智能插座畢業(yè)設(shè)計 (2)

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1、 （2015屆） 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料 題 目 名 稱： 智 能 插 座 學(xué) 院（部）： 理學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師姓名： 職稱： 講師

2、 最終評定成績： 湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處 湖南工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），題目《基于單片機的智能插座的設(shè)計》是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，進行研究工作所取得的成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文章以明確方式注明。除此之外，本論文（設(shè)計）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲明應(yīng)承擔的責任。 作者簽名： 日期： 年 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)

3、設(shè)計（論文） 摘 要 家電長期的待機不僅引起巨大的能源浪費，而且使得排插的負荷越來越大，帶來了非常嚴重的安全隱患。同時，電器的使用壽命大大縮短。本設(shè)計制作了具有定時及智能感應(yīng)功能的插座。其不僅你不了現(xiàn)實生活中普通插座功能的不足，還為人們的生活帶來了極大的便捷。 本系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、QC12864B液晶屏、HC-SR501及繼電器等幾個模塊組成。通過外設(shè)鍵盤對與繼電器相連的排插進行定時、延時設(shè)置，使其可以按照我們的意愿在相應(yīng)的時間通斷?；蛴蒆C-SR501熱釋電紅外傳感器模塊，當感應(yīng)到生物發(fā)出的紅外線而輸出電信號進而觸發(fā)SCT89C51單片機的外部中

4、斷引腳，自動控制排插的通斷。由LED指示燈指示工作模式并將工作數(shù)據(jù)通過LCD液晶屏顯示。 軟件設(shè)計使用keil uvision4，各個功能的選擇菜單界面通過QC12864B液晶屏顯示，配合按鍵實現(xiàn)多各個功能之間的選擇與切換，使該系統(tǒng)能夠有個友好的界面。根據(jù)需要實現(xiàn)的功能用C語言完成底層驅(qū)動和各子系統(tǒng)程序的編寫和調(diào)試。使外接繼電器可以按照一定的規(guī)律工作，即可以達到智能控制的目的，又在很大程度上起到節(jié)能的作用。 關(guān)鍵詞：STC89C52;排插;SH-RF501;DS1302 ABSTRACT Electrical applianc

5、es on standby for a long time not only cause huge waste of energy, and make the strip load more and more big, has brought the serious security hidden danger.At the same time, greatly reduces the service life of the appliance.This design which has the function of timing and intelligent induction sock

6、et.Its not only you are not the real life of ordinary socket function is insufficient, also brought great convenience for people's life. This system by single chip microcomputer minimum system, QC12864B LCD screen, HC - SR501 and relay of several modules.By a peripheral keyboard connected to the re

7、lay platooninsert timing, delay set, can make it according to our wishes in the corresponding time on and off.Or by the HC - SR501 pyroelectric infrared sensor module, when sensing infrared and output electric signal from the biological triggers the SCT89C51 MCU external interrupt pin, automatic con

8、trol strip on and off.Working mode and directed by the LED indicator light will work data through the LCD screen display. Software design using keil uvision4, each function selection menu interface by QC12864B LCD screen display, cooperate with the keys to achieve more choice and switch between eac

9、h function, makes the system has a friendly interface.According to the function of the need to implement in C language to complete the underlying drive and each subsystem writing and debugging of the program.Make external relays can work according to certain rules, which can achieve the goal of inte

10、lligent control, and to a great extent, have the effect of energy saving. Key words: SCTC89C52；socket；SH-RF501；DS1302 I 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 設(shè)計的目的和意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 論文主要內(nèi)容與思路 2 第2章 總體方案 3 第3章 硬件電路設(shè)計 5 3.1 智能排插的工作原理 5 3.2硬件簡介 5 3.2.1 STC89C52單片機 5 3.2.2 QC128

11、64B液晶屏 6 3.2.3 DS1302時鐘芯片 8 3.2.4 BISS0001紅外熱釋電處理芯片 9 3.2.5 繼電器模塊 10 3.2.6 按鍵模塊 10 3.3系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計原理圖 10 3.3.1 STC89C52最小系統(tǒng)電路圖 10 3.3.2 QC12864B液晶顯示電路 11 3.3.3 DS1302時鐘電路 11 3.3.4 HC-SR501模塊電路 11 3.3.5 繼電器電路 12 3.3.6 按鍵電路 12 3.3.7 系統(tǒng)原理圖 13 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 14 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程

12、14 4.2 模塊程序設(shè)計 14 4.2.1 LCD12864液晶驅(qū)動程序設(shè)計 14 4.2.2 DS1302驅(qū)動程序設(shè)計 16 4.2.3 按鍵程序設(shè)計 18 第5章 實物制作與結(jié)果分析 19 5.1 實物制作 19 5.2加載源程序后的實物結(jié)果及分析 20 第6章 總結(jié)與展望 22 6.1 總結(jié) 22 6.2 展望 22 參考文獻 23 致 謝 24 附 錄 25 附錄1系統(tǒng)原理圖 25 附錄2 源程序 25 III 第1章 緒論 1.1 設(shè)計的目的和意義 隨著人口的增長、科技的迅猛發(fā)展，人們生活水平不斷的提高，對于電子產(chǎn)品的需求和要

