基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易定時(shí)開(kāi)關(guān)插座的設(shè)計(jì)與制作

陸仁超

（廣西物資學(xué)校，廣西 南寧 530001）

基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易定時(shí)開(kāi)關(guān)插座的設(shè)計(jì)與制作

陸仁超

（廣西物資學(xué)校，廣西 南寧 530001）

使用AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡(jiǎn)易型定時(shí)開(kāi)關(guān)插座。電路由電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼顯示和按鍵操作電路、繼電器強(qiáng)電控制電路四個(gè)模塊組成，并使用軟件和硬件進(jìn)行測(cè)試。本產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)內(nèi)的時(shí)間定時(shí)，并自動(dòng)斷電，對(duì)一些不能長(zhǎng)時(shí)間通電的電路能夠起到保護(hù)作用，也可以作為定時(shí)控制器使用。

單片機(jī)；定時(shí)開(kāi)關(guān)插座；AT89S52

1 前言

近年來(lái)，各種移動(dòng)電子設(shè)備大量增加，智能手機(jī)、智能穿戴設(shè)備、平板電腦，使用者需要經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行充電。一些好的充電器，對(duì)設(shè)備充滿電后會(huì)自動(dòng)停止充電，而一些劣制充電器則會(huì)源源不斷地進(jìn)行充電，使電池過(guò)充損壞，甚至出現(xiàn)電池鼓包、爆炸等嚴(yán)重后果。使用定時(shí)開(kāi)關(guān)插座，可以設(shè)置通斷電時(shí)間，只要時(shí)間到，就會(huì)自動(dòng)斷電，無(wú)論是不小心使用了劣制充電器，還是長(zhǎng)時(shí)間充電忘記拔插頭，都無(wú)須再擔(dān)憂。除些外，定時(shí)開(kāi)關(guān)插座還可以用于老式家用電器的定時(shí)，如電風(fēng)扇、電飯鍋等。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案選擇

單片機(jī)方案有很多種，顯示界面可以是LED發(fā)光二管、數(shù)碼管、液晶顯示器，按鍵可以使用輕觸式按鍵、薄膜開(kāi)關(guān)。本設(shè)計(jì)以市場(chǎng)上最多見(jiàn)、技術(shù)最為成熟的AT89S52單片機(jī)為核心，因?yàn)橹挥糜陲@示時(shí)間，所以使用簡(jiǎn)單易用的數(shù)碼管作為顯示模塊，按鍵使用便宜耐用的輕觸式按鍵。

2.2 單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)可分為四個(gè)模塊：電源電路模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、數(shù)碼顯示和按鍵操作模塊、繼電器強(qiáng)電控制模塊。

電源電路模塊：由220V交流電經(jīng)變壓器變壓，由整流濾波電路得到低壓直流電，再經(jīng)7805三端穩(wěn)壓器得到5V直流電壓向單片機(jī)系統(tǒng)供電。在電源電路增加LED指示燈，當(dāng)指示燈亮?xí)r，證明電源5V電壓正常。

單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊：包括單片機(jī)AT89S52芯片、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制模塊，為了方便定時(shí)，使用12MHz晶振。

數(shù)碼顯示和按鍵操作模塊：使用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示時(shí)間，兩位顯示小時(shí)，兩位顯示分。四個(gè)按鍵，分別控制小時(shí)加1，分加1，運(yùn)行和復(fù)位。因?yàn)镮O接口充足，數(shù)碼管使用動(dòng)態(tài)方式驅(qū)動(dòng)，這樣可以節(jié)省硬件，使電路簡(jiǎn)單化。按下運(yùn)行鍵開(kāi)始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，時(shí)間到后數(shù)碼管顯示0000，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)插座斷電。

繼電器強(qiáng)電控制模塊：開(kāi)關(guān)插座的零線輸入端與輸出端直接連接，使用一個(gè)250V，10A的繼電器對(duì)相線的輸入端與輸出端進(jìn)行控制。另外，如果擔(dān)心線路中相線和零線接反，電路存在危險(xiǎn)隱患，可以使用兩輸入兩輸出的繼電器，讓相線和零線同時(shí)受到繼電器控制。

整個(gè)系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，單片機(jī)還剩余有多個(gè)IO口未使用，還可以進(jìn)一步擴(kuò)展，如增加定時(shí)通斷、搖控通斷等功能。

