。
上述电路中,采样到的模拟信号经P89LPC935微控制器的第26引脚(P0.1/ADC10)输入,在微控制器内进行A/D 转换并进行结果的保存和处理。
2.4单片机及其外围电路LPC933/934/935/936采用了高性能的处理器结构,指令执行时间只需2到4个时钟周期,6倍于标准80C51器件。
该微控制器共28个引脚,内部集成有两个四路A/D 转换器及看门狗电路等许多系统级的功能,可以大大减少元件的数目、电路板面积以及系统的成本。
其外围电路和一般的89C5X 系列单片机外围电路基本相同,如图(5)所示。
2.5开关控制电路、自动/手动切换及报警电路这部分电路如图5所示。
单片机第13引脚(P2.2)为控制信号输出端,开关电流在正常范围内时,13脚输出为高电平,开关导通,电源供电;当开图5 单片机及其外围电路关电流超过设定的上下限值时,13脚输出低电平,控制固态继电器动作,断开电源。
其各部分功能如下:(1)开关控制电路开关控制电路主要由固态继电器(SSR),开关三极管Q1,保护二极管D1、电阻R 1和R 2构成。
固态继电器相比电磁继电器,有许多优点:a 、开关无触点,没有打火、触点老化、开关性能不良等问题;b 、使用寿命长,一般的固态继电器寿命可达开关106次以上,远高于电磁继电器开关104~105次的数量级。
c 、控制方便,固态继电器输入电压范围3~32VDC(恒流型)8mA 或4~8VDC(移相脉冲),用单片机构成的控制电路,可以直接接入到其输入端,进而对大电流进行开关控制。
图6 开关控制电路、自动/手动切换及报警电路本电路采用杭州西子固体继电器有限公司生产的SSR )H 380D15型固体继电器,其内部为恒流型单向可控硅反向并联,输入电路与输出电路之间通过光电耦合,过零触发,输入:3~32VDC(恒流型)8m A;输出:24~240VA C,负载电流0A ~16A 。
SSR 的驱动选用开关三极管C882,由于SSR 内部以有光电耦合电路隔离输入输出回路,故电路中不需另加隔离措施。
(2)报警指示电路电路中设有正常(no rmal,绿色)、故障(fault,红43第6期 贺登天等:基于单片机控制的智能开关的设计与实现色)、维修(repair,黄色)三个发光二极管来做为报警指示灯。
当电流正常时,正常工作指示绿色二极管亮,其它二极管灭。
当电流超出正常范围时,故障指示(红色)二极管亮,其它二极管灭。
同时,单片机13脚输出低电平,控制固态继电器动作,断开电源。
(3)自动/手动切换电路实际电路工作时,如果出现小范围的干扰性故障,可以通过上述软硬件措施加以解决,一旦出现负载短路、开路等大故障,则必须有另外的解决措施。
本电路中通过软件设置了大故障判断功能,当实际电流大于常态电流的某一个设定值时,则认为是负载出现损坏性故障,可以通过自动/手动切换电路来处理。
自动/手动切换电路主要由sw itch开关来完成。
正常工作时,开关打到控制电路一侧,完成单片机自动控制。
如出现大故障,例如,常态电流为5A (53H),设定电流大于7.5A(7DH),小于2.5A (29H)为出现损坏性故障。
当测得实际电流的值超过这两个值的范围时,自动控制功能停止,需要人工参予。
维修人员将开关打到/维修0一侧,黄色维修(repair)指示灯亮,此时,不管自动控制电路是否有误动作,后面的控制电路都不会工作(控制电路开路),可以保证维修人员的绝对安全。
当维修完成后,再由维修人员将开关打到右侧控制端。
3软件设计程序软件用汇编语言编写,下面给出整个控制程序的框图:设损坏性故障上限值为MA X,下限值为M IN,干扰性故障上限值为max,下限值为min。