13、求也不斷增加，各式各樣的電子產(chǎn)品應(yīng)用于我們的生活中。在為人類帶來便捷的同時，也意味著我們使用的產(chǎn)品消耗的能源同等的增加以維持我們生活的正常進行?？墒牵覀兩畹男乔蚰荛_發(fā)利用的能源是有限的并且正在不斷的消耗殆盡，所以，節(jié)約能源又成為了我們必須要解決的問題，同時其也是這個社會的主題。所以，這樣一對矛盾應(yīng)盡快得到調(diào)解，在調(diào)查中我們發(fā)現(xiàn)，大部分市面上的電子產(chǎn)品都具有待機功能，比如電視機，電腦，冰箱，空調(diào)等家用電器。如此，就我國而言，無意識的家電或電子產(chǎn)品的能耗基于一個十幾億人口的大國，那是一個非常巨大的能源浪費。據(jù)測算，家電待機能耗占到中國家庭電力消耗的10%以上。而正是由于這種長期的待機狀態(tài)，使得

14、排插的負荷也越來越大，帶來了非常嚴重的安全隱患。除此之外，也使得電器的壽命大大縮短[1]。 所以，本系統(tǒng)對家庭中普通的排插進行了更加智能化的設(shè)計，我們利用單片機對繼電器的控制來達到控制排插通斷的目的，并可以通過外設(shè)鍵盤對排插進行定時設(shè)置，使其可以按照我們的意愿定時通斷，在定時功能的基礎(chǔ)上，增加了人體感應(yīng)模塊。 基于此種思維設(shè)計，其不僅能節(jié)約能源消耗，減輕地球的負擔；增加家電的使用壽命；還能讓我們的生活變得更加的便捷、舒適。重要的是可以防止不必要的安全事故的發(fā)生。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前市場上使用的絕大多數(shù)移動電源排插只可以實現(xiàn)簡單的電源機械式通斷電，單一的功能并不能滿足我們未來生

15、活的需要，智能排插可編程開關(guān)排插可根據(jù)使用者的意愿，對其進行功能設(shè)置實現(xiàn)電源的自動通斷電，是人們的生活帶來極大的方便之余又能應(yīng)和這個社會節(jié)能的主題。 現(xiàn)階段市場上出現(xiàn)的智能插座有小管家智能插座、科德牌智能插座、POLYHOME智能插座、博聯(lián)智能插座等等。這幾款插座中小管家插座使用智能芯片系統(tǒng)和相應(yīng)程序軟件對繼電器進行編程控制，使得插座待機能耗降至零，達到節(jié)能安全的目的。利用遙控功能關(guān)機后自動切斷電源，遙控開機時，能自動接通電源。并且具有消除待機能耗、智能化保護功能、避免電磁波輻射、有效防雷擊沖擊的特點?？频轮悄懿遄?，可以進行定時設(shè)定，精確值時間為1分鐘，每天最多可設(shè)置多組開與關(guān)。并且具有模式

16、功能，隨時可切換到長通或定時狀態(tài)。 目前智能排插的實現(xiàn)方法有機械式定時排插、基于單片機的定時器功能實現(xiàn)排插的智能定時、以及采用現(xiàn)成的智能芯片。機械式定時排插通過轉(zhuǎn)動刻度盤，進行定時時間設(shè)置；而基于單片機的智能排插則是通過用單片機控制繼電器的通斷來控制排插的開關(guān)，即通過單片機編程實現(xiàn)智能定時；智能芯片排插則是通過芯片直接感應(yīng)來實現(xiàn)智能通斷電，從而達到消除待機功耗的目的；較為高級的當屬無線控制智能排插，基于Wi-Fi通訊，只要家中有無線路由器，排插就會自動尋找網(wǎng)路，用戶只需輸入上網(wǎng)密碼即完成配置，通過智能手機在全球任何地點都可以控制。 智能排插有效地解決了待機能耗的問題，從而提高終端用電設(shè)備的

17、使用壽命，促進我國節(jié)電降耗產(chǎn)品領(lǐng)域的發(fā)展。也消除了生活中的很多安全隱患?？蛇_到適用于彩電、電腦、空調(diào)等用電領(lǐng)域的較高技術(shù)指標與節(jié)電能力。而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，對智能排插的承受功率不斷地增高完善，智能排插除了廣泛應(yīng)用于家用電器外，還會更多的應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域。 1.3 論文主要內(nèi)容與思路 本系統(tǒng)設(shè)計了基于單片機對繼電器的控制來達到智能控制排插通斷的目的，并可以通過外設(shè)鍵盤和紅外感應(yīng)對排插進行定時設(shè)置和感應(yīng)通斷，使其可以按照我們的意愿自動通斷。 論文各章主要內(nèi)容如下： 第一章是緒論，介紹了本研究的目的和意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及本論文的章節(jié)結(jié)構(gòu)。 第二章總體方案設(shè)計，在論述系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)

