【正文】 只有單一功能，實(shí)現(xiàn)開關(guān)和借用各種電器， 只能滿足人們普通的日常生活需要 。 而定時(shí)插座不但可以實(shí)現(xiàn) 對(duì)電器設(shè)備的智能定時(shí)控制 ，而且也可以達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)，配備無線紅外遙控功能的插座也能給人們的日常生活帶來更多方便。本文就我如何設(shè)計(jì)制作 定時(shí)插座進(jìn) 行了詳細(xì)的闡述。 1． 定時(shí)插座 的 相關(guān)介紹 通 常人們?nèi)粘Ｉ钪卸?會(huì) 用到插座，這些插座基本只有簡單的功能，就是實(shí)現(xiàn)開關(guān)及接通 各種各樣的電器，可是有時(shí)候人們需要對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行某時(shí)間段的控制。因此，在這個(gè)時(shí)候，定時(shí)插座就能為你排憂解難了。 生活中，數(shù)碼照相機(jī)、 電動(dòng)車、 手機(jī)電池的壽命 都是 有限 的 ，充電過久容易損壞電池，而且長時(shí)間的充電浪費(fèi)電力，利用定時(shí) 插座 在夜間充電就可以節(jié)約電力，也可以防止 由于 充電過久而影響電池 壽命減短 。 上下班工作繁忙， 而 定時(shí)插座可以為你節(jié)省煮飯的時(shí)間，只要在出門前放 洗 好的米水，按下煮飯按鈕后把插頭插到定時(shí)插座上，設(shè)置好你要開啟的時(shí)間，也可以 設(shè)置關(guān)閉時(shí)間，當(dāng)你回家就可以吃到煮好的飯，而不需要在工作 勞累之后還要臨時(shí)做飯，等待飯熟。 每天、隔天 或 偶爾出門，一回到家就想洗熱水澡。 如果一直開著熱水器會(huì)不停的加熱保溫，既不安全又浪費(fèi)電。 電熱水器的功率一般是 1500W 至 2022W，如果您是在分時(shí)用電的地區(qū)，該定時(shí)插座可以幫你把電熱水器設(shè)定在非用電高峰時(shí)間工作，在電費(fèi)半價(jià)時(shí)段把水燒熱，這樣 的話， 一個(gè)月下來你家 就 可以節(jié)約幾十元電費(fèi)，既 經(jīng)濟(jì) 又 環(huán)保 。你同樣可以 想讓熱水器 幾點(diǎn)開始加熱都能辦到，完全可以按照你的要求去實(shí)現(xiàn)。 眾 所周知， 飲水機(jī) 如果 24 小時(shí)連續(xù) 地 工作 ，由此 產(chǎn)生的不良后果一是浪費(fèi)電，二是使飲水機(jī)的使用壽命大為縮短 。 另外多次燒開的水含有亞硝酸鹽， 可致癌、產(chǎn)生血管疾病等，對(duì)人體有害無益 。面對(duì)此問題，定時(shí)插座能給你最好的解決方案。通過定時(shí)插座， 有人在家時(shí) 讓 飲水機(jī)開，無人在家時(shí) 讓 飲水機(jī)關(guān)，這樣既節(jié)約了電，又 可以 保護(hù)好飲水機(jī)，也 能 喝到健康的水。 養(yǎng)魚的朋友 們， 你 們 是不是正在為你 們 自己的氧氣機(jī)一直開機(jī)而煩惱呢？那么 現(xiàn)在 有了定時(shí)插座，你就可以讓你的氧氣機(jī)根據(jù)你的 定時(shí)設(shè)置有規(guī)律的開機(jī)充氧和 關(guān)機(jī)了。 早上起床，你不用再 被單調(diào)的鬧鐘叫醒 ，完全可以讓音 響 放一首動(dòng)聽的歌曲，然后清新自 然 地起床。中午回家，一開門就有一股冷空氣撲面而來，因?yàn)槎〞r(shí)插座 已經(jīng)為你開啟了空調(diào)。晚上下班，不用再擔(dān)心黑燈瞎火，“超級(jí)管家”已經(jīng)幫你開好了夜燈，等待你的歸來。 定時(shí)插座 是家電的良好伴侶，可對(duì)路燈、廣告燈、電飯煲、飲水機(jī)、水族箱、電熱水器、電熱毯、抽水機(jī)排氣扇空調(diào)機(jī)、防盜器、臺(tái)燈等多數(shù)用電器進(jìn)行定時(shí)控制 ，方便你的日常生活。 由于人們慢慢認(rèn)識(shí)到了定時(shí)插座在日常生活中的實(shí)用性，市面上也不斷出現(xiàn)了各種品牌的定時(shí)插座，其功能層出不窮。定時(shí)插座可控的插座路數(shù)由一路到多路，可以設(shè)置的定時(shí)組也從單一的一組不斷提高到 九 組甚至更多。 并且，隨著人們生活上的需求不斷的提高，在定時(shí)插座功能上仍然有很大的發(fā)展空間。 6 2． 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè) 以單片機(jī) STC89C52 控制的 定時(shí)開關(guān)插座，要求 能控制一路 220V/10A 的插座，使其可以在 24 小時(shí)內(nèi)能預(yù)先設(shè)定定時(shí)范圍，每天周而復(fù)始地控制用電器具的自動(dòng)開啟和關(guān)閉，同時(shí)還能通過紅外遙控隨時(shí)控制插座的開關(guān)，從而達(dá)到方便、智能、節(jié)電的目的。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇 單片機(jī)芯片的選擇 本次設(shè)計(jì)采用的是 STC89C52 主控 芯片。 用 STC89C52 代替 AT89C52， 功能更 加 強(qiáng) 大 ，速度更快，壽命更長，價(jià)格 也 更低 。 STC89C52 可以完成 ISP 在線編程功能， 利用 偉福軟件 、Keil 軟件 等 可直接 將 編 寫 好的程序下載到 STC89C52 中 ， MCU 則可執(zhí)行相應(yīng)的功能，而且STC89C51 芯片還可以反復(fù)的進(jìn)行擦寫， 斷電不丟失 【 1】 。 顯示模塊選擇 采用 LCD1602 液晶顯示 。 