紅外遙控定時開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)

吳曉云++劉萌

摘 要： 設(shè)計一款以STC89C52單片機、DS1302、1602液晶顯示、38 kHz紅外遙控器發(fā)射接收器為核心，具備調(diào)節(jié)時間，設(shè)置開啟時間與工作時間段的遙控定時開關(guān)。程序采用C語言編寫，具有更好的移植性和可讀性，便于修改和增減功能。該遙控定時開關(guān)可以通過紅外按鍵設(shè)置一天內(nèi)2組任意開關(guān)定時時間段和一個小時內(nèi)6組快速模式定時，使外接電器能夠按照一定規(guī)律來工作。該系統(tǒng)的時間正確可靠，可擴展性強，既能達到遠程智能控制的目的，又在很大程度上降低能源的消耗。同時借助EDA仿真可以有效地提高開發(fā)效率，結(jié)合具體硬件電路及程序設(shè)計，將理論知識用計算機仿真表現(xiàn)出來，加深學生對知識的理解和掌握，提高了教學效率。

關(guān)鍵詞： STC89C52； 定時開關(guān)； 紅外遙控； 節(jié)能設(shè)備

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）12?0058?04

隨著電子科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，國民經(jīng)濟和人民生活水平的不斷提高，能源損耗也愈是嚴重，因而智能節(jié)能設(shè)備越來越受到人們的關(guān)注。智能定時開關(guān)裝置已經(jīng)被廣泛應用于家用電器、倉庫管理等無人監(jiān)控場所[1]。傳統(tǒng)的定時開關(guān)主要有機械式定時開關(guān)和電子式定時開關(guān)。雖然傳統(tǒng)的定時開關(guān)能給家庭生活等方面帶來便利，但由于其穩(wěn)定性差、壽命短、難以操作、功能單一，只能滿足人們普通的日常生活需要。所以本文從電路進行改進，設(shè)計了一款以STC89C52單片機、DS1302、1602液晶顯示為核心，具備調(diào)節(jié)時間，設(shè)置開啟時間與工作時間段的遙控定時開關(guān)。該定時開關(guān)可以通過紅外遙控或者按鍵對主電源進行控制，從而實現(xiàn)對外接電器的智能定時控制，以達到節(jié)約能源的目的，給人們?nèi)粘Ｉ顜砹藰O大的方便。該定時開關(guān)具有時間準確、操作方便、可靠性強、小型化、低功耗等特點，很好的彌補了傳統(tǒng)定時開關(guān)的不足之處[2]。

1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，本次設(shè)計的硬件總體框圖總共包括STC89C52主控芯片、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10個模塊。這10個模塊相互配合，協(xié)調(diào)工作，組成了定時開關(guān)的硬件工作系統(tǒng)。

2 硬件設(shè)計

2.1 DS1302計時電路

DS1302計時電路如圖2所示，DS1302可以對年、月、日、時、分進行計時，其工作電壓為2.5～5.5 V。DS1302由Vcc或Vcc2中較大者供電，其中Vcc2為主電源，Vcc為后備電源，在主電源斷電的情況下，后備電源保持DS1302計時電路的正常運行。X1，X2外接 12 kHz晶振，RST是復位選線，當RST為高電平時，所有數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作，當RST為低電平時則會終止此次數(shù)據(jù)傳送[3]。

LCD1602顯示電路如圖3所示，Vcc接5 V電源正極，RS為寄存器選擇位，與P1.0口相連，高電平1時選擇數(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P1.1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[2]。

2.3 蜂鳴器電路

蜂鳴器電路如圖4所示，遙控定時開關(guān)中設(shè)計了蜂鳴器報警電路。其中蜂鳴器的基極連接到單片機的P3.7端口，當P3.7端口輸出低電平的時有電流流過蜂鳴器，此時蜂鳴器發(fā)出聲音，如果P3.7輸出高電平，沒有電流流過蜂鳴器，此時蜂鳴器不發(fā)音[4]。

2.4 按鍵電路

按鍵電路如圖5所示，該部分電路設(shè)計設(shè)有4個獨立的按鍵，這4個按鍵的一端分別連接到單片機的P1.3口～P1.6口，另一端全部接地。4個按鍵功能分配如下：

按鍵S2：功能鍵，通過該按鍵可以對年、月、日、時、分進行選擇。

按鍵S3：增加鍵，該按鍵可以對時間進行增加。

按鍵S4：減少鍵，通過該按鍵可以對時間進行減小。

按鍵S5：通過該按鍵可以對最后一項時間間隔進行設(shè)定。

2.5 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[5]。介于自制紅外編碼發(fā)送接收模塊的設(shè)計復雜，成本也會增加不少，因而采用已編碼完成的紅外遙控器和紅外接收管實現(xiàn)紅外控制的目的。