18、上，詳細說明系統(tǒng)的主要設(shè)計功能。 第三章是硬件系統(tǒng)構(gòu)架，首先介紹系統(tǒng)的工作原理，然后介紹單片機的主要性能參數(shù)，接著是對每個電路模塊進行分析，并給出原理圖。 第四章介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計，并對每個模塊進行說明。 第五章介紹實物調(diào)試過程，并對相應(yīng)結(jié)果進行了詳細的說明。 第六章是本文的總結(jié)與展望，并提出進一部完善的工作。 第2章 總體方案 本系統(tǒng)的設(shè)計主要由感應(yīng)控制系統(tǒng)和按鍵控制系統(tǒng)組成，硬件電路由STC89C52單片機為核心控制器，通過C語言編寫文件系統(tǒng)實現(xiàn)各路控制功能。在感應(yīng)控制系統(tǒng)中，單片機通過HC-SR501人體感應(yīng)模塊觸發(fā)外部中斷進而控制與排插插孔相連的繼電器

19、來控制插孔的關(guān)斷。此外，插孔的關(guān)斷還可以通過手動按鍵來操控，通過單片機配合時鐘芯片DS1302對排插進行定時開關(guān)或延時開關(guān)等操作，由LED指示燈指示當前工作狀態(tài)并由QC12864B液晶屏作為人機交互界面進行顯示，使系統(tǒng)能夠有一個良好的界面。 STC89C52 總體的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。 繼電器模塊 7805穩(wěn)壓電源模塊 HC-SR501人體感應(yīng)模塊 DS1302計時模塊 LCD顯示模塊 按鍵模塊 圖2.1系統(tǒng)框圖 （1）智能排插的核心控制電路 STC89C52單片機是本設(shè)計的核心器件，配合各個模塊實現(xiàn)排插的控制，S

20、TC89C52根據(jù)不同的運行速度和功耗的要求,時鐘頻率可以設(shè)置在0-33M之間，。該最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路，晶振電路構(gòu)成。 （2）QC12864B液晶顯示部分 QC12864B是帶中文字庫的漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示4×8行16×16的點陣漢字及分辨率為128×64的圖形。同時，光標顯示、畫面移動、自定義字符、睡眠模式等功能可實現(xiàn)最直接的人機交互。 （3）DS1302模塊 本系統(tǒng)采用DS1302作為時鐘計時器，從而實現(xiàn)排插在24小時內(nèi)任意時間的可變定時和一小時內(nèi)的固定模式定時。這樣可以使得定時準確，方便，節(jié)約系統(tǒng)資源，同時程序編寫上也能相對簡單。 （4） HC-SR501

21、模塊 HC-SR501是建立在BISS0001紅外熱釋電處理芯片上的自動控制模塊，其使用LHI778型探頭進行設(shè)計，具有高靈敏度，功耗低，可靠性強等特點。廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電氣設(shè)備，且其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品。 （5）繼電器模塊 本設(shè)計采用的是型號為SONGLE SRD-05VDC-SL-C的繼電器，5V繼電器是一種電子控制器件，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），可用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。 （6）按鍵模塊 系統(tǒng)采用輕觸按鍵設(shè)計4*4式矩陣按鍵，充分利用單片機I/O口控制實現(xiàn)按鍵功能。

22、 第3章 硬件電路設(shè)計 3.1 智能插座的工作原理 本系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、QC12864B液晶屏、HC-SR501、繼電器等幾個模塊組成。通過外設(shè)鍵盤對與繼電器相連的排插進行定時、延時設(shè)置，使其可以按照我們的意愿在相應(yīng)的時間通斷?；蛴蒆C-SR501熱釋電紅外傳感器模塊，當感應(yīng)到生物發(fā)出的紅外線而輸出電信號進而觸發(fā)SCT89C51單片機的外部中斷引腳，自動控制排插的通斷。由LED指示燈指示工作模式并將工作數(shù)據(jù)通過LCD液晶屏顯示。 3.2硬件簡介 3.2.1 STC89C52單片機 STC89C52單片機

23、是一款低功耗、高性能的8位微控制器芯片，內(nèi)部集成8K字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，2個外部中斷，一個通信一步通信口（UART），一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口，32 位的I/O 口線，看門狗定時器。另外 STC89C52 可降至0MHz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，、片內(nèi)振蕩器停止工作，從而單片機的一切工作全部停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/

24、12T可選。可以在4V到5.5V寬電壓范圍內(nèi)正常工作。具有許多獨特的優(yōu)點，即體積小、重量輕、單一電源、低功耗、功能強、價格低廉、運算速度快、抗干擾能力強、可靠性高等[4-6]。 其內(nèi)部包含以下功能部件： a.8位CPU； b.振蕩器和時鐘電路； c.8k字節(jié)的程序存儲器EPROM; d.256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM； e.可尋址外部存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各64字節(jié)； f.20多個特殊功能寄存器； g.32線并行I/O口； h.一個全雙工串行I/O口； i.3個16位定時器/計時器； STC89C52引腳圖如圖3.1所示。 圖3.1 DIP-40封裝STC89C52引腳圖

