基于51单片机的红外遥控智能定时开关插座

目录

第一章绪论 (1)

1.1 选题的目的与意义 (1)

1.2 本课题在国内外的发展现状及趋势 (1)

1.3 本课题要解决的主要问题 (1)

第二章系统设计方案 (2)

2.1 系统结构与功能 (2)

2.2 总体系统框图 (2)

2.3 开关的选择 (2)

2.4 显示方式选择 (3)

2.5 时钟的实现及单片机的选择 (3)

2.6 按键控制部分的实现 (3)

第三章主要元器件原理及其应用 (4)

3.1 单片机STC89C51简介 (4)

3.2 1602工业字符型液晶简介 (4)

3.3 继电器介绍 (5)

第四章硬件电路的设计 (6)

4.1单片机最小系统 (6)

4.2 液晶显示电路 (7)

4.3 键盘电路 (8)

4.4 插座电源控制电路 (8)

4.5 蜂鸣器提示电路 (9)

4.6 红外遥控电路 (9)

第五章系统软件设计 (11)

5.1 各模块程序设计 (11)

5.1.1 主程序流程图 (11)

5.1.2 时钟程序设计 (11)

第六章系统组装和调试 (13)

总结与体会 (15)

参考文献 (16)

附录一实物图 (17)

附录二源程序 (18)

第一章绪论

1.1 选题的目的与意义

现如今，生活水平提高，生活节奏加快，市面上的插座往往由于其功能过于单一而不能满足我们的需求。比如：电动车充电通常是8小时左右，太长则容易损耗电池，太满则充不满，如果晚上充电，又经常不想从家里出来到车库去给车充电。白天充电又忘记拔电源；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。

综合以上原因考虑，我们急需要一款智能插座。此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，还能消除安全隐患，最终使我们的生活更加方便化、智能化。

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。

1.2 本课题在国内外的发展现状及趋势

目前，在市面上，时间控制器技术相对先进，种类齐全，时间控制器被广泛应用于各类电器中，通过对时间的控制是人们的生活更加简单化、智能化。在智能插座的领域却还处于刚刚发展的阶段，智能插座也仅仅限制于旋钮定时器，或者计数器芯片设计的体积较大的时控插座。这种插座定时时间单一，功能单一，定时准确性低，很难真正满足我们日常生活的需求。现在急需将一种功能强大的时控插座来满足市场需求，改善我们的生活。

随着现代电子科学技术的发展，由于单片机具有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗等特点，成品价格下降，越来越被广泛应用。这种新兴产业的发展，势必在日常生活中产生深远的影响。由单片机实现对插座的定时控制正符合这一发展规律。

1.3 本课题要解决的主要问题

本论文主要是完成一种低成本、低价格、功能强大的单片机定时控制插座系统的设计与开发。包括硬件电路和主要的软件设计。

本课题详细分析系统的硬件设计和软件设计，给出电路原理图，以及主要程序设计的流程图和程序。主要采用51单片机为核心单元，利用单片机的定时器，I/O 等功能设计的一款具有定时的单片机时控插座。

第二章系统设计方案

本章主要讨论了系统的总体方案以及各模块的设计方案，包括了控制核心、开关、显示模块、时钟电路以及键盘电路方案。

2.1 系统结构与功能

系统总体设计主要实现以下功能：

（1）人机交互界面：通过1602液晶显示屏，与独立按键建立起一套完善的人机交互界面。可以用于设置定时的参数，显示剩余时间，显示断电提示。

（2）设置定时时间：用户通过人机交互界面，查找到设定时间界面，设置对应的每一组的设置时间。

（3）红外线遥控：本系统可以通过红外线遥控器进行两个定时的时间设定，可以强制开\关，确认开始定时功能

（4）蜂鸣器提示：当电源接通和断开时都将有蜂鸣器提示。

2.2 总体系统框图

采用一种以STC89C51为核心的单片机控制方案。选用单片机STC89S51 作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，实现基本的定时控制功能。在单片机的外围电路外接输入键盘及1602液晶用于构造人机交互界面以设置各个参数。其原理如下图2.1所示：

图2.1 单片机控制插座原理图

2.3 开关的选择

采用光耦合器实现单片机控制开关。耦合器（optical coupler，英文缩写为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选用光耦控制三极管开关的形式来驱动继电器的工作。2.4 显示方式选择

在模拟电子和数字电子中,常用显示数据的有数码管和液晶显示器。

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。

2.5 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STC89C51系列，而且STC89C51单片机便宜，购买方便，下载方便，故单片机选用STC89C51单片机。

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，所以选用方案二。

2.6 按键控制部分的实现

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：

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。

根据本定时开关插座的设置要求，用到4个按键。通过两个方案的对比，方案一的实施办法更符合要求。