【文章內(nèi)容簡介】 和預期目標的要求，系統(tǒng)的實施方案可以 分為以下幾個步驟：首先，選定時鐘的走時方式為 24h，作為定時時間的判斷標準。然后通過按鍵設(shè)置定時時間分別存儲在定時開始數(shù)組 begin 和結(jié)束數(shù)組 end，通過數(shù)組的值與時鐘的值進行比較，時間在定時數(shù)組時間范圍內(nèi)則繼電器接通，否則斷開。用一個紅色發(fā)光二極管的亮、滅來指示繼電器的通、斷的狀態(tài)。定時開關(guān)插座的顯示則用 LCD1602 液晶屏來實現(xiàn)。電源部分用 220V 轉(zhuǎn)換為直流 5V 或用 3 節(jié) 5號電池給定時開關(guān)系統(tǒng)供電，并用 3V 紐扣電池 做 時鐘芯片 儲備電源，防止 220V交流電斷電了單片機 時鐘芯片 就停止工作，失去定時作用。用 4 個按 鈕實現(xiàn)時鐘、定時的設(shè)置等功能。 開關(guān)的選擇 （ 1） 先了解必要的條件 ； 1） 主回路 電源 的實際電壓以及它提供電流的范圍 ； 2） 次回路中的電壓及電流 ； 3） 次回路共有 幾組、 觸點采用何種方式。主回路電源的實際電壓可以作為選取繼電器 的參照。次回路中的電流應使繼電器正常工作，相反，繼電器無法順利工作。 （ 2） 選取繼電器的型號通過查閱相關(guān)資料，確 定繼電器型號、規(guī)格后，再進行進一步的核對，是否達到了預期的效果 。 采用繼電器作為控制 220V 通、斷的開關(guān)。 SSR 是不具備機械活動，零使動部件的繼電器，但它可以實現(xiàn)的功能與 其他繼電器無異 。 SSR 由全部固態(tài)電子元件組成，無觸點是 SSR 獨有的設(shè)計， 該設(shè)計 利用元器件的點、 磁和光特性 完成 輸入與輸出的 隔離，再用三極管、場效應管、 單 雙項可控硅等器件的 特性，最終達到無觸點、無火花地通斷 電路 的效果 。 選用 SRD05VDCSLC 繼電器最沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 大電路可達到 10A，即繼電器的正常工作范圍為 0~2200W，可以給大部分家用電器供電。 顯示方式選擇 在模擬電子和數(shù)字電子中 ,常用顯示數(shù)據(jù)的有數(shù)碼管和液晶顯示器。 方案一：采用 LED 數(shù)碼管顯示。雖然功耗低，控制簡單，但卻只能顯示數(shù)字和一些簡單的字符， 而且顯示信息少，需要較多位的數(shù)碼管，占用了較多的單片機 I/O 口，沒有較好的人機界面。 方案二：具有功耗低、體積小、顯示內(nèi)容豐富等 優(yōu)點 的液晶顯示器 在各類系統(tǒng)中得到廣泛采用。一方面，參照 顯示內(nèi)容 的不同分為字符型和圖形液晶。另一方面，參照 顯示容量又可以分為單行 16 字 、 2 行 16 字、 2 行 20 字等 。 本設(shè) 計采用 的 是 2 行 16 字 的字符型液晶 。該 模塊 應用廣泛，相比于數(shù)碼管具有以下優(yōu)勢 ： （ 1） 顯示位數(shù)可以達到 32 位 之多 ， 而 32 個數(shù)碼管將占據(jù)相當大的空間，不利于設(shè)計 ； （ 2） 具有相當大的顯示內(nèi)容，數(shù)字和大、小寫字母都含括其中 ； （ 3） 易于編程，如果采用數(shù)碼管，顯示的刷新將占有相當長的時間， 而 1602自動完成刷新功能。 所以本設(shè)計采用字符型液晶芯片。 時鐘的實現(xiàn)及單片機的選擇 時鐘的實現(xiàn)可已通過使用時鐘芯片或者單片機的定時器實現(xiàn)。下面簡要介紹幾種方案的特點。單片機僅用于控制繼電器、鍵盤，實現(xiàn)時鐘和定時。STC89C5 AT89C5 AT89S5 STC89C5 AT89C52，以上幾種單片機均是51 系列單片機，都可以滿足設(shè)計要求。只是 52 單片機比 51 單片機內(nèi)存大 4K，且購買方便，故單片機選用 STC89C52 單片機。 方案一：時鐘通過使用時鐘芯片來實現(xiàn)，控制部分通過使用單片機來實現(xiàn)。時鐘芯片種類非常多，有內(nèi)置晶振及充電電池的，也有外置晶振的，現(xiàn)在流行沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 的時鐘芯片有 DS130 DS130 PCF848 SB2068 等。 使用時鐘芯片可以得到準確的時鐘走時，可用簡單的程序?qū)崿F(xiàn)定時開關(guān)插座的定時功能 [5]。 方案二：時鐘通過單片機的內(nèi)部定時器來實現(xiàn)時鐘。單片機的內(nèi)部定時器可實現(xiàn)較為精確的時鐘走時，定時 50ms 的誤差率極小，可達到定時開關(guān)插座的使用要求。使用單片機內(nèi)部定時器可簡化硬件電路，可以節(jié)省開支，但是編程的難度有所提高 。 