25、 P0口：P0口是一個8位漏極開路的準雙向I/O口。當作為輸出口時，輸出級為漏極開路電路，應(yīng)外接一個上拉電阻來提供輸出高電平時的驅(qū)動電流。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當CPU訪問片外存儲器時，由內(nèi)部硬件自動使控制線為“1”。這時，P0口可作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線分時使用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻[4-6]。 P1口：P1口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向口，作為通用的I/O端口使用。P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。當P1口用做輸出口輸出“1” 時，輸出線由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平；作為輸入使用時，CPU必須將“1”寫入鎖存器，使T1截止，把該端口線由內(nèi)部上

26、拉電阻拉成高電平[6]。 P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O口。P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。當CPU對P2 端口寫入“1”時，其內(nèi)部的上拉電阻把該端口拉為高電平，此時，P2口可作為輸入端口來使用。作為輸入口使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流[4-6]。 P3口：P3口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O口，并且還是一個雙功能端口。其作為通用的I/O口使用時，工作原理同P1、P2端口相似。對P3端口寫“1”時，輸出引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平；作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流[4-6]。 RST——復(fù)位輸入

27、。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位[4-6]。 3.2.2 QC12864B液晶顯示屏 QC12864B是一款具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式的帶中文字庫以及內(nèi)部含有國標體中文字庫的點陣圖形的液晶顯示器；其具有128×64的分辨率, 8192個16*16點漢字以及128個16*8點的ASCII字符集，且具有光標顯示、畫面移位、睡眠模式等多種功能。可以顯示8×4行16×16點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。其引腳圖如圖3.2所示。如表3.1為QC12864B引腳定義表[7]。 圖3.2 QC1

28、2864B引腳圖 表3.1 QC12864B引腳定義 管腳號 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC 3.0+5V 電源正 3 V0 - 對比度（亮度）調(diào)整 4 RS(CS） H/L RS=“H”,表示DB7——DB0為顯示數(shù)據(jù) RS=“L”,表示DB7——DB0為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W(SID) H/L R/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7——DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號 7 DB0 H/L

29、三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H：8位或4位并口方式，L：串口方式 16 NC - 空腳 17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效 18 VOUT - LCD驅(qū)動電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（+5V） 20 K VSS 背光源負端 3.2

30、.3 DS1302 時鐘芯片 DS1302 是高性能時鐘芯片，具有以下特性： 實時時鐘，可對秒、分、時、日、周、月、以及帶閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)； 用于高速數(shù)據(jù)暫存的31*8RAM； 最少引腳的串行I/O； 2.5-5.5V滿肚工作范圍； 2.5V時耗電小于300nA； 用于時鐘或數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送； 8引腳的雙排直列封裝(DIP)或用于表面的8引腳貼片封裝(SOIC)； 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： ——可選的慢速充電的能力； ——用于主電

31、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器（7字節(jié)）。 圖3.3為DS1302的芯片引腳圖所示。如表3.2所示為DS1302各引腳的功能表[8]。 圖3.3 DS1302的芯片引腳圖 表3.2 DS1302引腳功能 引腳號 引腳名稱 功能 1 VCC2 主電源 2、3 X1、X2 振蕩器，外接32.768KHZ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 串行時鐘 8 VCC1 后備電源 3.2.4 BISS0001

32、紅外熱釋電處理芯片 BISS0001是一款高性能的傳感信號處理集成芯片，由熱釋電紅外傳感器以及外圍連接元器件組成的被動式熱釋電紅外開關(guān)模塊。其可自動快速有效的控制各式照明燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等等家用電器的關(guān)斷，普遍應(yīng)用在賓館、酒店、公司、商場及家庭等過道或走廊等敏感區(qū)域，以及安全區(qū)域的燈光、照明和報警系統(tǒng)。引腳原理圖如圖3.4所示。其引腳功能如表3.3所示[9]。 圖3.4 BISS0001引腳圖 表3.3 BISS0001引腳功能 引腳號 名稱 I/O 功能說明 1 A I 可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當A為“1”時，允許重復(fù)觸發(fā)

33、；反之，不可重復(fù)觸發(fā) 2 VO O Vo上升沿時為有效觸發(fā)。在輸出時間Tx之外和無VS的上跳變時，Vo保持低電平。 3 RR1 -- 輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端 4 RC1 -- 輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端 5 RC2 -- 觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端 6 RR2 -- 觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端 7 VSS -- 工作電源負端 8 VRF I 參考電壓及復(fù)位輸入端。 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當VcVR時允許觸發(fā)(VR≈0.2VDD) 10 IB -- 運算放大器偏置電流設(shè)置端 11 VDD --

34、 工作電源正端 12 2OUT O 第二級運算放大器的輸出端 13 2IN- I 第二級運算放大器的反相輸入端 14 1IN+ I 第一級運算放大器的同相輸入端 15 1IN- I 第一級運算放大器的反相輸入端 16 1OUT O 第一級運算放大器的輸出端 3.2.5 繼電器模塊 本系統(tǒng)使用的繼電器是型號為SONGLE SRD-05VDC-SL-C的繼電器，該繼電器是一種電子控制器件，工作電壓5伏，具有兩個控制系統(tǒng)分別是輸入回路和被控輸出回路，利用較小的電流驅(qū)動去控制大電流的一種“自動開關(guān)”。因此在電路中起著安全保護、自動調(diào)節(jié)及電路轉(zhuǎn)換等作用，可實

