【正文】 基于單片機(jī)的智能插座的設(shè)計(jì)作者:）指導(dǎo)教師：[摘要]：本文主要描述了一個(gè)定時(shí)插座的設(shè)計(jì)與制作。定時(shí)。 Timing。所以，為了解決這樣一對(duì)矛盾，我們了解到，越來(lái)越多的產(chǎn)品有了待機(jī)功能，如電視機(jī)，電腦，冰箱，空調(diào)等家用電器。除此之外，也使得電器的壽命大大縮短。 課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在市場(chǎng)上的220V移動(dòng)式電源插座大部分功能單一，只能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)電源的通斷，小部分可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)，但大都是機(jī)械式的，而不能根據(jù)使用者的意愿編程設(shè)定時(shí)間自動(dòng)通斷，有時(shí)滿足不了人們的需求。它可以在電器遙控關(guān)機(jī)后自動(dòng)切斷電源，遙控開機(jī)時(shí)，能自動(dòng)接通電源，從而達(dá)到安全、節(jié)電的效果。而POLYHOME智能插座是北京博力恒昌科技有限公司生產(chǎn)的智能家居產(chǎn)品之一。由于單片機(jī)具有優(yōu)異的性能性價(jià)比，集成度高、體積小、可靠性高，控制功能強(qiáng)，低電壓、低功耗等特點(diǎn)，以及單片機(jī)控制電路技術(shù)的發(fā)展使智能插座具有定時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)可加上其他一些功能，像USB接口，這樣一來(lái)，手機(jī)，MP3等電器充電機(jī)會(huì)更加方便；語(yǔ)音功能，讓操作更加方便；也可加上溫度測(cè)量顯示功能，讓這個(gè)插座實(shí)現(xiàn)更多的功能，使得智能插座體積小但功能更強(qiáng)大，攜帶也更加方便。也消除了生活中的很多安全隱患。在定時(shí)定溫功能的基礎(chǔ)上，加上了過(guò)載保護(hù)和防雷模塊。具體原理是由555組成秒脈沖發(fā)生器，再由CD40192構(gòu)成一個(gè)倒計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)器，通過(guò)一個(gè)撥碼開關(guān)預(yù)設(shè)時(shí)間，最后數(shù)碼管顯示，蜂鳴器報(bào)警。通過(guò)上述方案的比較，用單片機(jī)進(jìn)行定時(shí)插座的設(shè)計(jì)比數(shù)字電路更加準(zhǔn)確靈活，功能更加強(qiáng)大，成本相對(duì)更低，硬件復(fù)雜性也更小，所以，綜合各方面因素，本設(shè)計(jì)采用方案一。片內(nèi)資源有4組I/O控制端口、3個(gè)定時(shí)器、8個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護(hù)。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3 口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。RST——復(fù)位輸入。 上電復(fù)位 手動(dòng)復(fù)位本設(shè)計(jì)用到78L05穩(wěn)壓芯片。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本不會(huì)損壞。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(jiǎn)單。 DS1302的芯片引腳圖 DS1302的芯片引腳圖，其中有主電源、備用電池、振蕩器、數(shù)據(jù)輸入/輸出端口、復(fù)位端口和串行時(shí)鐘端口。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。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。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS1820或從DS1820送出，因此從主機(jī)CPU到DS1820僅需一條線(和地線)、DS1820的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。開始8位是產(chǎn)品類型編碼(DS1820編碼均為10H)、接著的48位是每個(gè)器件唯一的序號(hào)、最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))碼。將存貯器中的二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)并除以2就得到被測(cè)溫度(550℃一125℃). 、。
軟件設(shè)計(jì)部分包括液晶顯示程序、DS1302計(jì)時(shí)程序、DS18B20測(cè)溫程序，獨(dú)立式按鍵處理程序等。為了初始化任何的數(shù)據(jù)傳送，把RST置為高電平且把提供地址和命令信息的8位裝入到移位寄存器中。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加最大可達(dá)248的數(shù)。最高位有效位MSB必須為1。7 6 5 4 3 2 1 0 1RAM/CKA4A3A2A1A0RD/W DS1302的命令字節(jié)： DS1302實(shí)時(shí)時(shí)間流程圖 LCD1602顯示電路程序編寫這部分的顯示過(guò)程主要是顯示從DS1302讀取的日歷和時(shí)鐘數(shù)值，從DS18B20讀取溫度值，同時(shí)當(dāng)檢測(cè)到獨(dú)立式按鍵有鍵按下時(shí)，顯示相應(yīng)的設(shè)置菜單等。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。在使用這兩個(gè)軟件時(shí)，都遇到了一些問(wèn)題，例如在使用protues進(jìn)行原理圖繪制的時(shí)候，有些器件很難找到，這就會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，所以，最后在網(wǎng)上下載了一個(gè)protues元件對(duì)照表，這個(gè)問(wèn)題就得到了解決。分別設(shè)置“target1”中的“Target,output,debug”各項(xiàng)，使程序匯編后產(chǎn)生HEX文件。注意，C語(yǔ)言源文件的擴(kuò)展名應(yīng)該是“.c”，它應(yīng)該與工程文件存儲(chǔ)在同一文件夾之內(nèi)。在快捷菜單中選擇“Add File to Group ‘Source Group 1’”，加入文件對(duì)話框被打開。如果不需要加入其它文件，單擊“Close”按鈕可以關(guān)閉加入文件對(duì)話框。