為了減小編程難度，本設(shè)計選用方案一。 電源部分的選擇 電源給單片機及繼電器等使用 5V直流電的器件提供電源，供系統(tǒng)正常工作。 使用交流電和干電池混合給系統(tǒng)供電。在交流電不失效的情況下由交流電轉(zhuǎn) 5V 直流電供電，在交流電失效情況下由干電池供電。這樣就能解決運行成本過高或者在交流電失 效時丟失原先設(shè)置數(shù)據(jù)的問題。 綜上所述，考慮到成本、實用性等問題，對定時開關(guān)插座系統(tǒng)供電方案采用交流電轉(zhuǎn) 5V 直流電 是較 為合適的 。 按鍵控制部分的實現(xiàn) 時鐘時間和定時時間的設(shè)置功能可以通過按鍵來實現(xiàn)。 根據(jù)本定時開關(guān)插座 的設(shè)置要求，要用到至少 10 個按鍵。 其中 開關(guān)和遙控器 分別 需要 5 個按鍵。 設(shè)計 方案的確定 紅外發(fā)射和紅外 接收兩個部分的電路 組成了本設(shè)計的硬件部分 [6,7]。系 統(tǒng) 軟件部 分的設(shè)計就是在紅外發(fā)射端對信號進行編碼，在接收端進行解碼， 要求編譯顯影的功能程序執(zhí)行 各自操作，最終達到遠程控制硬件電路的效果。 鍵盤掃描程序、 38kHz 載波及編碼脈沖發(fā)射程序、遙控接收及處理程序、延遲子程序 等組成了本設(shè)計的軟件部分 。 系統(tǒng) 組成 框圖如圖 21 所示 [8]。 系統(tǒng)由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分采用脈沖個數(shù)編碼，將待發(fā)射信號調(diào)制成 38kHz 的載波信號，由紅外發(fā)射管進行發(fā)射。接收部分由紅外接收管進行解碼接收，單片機通過對所接收信號的分沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 析，輸出相應的控制信號，由發(fā)光二極管和 LCD1602 液晶屏指示出發(fā)射部分按下的按鍵號。 圖 21 系統(tǒng) 組成 框圖 按 鍵 模塊 STC89C52 單片機 紅 外 發(fā) 射 電 路 紅 外 接 收 電 路 STC89C52 單片機 液晶屏顯示 繼電器 發(fā)射部分 接收部分 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)硬件框圖如圖 31 所示， STC89C52 控制 芯片 、晶振模塊、復位模塊、電源模塊、蜂鳴器模塊、按鍵模塊、 DS1302 計時模塊、顯示模塊、紅外接收模塊、繼電器模塊 等 10 個模塊 組成了本設(shè)計的硬件電路 。 定時開關(guān)的硬件工作系統(tǒng)由以 上 10 個模塊構(gòu)成。 DS1302 計時電路 DS1302 計時電路如圖 32 所示， DS1302 可以計算的最小時間單位是秒 ，它的工作電壓范圍為 ~ 。 Vcc 和 Vcc2 中壓強大的 供電 給電路， 主電源 是Vcc2 ， 后備電源 為 Vcc，在突發(fā)情況下如果主電源發(fā)生故障， 后備電源 繼續(xù)維持計時電路的正常運行。 X1， X2外接 12kHz 晶振， CE 是復位選線，當 CE 收到高電平 信號 時，系統(tǒng)將初始化所有數(shù)據(jù)的傳送 ，開放 對 DS1302 進行操作 的權(quán)限，使數(shù)據(jù)得以傳送 ，當 CE 收到 低電平 信號時就 會終止 數(shù)據(jù)傳送。 圖 31 系統(tǒng) 硬件 框圖 紅外接收模塊 繼電器模塊 電器插座 STC89C52 按鍵模塊 蜂鳴器模塊 電源模塊 復位模塊 晶振模塊 計時模塊 顯示模塊 受控電器 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 32 DS1302 計時電路 時鐘模塊采用 DS1302時鐘芯片實現(xiàn)計時。 DS1302芯片是具備較高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，且精度高 ,用于高速數(shù)據(jù)暫存的 318RAM，工作電壓在 ~， 時耗電小于 300nA。選取該芯片是為了更準確的實現(xiàn)定時， 更好的實現(xiàn)定時開關(guān)插座的功能 [9]。 LCD1602 顯示電路 本設(shè)計采用 LCD1602作為顯示屏幕 [10]。 LCD1602能夠顯示 162個字符。LCD1602顯示模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了 160個不同的點陣字符圖形，包括阿拉伯數(shù)字、大小寫英文字母等。 