35、現(xiàn)弱電控制強電的目的，常用在自動控制電路中。 3.2.6按鍵模塊 采用普通輕觸按鍵設(shè)計矩陣式按鍵控制，給單片機引腳輸入電信號。由于與人體感應(yīng)模塊中用到的外部中斷腳P3.2重合，故在設(shè)計按鍵的時候?qū)⒋艘_除去。 3.3系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計原理圖 3.3.1 STC89C52最小系統(tǒng)電路圖 STC89C52為核心的最小系統(tǒng)由復(fù)位電路和晶振電路組成，復(fù)位電路由按鍵一個1K電阻和一個10K電阻以及一個10uf的電解電容構(gòu)成，晶振電路由12M晶振和兩個30PF電容組成，單片機最小系統(tǒng)如圖3.5所示。 圖3.5單片機最小系統(tǒng)仿真圖 3.3.2 QC12864B液晶顯示電路 QC1286

36、4B 帶字庫型液晶顯示模塊，內(nèi)部存有16X16點陣的中文漢字8192 個、8X16 點陣的字符128個以及 64X256 點陣的圖形顯示 RAM（GDRAM） 。其電路連接圖如圖3.6所示。 圖3.6 QC12864B電路連接圖 3.3.3 DS1302時鐘電路 DS1302引腳電路中Vcc1為后備電源接一個干電源電池，Vcc2為主電源。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHZ晶振。電路連接圖如圖3.7所示[10]。 圖3.7 DS1302電路原理圖 3.3.4 HC-SR501模塊電路 BISS0001是一款高

37、性能的傳感信號處理集成電路，由運算放大器、狀態(tài)控制器、電壓比較器、封鎖時間定時器以及延遲時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌霞呻娐贰２⑴湟詿後岆娂t外傳感器和外圍元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。該模塊有兩種模式：分別是可重復(fù)觸發(fā)方式和不可重復(fù)觸發(fā)方式。通過Q腳電信號的變化，觸發(fā)單片機外部中斷達到控制繼電器工作效果。本系統(tǒng)采用不可重復(fù)觸發(fā)方式，當感應(yīng)到有人體在其范圍內(nèi)活動則Q腳輸出高電平，否則輸出低電平，而單片機外部中斷為低電平觸發(fā)，故在模塊輸出端加一反相器。其電路原理圖如圖3.8所示，其中PIR為HC-SR501模塊[10]。 圖3.8 HS-SR501模塊電路原理圖 3.3.5 繼電器電

38、路 本系統(tǒng)使用的繼電器是型號為SONGLE SRD-05VDC-SL-C的繼電器，該繼電器是一種電子控制器件，工作電壓5伏，具有兩個控制系統(tǒng)分別是輸入回路和被控輸出回路，利用較小的電流驅(qū)動去控制大電流的一種“自動開關(guān)”。本系統(tǒng)中，主要是用于控制插座的開關(guān)狀態(tài)，由按鍵設(shè)置及紅外感應(yīng)模塊影響單片機I/O輸出信號來控制繼電器的工作，從而達到控制插座自動關(guān)斷的目的。電路圖如圖3.7所示[10]。 圖3.7 繼電器控制電路 3.3.6 按鍵電路 采用普通輕觸按鍵設(shè)計矩陣式按鍵控制，給單片機引腳輸入電信號。如圖3.8所示。 圖3.8 矩陣按鍵電路原理圖 3.3.7 系統(tǒng)原理圖 系

39、統(tǒng)原理圖見附錄I。 第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程 系統(tǒng)采用STC89C52單片機作為控制中心，使用C語言進行程序的編寫，使用Keiluvision2軟件進行編譯。 通過按鍵進行實時時間、定時時間及延遲時間的模式選擇以及個模式下的數(shù)據(jù)修改，由LCD12864液晶屏顯示。并通過感應(yīng)器反饋的信息給單片機處理，如圖4.1所示為主程序流程圖。 開始 顯 示 感應(yīng)器置 單片機 按鍵功能選擇 定時

40、設(shè)置 延遲設(shè)置 時間設(shè)置 繼電器置 圖4.1為主程序流程圖 4.2 模塊程序設(shè)計 4.2.1 LCD12864液晶驅(qū)動程序設(shè)計 本系統(tǒng)使用QC12864B液晶模塊作為顯示器，建立人機界面。其可顯示4行8字漢字及128X64圖形，并且內(nèi)置8192個漢字字庫 、128個字符以及 64X256 點陣圖形顯示 RAM（GDRAM）。其顯示功能需要完成兩個操作：寫操作（寫指令與數(shù)據(jù)）和讀操作（讀指令與數(shù)據(jù)）。 1.寫操作 從MPU寫資料到液晶顯示模塊。模塊采用8位并行連接方式進行數(shù)據(jù)傳輸，其時序圖如圖4.2 所示。