(3) 編譯源程序，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，返回上一級(jí)對(duì)錯(cuò)誤更改后重新編譯，直到?jīng)]有錯(cuò)誤為止。而時(shí)鐘也沒(méi)有顯示，所以檢查1302是否有問(wèn)題，檢查完才發(fā)現(xiàn)1302忘了接地。首先是LCD1602顯示程序，通過(guò)編寫過(guò)的程序掌握了1602的顯示原理及其顯示過(guò)程用到的指令如清屏，開關(guān)顯示等。有了這些流程后才能在編程過(guò)程中減少一些不必要的麻煩。因?yàn)榘存I處理這塊加入了大部分的設(shè)置功能，所以編寫過(guò)程比較費(fèi)力，通過(guò)反復(fù)調(diào)試，系統(tǒng)已經(jīng)可以達(dá)到預(yù)期的效果。定時(shí)插座工作時(shí)紅色指示燈亮，不工作時(shí)指示燈不亮。同時(shí)，可以給定時(shí)插座加上保護(hù)措施，如漏電保護(hù)開關(guān)等，達(dá)到安全的目的。定時(shí)插座已經(jīng)可以完成一天24小時(shí)內(nèi)的兩組定時(shí)開關(guān)設(shè)置和六組一小時(shí)內(nèi)的固定模式定時(shí)，還可以通過(guò)溫度上下限的設(shè)置，控制繼電器稍的工作狀態(tài)。但是，在這過(guò)程中，我也發(fā)現(xiàn)了自己所學(xué)知識(shí)的不足，在今后仍需不斷努力學(xué)習(xí)。在此謹(jǐn)向他們表示衷心的感謝。一個(gè)電源插座的樣本模型已經(jīng)隨著所提出的框架被完成。索引詞——智能家居，家庭自動(dòng)化，電源插座，無(wú)線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)。在最近幾年，許多新的無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展導(dǎo)致了家庭自動(dòng)化設(shè)備的翻新。隨著現(xiàn)已新發(fā)布的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)，我們被賦予了更多的機(jī)會(huì)，建立無(wú)線控制和監(jiān)測(cè)的應(yīng)用程序，以至于可以保證低成本，低功耗，范圍廣和高可靠性。許多可以提供遠(yuǎn)程控制功能的電源插座產(chǎn)品在商業(yè)市場(chǎng)都有供應(yīng)。ZigBee技術(shù)已被應(yīng)用于建筑家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入監(jiān)控和控制應(yīng)用。在大多數(shù)情況下，我們只需要開啟/關(guān)閉家用電器然后讓這些設(shè)備在那工作。添加太多的其他通信接口到終端設(shè)備，也大大增加了系統(tǒng)的的復(fù)雜性和成本。它在家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制操作中作為一個(gè)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)。電源插座的無(wú)線設(shè)備提供了一個(gè)更靈活的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)是由幾個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，多個(gè)無(wú)線電源插座模塊和一個(gè)基站組成的。圖1 在家庭環(huán)境中的無(wú)線電源插座系統(tǒng)。圖2顯示出提出的電源插座模塊結(jié)構(gòu)的分解圖。主板使用的是低成本MCU實(shí)現(xiàn)控制邏輯和一個(gè)特定的芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。圖4顯示出了該電源插座模塊的軟件控制流程。具有最低通信的能源成本的鄰居節(jié)點(diǎn)將被選為父級(jí)。路由信息將被直接發(fā)送到發(fā)送緩沖區(qū)作為下一個(gè)目的地。圖4 控制流電源插座模塊。電源插座模塊，PIR傳感器模塊和基站彼此之間的無(wú)線通信時(shí)通過(guò)Zigbee協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。圖6顯示了電源插座系統(tǒng)運(yùn)行在不同的移動(dòng)終端的圖形用戶界面。該智能手機(jī)雖然沒(méi)有觸摸屏，但可以只用一只手按壓搖桿按鈕和鍵盤來(lái)靈活操作。如圖7是實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。然后，該基站將像下屬的電源插座模塊發(fā)送命令來(lái)打開燈和電扇在該人進(jìn)入下一個(gè)區(qū)域之前。如果有更多的PIR傳感器模塊和更多的電源插座模塊，我們可以設(shè)計(jì)更多智能化的算法來(lái)預(yù)見(jiàn)人打算訪問(wèn)的下一個(gè)目的地了。 (a) 0s (b) 1s (c) 2s (d)3s圖7 主動(dòng)照明實(shí)驗(yàn)。電源插座模塊的基本功能已經(jīng)在測(cè)試平臺(tái)上通過(guò)執(zhí)行照明的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。AUTOM。[2] M. Chan, D. Esteve, C. Escriba 和 E. Campo,“對(duì)智能家居目前的狀態(tài)和未來(lái)的挑戰(zhàn)的審查”在生物醫(yī)學(xué)中計(jì)算機(jī)的方法和程序，第二卷。[5] IlKyu Hwang and JinWook Baek,“基于數(shù)字門鎖的無(wú)線接入監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，” IEEE Trans Consum Electron, 第53卷，第4號(hào)，第1724年至1730年，2007年。在2004年，他獲得了中國(guó)合肥科技大學(xué)控制科學(xué)博士學(xué)位。他目前的研究興趣包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，分布式測(cè)量和控制，網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人。他目前是中國(guó)南京東南大學(xué)儀器科技博士候選人。她的研究興趣包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，家庭自動(dòng)化系統(tǒng)，無(wú)處不在的運(yùn)算。 從1996年到1998年期間，他是中國(guó)東南大學(xué)智能信息處理實(shí)驗(yàn)室的一名副研究員。目前，他是中國(guó)東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院一個(gè)教授。附錄B 源程序 附錄C 硬件連接圖附錄D 實(shí)物圖