2.3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)程序使用c51語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，由主程序、定時(shí)器中斷子程序、數(shù)字顯示子程序、蜂鳴器控制子程序和延時(shí)子程序組成，各部分的功能如下：

主程序：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化、按鍵掃描和等待中斷。系統(tǒng)初始化后，數(shù)碼管數(shù)碼輸出顯示0000，表示繼電器未通電，同時(shí)檢測(cè)按鍵，如按下小時(shí)按鍵或者分按鍵則顯示相應(yīng)的時(shí)間，主程序流程圖見(jiàn)圖2。由于使用12MHz的晶振，定時(shí)器的初值設(shè)置如下：

TMOD=0x01;//定義定時(shí)器0處于工作方式1

TH0=(65536-50000)/256; //定時(shí)器賦初值，進(jìn)行50000us定時(shí)

TL0=(65536-50000)%256; //定時(shí)器賦初值，進(jìn)行50000us定時(shí)

EA=1;//打開(kāi)總中斷

ET0=1;//打開(kāi)定時(shí)器0中斷

TR0=0;//定時(shí)器停止運(yùn)行

圖2 主程序流程圖

定時(shí)器中斷子程序：負(fù)責(zé)產(chǎn)生5000us時(shí)間定時(shí)，并由程序計(jì)算出1秒、1分、1小時(shí)的時(shí)間定時(shí)。

數(shù)字顯示子程序：負(fù)責(zé)顯示四位數(shù)字，兩位顯示小時(shí)，兩位顯示分，小時(shí)顯示范圍為00－23，分顯示范圍為00-59，最大顯示時(shí)間23小時(shí)59分。

蜂鳴器控制子程序：定時(shí)時(shí)間到后，蜂鳴器響三聲，提示用戶開(kāi)關(guān)插座已經(jīng)斷電。

延時(shí)子程序：負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示刷新及按鍵去抖動(dòng)。

4 系統(tǒng)軟件硬件測(cè)試

4.1 仿真測(cè)試

使用單片機(jī)仿真軟件Proteus進(jìn)行仿真測(cè)試，它不僅具有各種EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具，仿真成功后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率。測(cè)試圖如圖3所示。

圖3 單片機(jī)仿真測(cè)試圖

4.2 硬件測(cè)試

根據(jù)電路圖，使用萬(wàn)用板搭建出電路。首先對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行通電測(cè)試。單片機(jī)的電源VCC和GND，即40腳和20腳分別為5V和0V。復(fù)位信號(hào)RESET，即9腳當(dāng)復(fù)位正常時(shí)由5V變?yōu)?V，時(shí)鐘信號(hào)XTAL0和XTAL1，即18腳和19腳為2.3V左右。測(cè)試完畢再對(duì)數(shù)碼顯示電路、按鍵掃描電路、蜂鳴器電路、繼電器電路等進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試通過(guò)即完成本產(chǎn)品制作，可投入日常使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于AT89S52單片機(jī)的簡(jiǎn)易型定時(shí)開(kāi)關(guān)插座，硬件具有外圍電路元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試，該產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)內(nèi)的時(shí)間定時(shí)，時(shí)間到后插座自動(dòng)斷電，對(duì)一些不能長(zhǎng)時(shí)間通電的電路能夠起到保護(hù)作用，也可以作為定時(shí)控制器使用，同時(shí)對(duì)學(xué)習(xí)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)較好的案例。

[1] 張紅燕,何膳君.基于單片機(jī)的定時(shí)開(kāi)關(guān)插座的設(shè)計(jì)與制作[J].電子世界,2014,(5):149.

[2] 雷道仲,李書成,羅政球.基于單片機(jī)定時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)[J].科技廣場(chǎng),2009,(5):224-225.

[3] 郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2009.

Design and making of simple microcontroller based on the timer switch socket

The use of AT89S52 microcontroller to design and produce a simple timer switch socket. The circuit is composed of a power supply circuit, minimum system microcontroller, digital display and button operation circuit, relay power control circuit is composed of four modules, and test with software and hardware. To achieve timing within 24 hours of the time of the products, the time to automatically cut off the power supply circuit power socket, some can not long time can play a protective role, but also can be used as a timing controller.

Microcontroller;timing switch;AT89S52

TM13

A

1008-1151(2015)03-0045-02

2015-02-10

陸仁超（1980－），男，廣西物資學(xué)校講師，助理工程師，研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)應(yīng)用、智能家居。