智能定时开关

目录

0 前言 (1)

1 总体设计方案 (2)

1.1 单片机定时开关方案设计 (2)

1.2单片机定时开关的功能 (2)

2 硬件电路设计 (3)

2.1电源电路 (3)

2.2 手动复位电路 (3)

2.3 晶振电路 (4)

2.4 液晶显示电路 (4)

2.5 键盘控制电路 (5)

2.6 继电器电路 (5)

2.7 报警电路 (6)

3 软件设计 (6)

3.1 定时开关主程序流程 (6)

3.2 时钟程序设计 (7)

3.3 人机界面程序设计 (7)

4 调试分析 (8)

5 结论及进一步设想 (9)

参考文献 (9)

课设体会 (10)

附录1 电路原理图 (11)

附录2 程序清单 (12)

基于单片机的定时开关设计

班彬棠沈阳航空航天大学自动化学院

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。定时开关的使用能够做到节能、安全、方便等。本文首先介绍定时开关设计要实现的功能，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1602显示、继电器工作电路）软件设计流程以及系统的测试。最后总结了定时开关设计完成的任务，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；1602液晶；键盘；继电器

0 前言

现如今，生活水平提高，生活节奏加快，市面上的开关往往由于其功能过于单一而不能满足我们的需求。比如：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等等。

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％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。除此之外，长期通电会使家用电器电路老化，降低了电器的使用寿命，还容易漏电引发火灾。据公安和消防部门有关资料显示，全过平均每天发生火灾358起，其中电器火灾占30%以上，其主要原因是超负荷、短路、电弧等。大多数情况下并不是我们不去关闭电源，而是由于忘记了切断电源。

综合以上原因考虑，我们急需要一款智能定时开关。此开关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。

定时开关是一款能在特定时间段内控制电器通、断电的开关。能实现24小时制走时模式，定时时间范围最小为1分钟。

本文阐述了定时开关的硬件电路设计、软件算法设计, 给出了定时开关的设计和定型方案,它可以对家中一些需要在特定时间工作的电器进行自动断、通电控制,减少电器的待机损耗，解决生活中的一些烦恼。

1 总体设计方案

1.1 单片机定时开关方案设计

采用一种以STC89C51为核心的单片机控制方案。选用单片机AT89S51 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1.1所示：

图1.1 单片机定时开关原理图

1.2单片机定时开关的功能

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。查看定时参数，显示时间。

（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定时和延时时间。

（3）设置现实时间：由于各种外界因素会导致系统现实时间与实际现实时间相异，系统支持修改系统现实时间。用户通过人机交互界面，查找到设定时间界面，设置系统现实时间。

（4）提示与报警：当到达设定时间时LED显示灯熄灭以提示用户定时开始，当设定时间结束后实现用蜂鸣器报警。

2 硬件电路设计

实现本设计要求的具体功能，可以选用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统，包括电源电路、手动复位电路、晶振电路、液晶显示电路、键盘控制电路、继电器电路、报警电路。

2.1电源电路

图2.1 电源电路图

系统要提供稳定的直流5V供单片机及其所控制的外围电路用220V交流电经过变压器降压后经7805稳压后给单片机控制系统供电。

2.2 手动复位电路

图2.2 手动复位电路

复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号

是高电平有效.上电自动复位通过电容C3和电阻R1来实现,按键手动复位是由图中复位键来实现的。

2.3 晶振电路

图2.3 晶振电路

由于系统需要计算精确时间，所以该模块使用了一个12MHz的晶振。时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按照时序工作。

2.4 液晶显示电路

图2.4 液晶显示电路

本设计选用的1602液晶为16管脚液晶，即带背光液晶。与单片机接口设计如下：7—14：连接P0端口；4：连接P2.2；5；连接P2.1；6：连接P2.0。

2.5 键盘控制电路

图2.5 键盘控制电路

本设计采用了独立键盘设计，只是用了4个独立按键与单片机I/O口连接，利用简单的逻辑方式实现了人机交互界面。

2.6 继电器电路

图2.6 继电器电路

单片机是一个弱电器件，一般情况下它们大多工作在5V甚至更低‘驱动电流在毫安级以下。而要把它用于一些大功率场合，显然是不行的。所以就要有一个环节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”。继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。图中三极管8550有两个作用：一个是起放大作用，一个是起开关作用。当单片机给出低电平时，三极管处于导通状态，并起放大作用，这样，继电器就能得到足够的驱动电流来正常工作。当单片机给出高电平时，三极管不工作，继电器因没电流通过而不工作。二极管4148起到保护作用。