工作參數(shù)： （ 1）邏輯工作電壓： ~ （ 2） LCD 驅(qū)動電壓： ~ （ 3）工作溫度： 0~55℃ （常溫） /20~70℃ （寬溫） （ 4）保存溫度： 10~70℃ 電氣特性： （ 1）輸入高電平： （ 2）輸入低 電平： 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 （ 3）輸出高電平： （ 4）輸出低電平： （ 5）工作電流： 液晶 3 腳連接的電阻是可調(diào)電阻，因為 經(jīng)過查閱液晶芯片資料得知，液晶 3腳是灰度調(diào)節(jié)引腳，灰度正常時是 ~1V 左右， 在給系統(tǒng)通電后可以調(diào)整滑動變阻 R2的阻值使液晶壓強在 ~1V 之間變化，從而 起到調(diào)節(jié)液晶顯示屏亮度的作用。 LCD1602 顯示電路如圖 33 所示， Vcc 接 5V 電源正極， RS 為寄存器選擇位，與 口相連，高電平 1 是選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平 0 時選擇指令寄存器； RW 為讀 /寫 信號線，與 口相連，高電平 1 時進行讀操作，低電平 0 時進行寫操作； E 端為使能端，高電平 1 時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。 D0~D7與單片機的 P0 口相連作為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 圖 33 LCD1602 顯示電路 蜂鳴器電路 蜂鳴器和繼電器的驅(qū)動三極管選用的都是 PNP 型的 9012 三極管， 因為單片機剛一上電的時候所有的 I/O 口會有一個短暫的高電平。如果選用 PNP 型的，即使程序上將 I/O 口拉低，蜂鳴器或繼電器也會響一小下或吸合一下，為了避免這種情況發(fā)生，就選用 PNP 型的。因為我們想控制蜂 鳴器或繼電器工作單片機的 I/O 口要低電平，這樣就避免了，因為我們不可能剛一通電就讓蜂鳴器響或繼電器吸合。避免了不必要的麻煩。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 蜂鳴器電路如圖 34 所示，遙控定時開關(guān)中設(shè)計了蜂鳴報警電路。其中蜂鳴器的基極連接到了單片機的 端口，當 端口輸出為低電平時有電流流過蜂鳴器，此時蜂鳴器發(fā)出聲音，如果 輸出為高電平，沒有電流流過蜂鳴器，此時蜂鳴器不發(fā)音。 圖 34 蜂鳴器電路 按鍵電路 本設(shè)計使用的 I/O口較少，所以 STC89C52芯片 有很多 I/O口可供選擇作為按鍵 接口，所以在本設(shè)計中采用獨立按鍵的模式。獨立式按鍵電路有很多優(yōu)勢，利于編程、結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活方便。本插座具有 5個按鍵，一個按鍵占只用唯一一個 I/O口，每個按鍵之間的操作不發(fā)生沖突，判斷哪個按鍵被按下可以通過檢測輸入線的電平狀態(tài)。 按鍵電路如圖 35 所示，該部分電路設(shè)計包括 4 個獨立的按鍵，這 4 個按鍵的一端分別連接到單片機的 口 ~ 口，另一端 則 全部接地。 這 4 個按鍵功能 如下： 按鍵 S2：減少鍵， 該按鍵可以對時間進行減少 。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 按鍵 S3：增加鍵，該按鍵可以對時間進行增加。 按鍵 S4：選擇鍵，通過該按鍵可以 對年、月、日、時、分進行選擇。 按鍵 S5：確定鍵，通過該按鍵可以對時間選項進行確定。 圖 35 按鍵電路 紅外接收 電路 由于單片機 STC89C52的 I/O口充足，故在本設(shè)計中按鍵電路采用獨立 按鍵，并對按鍵電路進 行了消抖處理，為了便于操作，紅外遙控按鍵與按鍵電路相互對應。因為 自制紅外編碼發(fā)送接收模塊的設(shè)計 相當復雜，成本也會大大增加，故本設(shè)計采用已完成編碼的紅外發(fā)射 器和紅外接收管 來達到紅外遠程操控的效果 。 紅外接收電路如圖 36 所示，與單片機的兩個 外部中斷 之一的 口相連，當 口接收到低電平時立刻 進行紅外按鍵檢測。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 36 紅外接收電路 繼電器控制電路 繼電器是一種電子控制器件，它具有輸入回路和輸出回路，常常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “自動開關(guān) ”。在本設(shè)計中，繼電器起到的就是開關(guān)的左右。 繼電器控制電路見圖 37 所示，其中三極管起到導通截止的作用。而發(fā)光二極管 D1有指示的效果，繼電器觸發(fā)信號將從單片機 口產(chǎn)生，當 口輸出低電平時，三極管 Q2導通狀態(tài)，繼電器閉合，發(fā)光二極 管發(fā)亮，外接電器通電開始工作。當 口輸出高電平時，三極管 Q2截止狀態(tài)，繼電器斷開，發(fā)光