41、 圖4.2 LCD12864寫操作時序圖 2.讀操作 MPU從液晶模塊中讀出資料并進行處理。其時序圖如圖4.3 LCD12864讀操作時序圖所示。 圖4.3 LCD12864讀操作時序圖 3.讀寫信號借口說明 RS，R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式，如表4.1所示。EN使能控制信號功能。如表4.2所示。 表4.1讀、寫操作控制功能 RS R/W 功能說明 L L MPU寫指令到指令暫存器（IR） L H 讀出忙標志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài) H L MPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR） H H MPU從數(shù)據(jù)暫存器（DR

42、）中讀出數(shù)據(jù) 表4.2 使能控制功能 E狀態(tài) 執(zhí)行動作 結(jié)果 高——>低 I/O緩沖——>DR 配合/W進行寫數(shù)據(jù)或指令 高——>低 DR——>I/O緩沖 配合R進行讀數(shù)據(jù)或指令 低——>高 無動作 ? LCD12864顯示流程圖。如圖4.4 LCD12864顯示流程圖所示。 開始 寫命令 初始化 寫數(shù)據(jù) 讀狀態(tài)或數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)顯示 圖4.4 LCD12864顯示流程圖 4.2.2 DS1302驅(qū)動程序設(shè)計 DS1302時鐘芯片主要由移位寄存器控制邏輯、振蕩器、

43、實時時鐘以及RAM幾部分組成。初始化任何的數(shù)據(jù)傳送時，把RST置為高電平（必要條件SCLK為低電平時），允許對DS1302進行操作。時鐘信號由SCLK提供，在SLCK上升沿串行輸入。前8個時鐘周期將命令字裝入移位寄存器之后，在后面的時鐘周期里在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時輸入數(shù)據(jù)。 1.Single Byte讀操作時序如圖4.5所示。寫操作時序如圖4.6 所示。 圖4.5 DS1302讀時序圖 圖4.6 DS1302寫時序圖 2.DS1302共具有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位均為BCD碼形式。其內(nèi)部日歷、時間寄存器如表4.3 讀、寫寄存器地址和

44、內(nèi)容所示，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。 表4.3 讀、寫寄存器地址及內(nèi)容 寫 讀 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 秒 80H 81H CH 10秒 秒 分 82H 83H 10分 分 小時 84H 85H 12/ 0 10 時 時 AM/PM 日 86H 87H 0 0 10日 日 月 88H 89H 0 0 0 10月 月 周 8AH 8BH 0 0 0 0 0 周 年 8CH 8DH 10年 年 控制 8EH

45、 8FH WP 0 0 0 0 0 0 0 秒寄存器的位7為時鐘暫停標志位（CH），當置1時，時鐘振蕩器停止；置0時，時鐘開始運行。 控制寄存器的為7時寫保護位（WP），該位在任何對時鐘和ARM的寫操作之前須置0；當置1時，防止對任何的寄存器進行寫操作。 3.DS1302控制字 控制字中位7必須置1，為0則無法將數(shù)據(jù)寫入到DS0302中；位6若為0，表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位0若為0表示進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字如表表4.4所示。如圖4.7為DS1302的程序流程圖。 表4.4 控制字 7 6 5 4 3 2 1 0

46、 1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 RD 開始 寫地址 初始化 RST高電平 寫數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)寫完？ N 數(shù)據(jù)寫完？ N 顯示 寫地址 讀數(shù)據(jù) RST高電平 Y Y

47、 圖4.7 DS1302程序流程圖 4.2.3 按鍵程序設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計采用矩陣式按鍵實現(xiàn)按鍵控制功能，充分利用單片機的整一個8位端口構(gòu)成 4*4=16 個矩陣式按鍵 ，并根據(jù)系統(tǒng)整體設(shè)計選擇個別或全部按鍵設(shè)置功能。 矩陣式按鍵原理：不斷循環(huán)地給低高位獨立的低電平，然后判斷鍵盤中有無鍵按下。將高位中其中一行線（P3.4～P3.7中其中一列）置低電平然后檢測列線的狀態(tài)（高低位，即P1.4～P1.7,由于線與關(guān)系，只要與低電平行線接通，即跳變成低電平），若檢測到某列的電平變?yōu)榈途脱訒r消除抖動，再次判斷，若

48、仍為低電平，則表示有按鍵按下,若所有列線均為高電平則表示鍵盤中無鍵按下。在確認有鍵按下后 ,確定具體閉合按鍵，其過程: 依次將行線置為低電平,其它行線為高電平。同時逐行檢測各列線電平狀態(tài) ；若某列為低 ，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵即為閉合的按鍵，并返回鍵值。圖4.8為矩陣按鍵程序流程圖。 開始 將行線置0 讀列線值 按鍵按下？ 返回無效碼值 N Y 讀行列線值 返回行列

49、線碼值 圖4.8 矩陣按鍵程序流程圖 第5章 系統(tǒng)的仿真和調(diào)試 5.1 硬件仿真調(diào)試原理圖 本系統(tǒng)實物制作過程主要由一下幾步： 第一步使用Protel 99 SE軟件繪制好原理圖并生成PCB文件經(jīng)自己布線后保存。根據(jù)整個系統(tǒng)所用到的材料從網(wǎng)上采購回來，然后由用到的元器件或芯片，使用Protel 99繪制原理圖，建立自己的元件庫同時添加相應(yīng)封裝，原理圖見附錄一所示。原理圖畫完之后將其更新生成PCB，并根據(jù)設(shè)計進行布線，最后保存。 第二步焊接硬件。根據(jù)有Protel 99生成的PCB圖進行電路焊接，焊接之前進行分區(qū)，即模塊所占區(qū)域，