LCD1602 液晶 能夠同時(shí)顯示 16*02 即 32 個(gè)字符 ， 1602 液晶顯示 模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日 文假名等 。 定時(shí)設(shè)置 的選擇 采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn) 計(jì)時(shí) 。 DS1302 芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高 ,用 于高速數(shù)據(jù)暫存的31*8RAM，工作電壓 在 ～ 范圍內(nèi)， 時(shí)耗電小于 300nA，采用這種專用時(shí)鐘芯片 可以更精確地實(shí)現(xiàn)定時(shí)插座的定時(shí)目的，定時(shí)準(zhǔn)確又不占用太多系統(tǒng)資源。 控制插座設(shè)備 選擇 采用 SONGLE SRD05VDCSLC 繼電器 。 該繼電器最大可以耐壓交流 250V，最大可通過 10A 的交流電 流。 繼電器是一種電子控制 器件 ，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制 電 路 中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “自動(dòng)開關(guān) ”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用 ，實(shí)現(xiàn)小電壓控制大電壓的目的。 按鍵的選擇 采用獨(dú)立式按鍵獨(dú)立式按鍵每個(gè)鍵單獨(dú)占一個(gè) I/O 口，工作狀態(tài)互不影響，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。此次 定時(shí)插座 的制作，空留出的 I/O 口較多，且需要的按鍵不多，故本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立 式按鍵。 電源選擇方案 采用 5V 穩(wěn)壓電源 加在電路板上。 因?yàn)槔^電器等器件要求電壓電流比較大，所以將 12V電源 通過 78L05 穩(wěn)壓芯片輸出 5V 給單片機(jī)等外部設(shè)備供電。實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)從電腦的 USB 電源取電給單片機(jī)供電。 7 紅外遙控控制方案選擇 本系統(tǒng)采用已編碼的 38kHz 紅外遙控器發(fā)射接收模塊，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。 3． 硬件電路設(shè)計(jì)及工作原理 定時(shí)插座系統(tǒng)在未設(shè)置任何定時(shí)的時(shí)候顯示界面顯 示時(shí)間，通過按鍵設(shè)置可設(shè)置在 24小時(shí)內(nèi)的兩組定時(shí)開關(guān)時(shí)間和六組一小時(shí)內(nèi)的 固定 模式定時(shí) ， 分別控制插座的開關(guān)，從而控制外部電器的工作與否 。紅外遙控要實(shí)現(xiàn)的就是通過遙控器的電源鍵一鍵控制定時(shí)開關(guān)插座的開關(guān)狀態(tài)，也可通過紅外遙控器的六個(gè)數(shù)字按鍵分別實(shí)現(xiàn)一鍵設(shè)定從當(dāng)前開始的固定模式的 定時(shí) 。 總體的硬件電路框圖如下圖所示： 圖 1 硬件電路框圖 主控制器 STC89C52 STC89C52 是宏晶公司生產(chǎn)的 40 引腳雙列直插芯片，具有許多獨(dú)特的 優(yōu) 點(diǎn)，即體積小、重量輕、單一電源、低功耗、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、運(yùn)算速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等 ，所以特別適用于實(shí)時(shí)測控系統(tǒng) ， 應(yīng)用領(lǐng)域很廣 ， 已成為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造，各類產(chǎn)品跟新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化的理想模型。 其內(nèi)部包含以下功能部件： ? 8 位 CPU； ? 振蕩器和時(shí)鐘電路； ? 8k 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器 EPROM。 ? 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM； ? 可尋址外部存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各 64 字節(jié)； ? 20 多個(gè)特殊功能寄存器； ? 32 線并行 I/O 口； ? 一個(gè)全雙工串行 I/O 口； ? 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器； STC 89C52 DS1302 計(jì)時(shí)模塊 繼電器模塊 紅外接收模塊 蜂鳴器 按鍵模塊 5V 穩(wěn)壓模塊 8 ? 6 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)，統(tǒng)計(jì)中斷按優(yōu)先順序查詢； ? 具有較強(qiáng)功能的位處理能力 【 2】 ； 圖 2 為單片機(jī)部分的電路原理圖 。 圖 2 單片機(jī)部分 的原理圖 穩(wěn)壓電源 電路 這里用到 78L05 穩(wěn)壓芯片。 設(shè)計(jì)中的繼電器是比較耗電的器件，而且如果電量不足會(huì)使得繼電器無法工作，因?yàn)橥ㄟ^ 78L05 穩(wěn)壓芯片把 12V 電源穩(wěn)壓輸出 5V 給單片機(jī)供電。