基于單片機定時的多功能開關插座的設計與制作

周加良　宣燕紅　方永剛

摘要：隨著科技的進步和人們生活水平的提高以及智能化電器的普及應用，傳統家用用電控制模式已不能滿足于我們的日常需求，而定時插座的出現無疑給用戶提供了一個更舒適的居家環境。本設計的核心是以單片機為控制芯片，通過其內部的定時器來進行電器用電時間的設定，從而達到對家居用電情況進行有效的管理與監控。

關鍵詞：單片機;定時開關插座;設計與制作

引言

家用插座是我們日常生活中必備的家裝電器附件，它主要用于對各種電器的電源控制;在現代的家用電器中，智能化的插座已經成為人們日常使用的重要部分。隨著科技的發展與進步，傳統家電的定時功能越來越不適應人民生活節奏，比如：時間不能設置，造成忘記關閉電源帶來的安全隱患，也無法實現環保節能用電等。因此，設計一款定時的多功能開關插座具有非常重大的意義。

一、單片機的基本概念

單片機是一種集成電路芯片，它可以把CPU、RAM、ROM、I/0口和定時器等集成在一塊的一個器件。它由若干個不同的部分組成，這些部件共同工作，以實現控制功能。單片機的應用領域十分廣闊，從工業上到智能儀表，再到家庭中的門禁系統，從個人住宅，再到各種設備的安全都有涉及。隨著電子技術的不斷發展，單片機的作用也越來越大，涵蓋我們生活的方方面面。目前，市場上的插座種類繁多，但大多數都是基于單一的基礎元件，比如溫度傳感器，液位開關，時鐘電路，按鍵輸入模塊等等。而本設計所需的多功能定時插座則選擇了AT89C51系列的軟硬件，通過軟件來調整時間，使其能夠準確的完成設定的日期及用戶設置的密碼等操作。同時還添加了報警提示的功能當出現異常情況的時候發出聲光警報的提醒功能。

二、定時開關插座設計的主要方法

定時插座的功能是控制電器的開啟和關閉，它是一種智能開關，當電源接通時，通過按鍵的方式來實現定時的工作;當用電負荷較大時，可利用斷開的狀態進行斷電，從而達到保護的目的;當用電較小時，可以使用掉電后再打開插座模式，避免因忘記去啟動電源而造成損壞。在此次的設計中，主要研究的是基于單片機定時的多功能開關插座的設計與制作。在此次的設計中，主要介紹了軟硬件的設計方案以及系統的整體框架，并且對各個模塊的方案選擇做了一定的分析與比較，最終確定采用AT89C51作為主控芯片來驅動繼電器的電路進而完成整個項目的設計要求。本論文的重點部分就是軟硬件的設計與制作出，并對軟件的流程做了簡要的概述。

三、基于單片機的定時開關插座的設計與制作策略

（一）系統整體架構

系統的整體架構是指整個智能插座的電路模塊的布局和連接方式。本設計的系統主要由主護芯片、繼電器控制開關、定時器組成。

主控單元：本設計采用STC89C51作為主控制器，通過繼電器的正傳和負的反傳來實現開關的開與關。當電源斷電時，單片機發送一個低電平，使之打開;當電源反轉，此時蜂鳴器發出警報聲，同時啟動延時程序，讓插座恢復到初始狀態。繼電器：可以使用K1電磁現象，在需要開啟、關閉的時候給負載供、斷電，以達到用電的靈活性。此外，還有如過流過壓保護，在用電異常時實現斷電保護。定時器：設置定時時間，在設定的時間內，插座上的所有電器都是按照固定的設定模式進行的工作。通過上述設計從而實現安全、節能和舒適用電。

（二）網絡拓撲

網絡拓撲是一個網絡的基本單元，它將每個節點的數據都存儲到同一個芯片中。本系統的主控模塊，其主要作用是實現控制、處理和發送信息等功能。

在本定時插座的主控板上，有三個按鍵，分別為設置鍵、加鍵以及減鍵。在主控板上，可以顯示設定的時間日期，并通過LCD液晶屏來實時的播報出當前的工作模式。加鍵則用于對定時插座的開啟和關閉進行手動的切換操作。當用戶選擇的按鍵時，只需要按下它的復位按鈕，就會自動開始下一秒的開機狀態。如果沒有人的存在也不會被再次打開，只要按一次即可。而減鍵則用來對單片機的時鐘信號的調整與調節。在本定時插座的遙控電路中，只需用兩個繼電器就能夠完成遠程開關的啟動與閉合，電路由繼電器、電阻等元器件構成。所以這兩部分的硬件組成簡單方便，只需從軟件方面入手。

（三）定時開關插座功能與接口

該插座由單片機控制，繼電器，指示燈，定時報警燈組成。利用定時開關插座時，通過繼電器上的通電來啟動定時器的運作模式，從而使電路的工作狀態得到實時的顯示和斷開，使其達到智能化的目的;當接通電源后，接通主控芯片的I0口，STC89C51內部的EEPROM就可以打開，可用于在不同的時間段進行多種操作。同時還具有掉電、過載溫度保護的功能;當插座內發生的短路時，可立即切斷供電，防止因短路而燒壞。本設計的軟件主要是采用C語言編程，實現對各個模塊的初始化設置，并分別編寫各子程序，最后在將主函數的子程序整合到一起，即可完成整個的設計過程。本系統的軟硬件設計思路與一般的家用電器的設計大體一致，包括以下幾個方面：

功能：當定時開關插座上的控制引腳為高電平時，此時定時器開始工作，當電源斷開時，進入模式，此時定時器停止工作，時鐘周期顯示0，時間間隔1，即與初始值有關;如果沒有人在上面按下定時開關插座的設置鍵則定時模式的下一次循環不繼續，會重新開啟，直至完成設定的功能;接0：每個按鍵對應的復位端口為低電平時，當使用者使用該接口時，它能正確識別當前的狀態并進行相應的操作;若用戶在該接口的內設中鍵錯了，則需要重置一個位值，以保證下次開機的時候可以準確判斷。接口：本設計的插座采用的是獨立的內部中斷方式，即每毫秒輸出1，外部接地，用一條I/0口，用來驅動單片機，通過檢測各個I/O的高低來實現不同的功能要求。

結語

在本次的設計中，系統主要由電源模塊、按鍵電路、顯示驅動部分和繼電器組成。其中，時鐘的功能是對每個小時的數據進行處理，并在液晶屏上實時的顯示出相應的日期;鍵盤的操作則用來調節所選的模式;繼電器的使用則可以實現定子上的或定置的電平的轉換來模擬插座的工作狀態。

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