50、然后分模塊進行焊接，首先將模塊元器件按確認好的位置插到萬用板上，再進行焊接，同時要經(jīng)常測試電路是否有短接的情況及模塊是否能正常使用。硬件實物圖如圖5.1所示： 第三步系統(tǒng)硬件程序調(diào)試。測試中由于12864出現(xiàn)問題因此顯示并不理想。上電結(jié)果如圖5.2所示。 圖5.1 系統(tǒng)硬件實物圖 圖5.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試圖（上電） 5.2加載源程序后的實物結(jié)果及分析 系統(tǒng)上電后進入待機狀態(tài)，等待設(shè)置參數(shù)。如圖5.3所示。 圖5.3 硬件待機狀態(tài)圖 進入功能模式設(shè)置，可通過按鍵對參數(shù)進行設(shè)置。如圖5.4 所示。 圖5.4 模式設(shè)置圖 參數(shù)完成設(shè)置后利用按鍵確定退出

51、，界面如圖5.5所示。紅色LED指示燈亮表示延遲工作正在執(zhí)行相應(yīng)繼電器導(dǎo)通，黃色LED表示定時時間內(nèi)繼電器導(dǎo)通指示燈，綠色LED表示人體感應(yīng)器被觸發(fā)繼電器導(dǎo)通指示燈。 圖5.5 硬件工作狀態(tài)圖 第6章 總結(jié)與展望 6.1 總結(jié) 現(xiàn)實生活中，隨著人們的生活水平不斷的提高，家電等用電器具越來越多，本智能插座可以實現(xiàn)定時及感應(yīng)控制插座的功能，即能滿足生活所需，又節(jié)能環(huán)保，非常人性化，實用性高。 本智能插座系統(tǒng)主要由STC89C52單片機最小系統(tǒng)、DS1302時鐘模塊（用于時鐘計數(shù)）、基于BISS0001紅外熱釋電處理芯片的HC-SR501人體感應(yīng)模塊（用于感應(yīng)人

52、體觸發(fā)繼電器工作）、QC12864B液晶屏顯示模塊（用于顯示漢字、圖片及時間）、按鍵模塊（定時、延遲等選擇操作）及繼電器模塊（控制插座通斷電）等幾部分組成。系統(tǒng)使用的液晶顯示屏為育松電子QC12864B液晶屏，可現(xiàn)實漢字及圖形。構(gòu)成人機交互界面，使系統(tǒng)更加人性化、立體化。 軟件設(shè)計根據(jù)思路列出流程圖進行講解，系統(tǒng)使用keil uvision2編譯軟件設(shè)計編程，各個功能實現(xiàn)由按鍵及液晶顯示屏構(gòu)成操作界面，進行功能的選擇與設(shè)置，是系統(tǒng)呈現(xiàn)一個良好的界面。并根據(jù)需要實現(xiàn)的功能使用C語言完成單片機控制驅(qū)動及各模塊程序的編寫與調(diào)試。 將設(shè)計好的硬件電路制作成實物，并將調(diào)試完成的程序載入單片機控制整個

53、系統(tǒng)，實現(xiàn)本智能插座擬定的控制功能。 6.2展望 本系統(tǒng)總體上來說還存在著不足，其不夠小巧美觀、控制路數(shù)少及控制方式少，在便捷功能方面還有所欠缺。還有值得改進之處，以增加系統(tǒng)功能、提高系統(tǒng)價值。 (1) 增加無線紅外遙控控制。 (2) 增加同等功能多路互不干擾控制。 (3) 增加無線藍牙控制。 (4) 改進顯示方式，更具人性化。 參考文獻 [1] 徐偉.智能插座在智能家居系統(tǒng)中的設(shè)計和應(yīng)用[J].中國儀器儀表，2010. [2] 姚文軒.多功能智能插座設(shè)計[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010. [3]楊妤. 打破行業(yè)格局 紐曼自創(chuàng)“節(jié)電插座”[J].

54、中國品牌與防偽 , 2007,(10). [4] 萬文略.《單片機原理與應(yīng)用》[M].重慶大學(xué)出版社，2004. [5] 譚浩強.《MCS-51 單片機應(yīng)用教程》[M].主編.清華大學(xué)出版社，2000. [6] 徐愛鈞.《單片機原理實用教程》[M].電子工業(yè)工業(yè)出版社，2012. [7]百度文庫LCD12864液晶屏數(shù)據(jù)手冊[EB/OL]. ( [8]百度文庫DS1302 芯片數(shù)據(jù)手冊[EB/OL]. ( [9]百度文庫BISS000I芯片資料手冊[EB/OL]. ( [10] 劉志名.《電路分析》[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2001. [11] 譚浩強.C程序設(shè)