78LXX 系列 是三 端 正電源穩(wěn)壓電路，封裝形式為 TO220。 它具有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。每種類型由于內(nèi)部電 流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本不會(huì)損壞。如果能提供足夠的散熱片， 它 們就能夠提供大于 的輸出電流。 當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷缶湍塬@得各種不同的電壓和電流 【 3】 。 如圖 3， 78L05 具有以下特點(diǎn)特點(diǎn) ? 最大輸出電流為 ； ? 輸出電壓為 5V； ? 熱過載保護(hù)； ? 短路保護(hù)； ? 輸出晶體管安全工作區(qū)保護(hù)； 圖 3 78L05 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，由于需要獲得穩(wěn)定的 5V 電源，因而采用 12V 電源 通過 78L05 穩(wěn)壓電路后獲得 5V 穩(wěn)定電源給單片機(jī)和外部器件供電 。 9 圖 4 為 5V 穩(wěn)壓電路 。 圖 4 5V 穩(wěn)壓電路 DS1302 計(jì)時(shí) 電路 系統(tǒng)采用 DS1302 作為計(jì)時(shí)器，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)插座能在 24 小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間的可變定時(shí)和一小時(shí)內(nèi)的固定模式定時(shí)。這樣可以使得定時(shí) 準(zhǔn)確，方便， 節(jié)約系統(tǒng)資源，同時(shí) 程序編寫上也能 相對(duì) 簡單。 DS1302 是高性能時(shí)鐘芯片，具有以下特性： ? 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、以及帶 閏年補(bǔ)償 的年進(jìn)行計(jì)數(shù) ； ? 用于高速數(shù)據(jù)暫存的 31*8RAM； ? 最少引腳的串行 I/O； ? 滿肚工作范圍 ； ? 時(shí) 耗電 小于 300nA； ? 用于時(shí)鐘或數(shù)據(jù)讀 /寫的單字節(jié) 或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送； ? 8 引腳 DIP 或 可選的用于表面的 8 引腳 SOIC 封裝 ； ? 簡單的 3 線接口 ； ? TTL 兼容（ VCC=5V） ； ? 可選的工業(yè)溫度范圍 40℃至 +85℃ ； ? 在 DS1202 基礎(chǔ)上增加的 特點(diǎn) ： —— 可選的慢速充電的能力 ； —— 用于主電源和備份電源的雙電源引腳 ； —— 備份電源引腳可用作電池或超容量電容器的輸入端 ； —— 附加的告訴暫存存儲(chǔ)器（ 7 字節(jié)） 【 4】 。 圖 5 為 DS1302 的芯片引腳圖 。 表 1 為 DS1302 各引腳的功能。 圖 5 DS1302 的芯片引腳圖 10 表 1 DS1302 引腳功能 引腳號(hào) 引腳名稱 功能 1 VCC2 主電源 3 X X2 振蕩器，外接 32768Hz 晶振 4 GND 電源地 5 RST 復(fù)位 6 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出（雙向） 7 SCLK 串行時(shí)鐘 8 VCC1 后備電源 系統(tǒng)中的計(jì)時(shí)電路則如下圖 6 所示 ，通過該電路可以很好地實(shí)現(xiàn)定時(shí)插座的各項(xiàng)定時(shí)設(shè)置，如任意時(shí)間定時(shí)和固定模式定時(shí)。 其中干電池的作用是使 DS1302 在斷電后仍可以構(gòu)成內(nèi)部振蕩 電路繼續(xù)計(jì)時(shí) ，當(dāng)系統(tǒng)再次開啟時(shí)不需要重新調(diào)整時(shí)間。 圖 6 DS1302 計(jì)時(shí)電路 LCD1602 顯示電路 本設(shè)計(jì)采用的是 LCD1602 字符型液晶顯示器 。 LCD 液晶顯示器是一種低功耗的顯示器件，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、消 費(fèi)電子及便攜式電子產(chǎn)品中。它不進(jìn)省電， 而且 能夠顯示大量的 信息 ，如文字、曲線、圖形、動(dòng)畫等， 其 功能比數(shù)碼管強(qiáng)大得多 【 5】 。 LCD1602 液晶顯示模塊 可同時(shí)顯示 16*2 即 32 個(gè)字符， 內(nèi)部含有的字符發(fā)生存儲(chǔ)器里面存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)和日文的片假名等，每個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大小寫英文字母的 A 的代碼是01000001B（ 41H），顯示模塊在顯示 A 時(shí) 就把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖像顯示出來， 我們就能看到 屏幕顯示 字母 A 了 。 11 表 2 LCD 1602 引腳功 能 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀 /寫選擇端 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號(hào) 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16