紅外接收電路如圖6所示，與單片機的外部中斷P3.3口相連，當P3.3口出現(xiàn)下降沿時則進行紅外按鍵檢測。

2.6 繼電器控制電路

繼電器控制電路見圖7所示，由三極管組成共集電極放大電路，二極管D2起保護作用，由單片機P3.6口產(chǎn)生繼電器觸發(fā)信號，當P3.6 口輸出低電平時，繼電器閉合，指示燈亮， 外接電器開始工作。當P3.6口輸出高電平時，繼電器斷開，指示燈滅，外接電器停止工作[6]。

3 軟件設(shè)計

3.1 主程序設(shè)計

本設(shè)計中用到的單片機是STC89C52，為了使編寫的程序更加簡單明了，采用C語言進行編程，并采用模塊化思想，分為初始化模塊、按鍵檢測與處理模塊、計時模塊、顯示模塊和繼電器處理模塊[4]。主程序如下：

本設(shè)計的流程圖如圖8所示，裝置上電后，系統(tǒng)先進行初始化，然后顯示系統(tǒng)時間，再判斷系統(tǒng)時間和設(shè)定的啟動時間或者停止時間是否相同，如果相同，繼電器就會產(chǎn)生相應的動作，掃描是否有按鍵按下，如果是S2，可以選擇需要設(shè)定的時間年、月、日，如果是S5，可以設(shè)置電器工作時間，當通過按鍵對時間進行設(shè)定后，當系統(tǒng)時間到達設(shè)定時間，系統(tǒng)會自動使繼電器閉合，使外接電器工作，并且蜂鳴器發(fā)出蜂鳴，紅色指示燈亮；外接電器工作時間到了，系統(tǒng)又會使繼電器斷開，切斷電源，外接電器停止工作。否則系統(tǒng)就會自動返回到初始化界面，顯示系統(tǒng)時間和上次設(shè)置的電器工作時間[7]。

4 系統(tǒng)調(diào)試

本設(shè)計采用模塊化調(diào)試和整體組合調(diào)試相結(jié)合的方法來進行系統(tǒng)調(diào)試，先在Proteus中進行模塊化軟件仿真實現(xiàn)，然后焊接實物，通過硬件電路調(diào)試和組裝測試，最終達到實現(xiàn)紅外遙控開關(guān)的目的[8]。

當啟動電源后，LCD顯示的是系統(tǒng)初始化時間，包括年、月、日及時間，還有上次設(shè)定外接電器的工作時間和時間段，如圖9所示。

按下S2鍵，顯示秒的數(shù)字會閃爍，這個時候就可以通過S3和S4鍵調(diào)節(jié)。其中按一下S3鍵數(shù)字將加1，按一下S4鍵數(shù)字將減1。調(diào)節(jié)完秒后，再次按下S2鍵，閃爍的光標將轉(zhuǎn)移到分鐘位置，同樣通過調(diào)節(jié)S3和S4鍵盤調(diào)節(jié)當前的時間[9]。同樣的原理調(diào)節(jié)小時和年、月、日以及外接電器工作時間。按下S5時，最后一個電器工作時間間隔就會閃爍，可以通過S3和S4鍵調(diào)節(jié)工作時間間隔。

5 結(jié) 語

本文設(shè)計了一款以STC89C52和DS1302為核心的遙控定時開關(guān)，所設(shè)計的定時開關(guān)插座達到預期功能，該系統(tǒng)具備時間準確、操作方便、可擴展性強，達到節(jié)約能源的目的，具有小型化、低功耗等特點，彌補了傳統(tǒng)產(chǎn)品的不足之處，為后續(xù)實現(xiàn)功能更強大的定時開關(guān)提供了設(shè)計基礎(chǔ)。在教學中結(jié)合EDA仿真軟件進行教學設(shè)計，讓學生將學到的理論知識用計算機仿真真實的表現(xiàn)出來，同時結(jié)合具體硬件電路及程序設(shè)計，可以加深對知識的理解和掌握，提高教學效率[13]。

參考文獻

[1] 羅東，趙海剛，張源，等.基于單片機的紅外遙控定時開關(guān)裝置的設(shè)計[J].機電工程技術(shù)，2010，39（3）：25?28.

[2] 張寧丹，金桂.基于STC89C52單片機DS1302時鐘芯片定時開關(guān)的設(shè)計與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（8）：4?6.

[3] 胡榮玉，王培元.手動/遙控兩用開關(guān)的設(shè)計[J].囊樊學院學報，2008，29（11）：15?19.

[4] 王松德.多通道紅外線遙控開關(guān)[J].洛陽師范學院學報，2008，27（2）：45?45.

[5] 郭紅萍.新型單片機紅外遙控LED電子鐘的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新導報，2008，32（12）：32?33.

[6] 周潤景.基于Proteus的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[7] 佟為明，周瑾輝.一款電子定時開關(guān)[J].電氣開關(guān)，2002，26（3）：23?25.

[8] 黃隴.實用型紅外遙控多功能開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].無線電工程，2003，33（2）：37?39.

[9] 陳勇.高可靠性紅外線傳感控制開關(guān)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2004，18（5）：31?34.

[10] 張琳芳.基于Proteus技術(shù)的單片機教學改革研究[J].河南工程學院學報：自然科學版，2014，26（2）：77?79.