55、計[M].北京:清華大學(xué)出版社，2005. 致 謝 此次設(shè)計很特別，因為是畢業(yè)設(shè)計所以顯得比較的重要，并且很珍惜。經(jīng)過近一個月的設(shè)計工作，收益頗豐。不僅鞏固了所學(xué)的知識，還學(xué)習(xí)了新的東西，也讓自己對專業(yè)的學(xué)習(xí)與設(shè)計的興趣更加的濃厚，從中獲得更多的樂趣?？粗瓿傻脑O(shè)計成果，很有成就感，很欣慰。完成設(shè)計帶來喜悅的同時又有些許的不舍與感嘆。不舍，在此之后就要結(jié)束大學(xué)生活離開相伴四年的同學(xué)朋友及對我們關(guān)愛的來時；感嘆，時間過的如此之快，很多瘋狂的事情還沒去體驗卻要被無情的推向無底的社會。此次創(chuàng)作成果的成功來之不易，若沒有同學(xué)與導(dǎo)師的幫助，光靠自己很難完成。在此，感謝陪

56、我度過大學(xué)四年生活的伙伴們，在我遇到困難的時候幫助我，讓我不那么孤獨。感謝細心教導(dǎo)我的老師們，給我傳授知識與做人的道理。在此送上我最真摯的祝福！ 姓名： 日期： 年 月 日 附 錄 附錄1系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)原理圖 附錄2 源程序 1.主程序（C程序）[11]： //#include

57、 "STC12C5A60S2.H" #include "reg52.H" #include "delay.h" #include "LCD12864.h" #include "Display.h" #include "DS1302.h" #define uint unsigned int #define uchar unsigned char bit ReadTimeFlag; //定義讀時間標志 sbit Relay=P1^3; //延遲動作的繼電器 sbit Timing=P1^4; //定時工作的繼電器 sbit PIR=P1^6; //人體感應(yīng)

58、的繼電器 bit moshi; //模式選擇標志位 bit ycbz; //延遲調(diào)時標志位 bit dsbz; //定時調(diào)時標志位 bit sjbz; //顯示時間調(diào)時標志位 bit ds; //定時時間起止標志位 bit yc; //延遲時間結(jié)束標志位 uchar h,m,s,num1,num2,num3,num4,num5,num6,num7;//定義時分秒 #define KeyPort P3 //定義按鍵端口 sbit KEY1=P3^0; //minute倒計時加一鍵 sbit KEY2=P3^1; //minute倒計時減一鍵 sbit KEY3

59、=P3^2; //hour倒計時加一鍵 sbit KEY4=P3^3; //hour倒計時減一鍵 unsigned char KeyScan(void);//鍵盤掃描 unsigned char KeyPro(void);//按鍵處理 void Init_Timer0(); //定時器0初始化 void Inti_Int0(); //外部中斷0初始化 void yanshi(void); //延遲顯示 void Relay_Set(); void Timing_Set(); void Time_Set(); void main() { uchar i=

60、0; // lcm_init(); //液晶初始化 welcome(); //調(diào)用歡迎信息 Ds1302_Init(); //初始化DS1302 Init_Timer0(); //定時器0初始化 Inti_Int0(); //外部中斷初始化 delay(1000); lcm_clr(); //12864清屏 // Ds1302_Write_Time(); while(1) { P1=0xff; num1=KeyPro(); if(num1==0) { moshi=1; lcm_cl

61、r(); while(moshi) { num5=KeyPro(); P1=0xff; switch(num5) { case 4:Relay_Set();break; case 8:Timing_Set();break; case 12:Time_Set();break; default:break; } num4=KeyPro(); if(num4==3) { moshi=0;

62、 lcm_w_test(0,0x80); lcm_w_word("退出："); } } } if(ReadTimeFlag) //更新時間 { ReadTimeFlag=0; Ds1302_Read_Time(); //DS1302讀取時間 displaydate(); //顯示日期 displayxq(); //顯示星期 displaytime(); //顯示時間 yanshi(); //延遲時間 dingshi(); //定時時間 /

63、/******延遲動作******************** while(yc) { Relay=1; if((h!=0)||m||s) { Ds1302_Read_Time(); //DS1302讀取時間 displaydate(); //顯示日期 displayxq(); //顯示星期 displaytime(); //顯示時間 yanshi(); //延遲時間 dingshi()

64、; //定時時間 Relay=0; if((time_buf1[4]>=ts1)&&(time_buf1[5]>=tf1)） { Timing=0; } else if((time_buf1[4]>=ts2)&&(time_buf1[5]>=tf2)) { Timing=1;} num7=KeyPro(); if(num7==0) { h=0;m=0;s=0; } }

65、 else yc=0;Relay=1;ds=1; } //**********定時時間到動作************** while(ds) { if((time_buf1[4]>=ts1)&&(time_buf1[5]>=tf1)) { Timing=0; Ds1302_Read_Time(); //DS1302讀取時間 displaytime(); if((h!=0)||m||s) { Relay=0; } else { Relay=1;} } else if((time_buf1[4]>=ts2)&&(time_buf1[5]>=tf2)) { Timing=1; ds=0;yc=1; } num7=KeyPro(); if(num7==