基于AT89C51單片機(jī)的宿舍智能化多路控制開關(guān)設(shè)計(jì)

鄧睿 楊夢遙 季蕾 華爽 張欣 姚袁夢 曹艷

摘 要：設(shè)計(jì)了一種基于AT89C51單片機(jī)的智能化多路控制開關(guān)，給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和硬件組成，實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間控制，并能組網(wǎng)工作。該系統(tǒng)具有成本低，可靠性強(qiáng)，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能化；多路控制；控制開關(guān)

中圖分類號(hào)：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）18-0033-02

Abstract： An intelligent multiplex control switch based on AT89C51 microcomputer is designed， and the design scheme and hardware composition of the system are given. The precise time control can be realized and the network can be constructed. The system has the characteristics of low cost， great reliability and strong function.

Keywords： single-chip microcomputer； intelligence； multiplex control； control switch

1 概述

隨著人們生活水平的提高和科技的發(fā)展，智能化控制越來越被用戶所期待，市場上逐漸涌現(xiàn)出一些智能產(chǎn)品，但多數(shù)需要和智能設(shè)備配套使用，這些系統(tǒng)往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，架構(gòu)龐大，價(jià)格高昂、維護(hù)成本也比較高，普通人難以承受。由于在智能系統(tǒng)中，使用最多的就是開關(guān)，例如控制燈、廚房的油煙機(jī)、電風(fēng)扇、電插座等。因此，如果將生活中的傳統(tǒng)開關(guān)升級(jí)為智能化開關(guān)，便能極大程度上提高人們體驗(yàn)和有效控制成本。[1-5]

現(xiàn)在學(xué)生所生活的宿舍公寓，有以下幾個(gè)弊端，一是如果管理者想要開關(guān)走廊的燈，必須走到固定位置去按下開關(guān)，而不能隨時(shí)隨地的對(duì)燈光進(jìn)行控制，二是無法調(diào)節(jié)走廊燈的亮度，例如能夠照射進(jìn)陽光的走廊和采光度不好的走廊的燈光是同一個(gè)亮度，這樣便會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，三是傳統(tǒng)開關(guān)無法實(shí)時(shí)了解設(shè)備的參數(shù)、工作狀態(tài)等信息。本文設(shè)計(jì)的控制開關(guān)，是一種基于AT89C51單片機(jī)的智能化多路控制開關(guān)，可以運(yùn)用在學(xué)生宿舍里，是由單片機(jī)AT89C51控制電路、按鍵與LCD顯示電路和掉電存儲(chǔ)電路以及電源電路組成，電路十分的簡單，主要由51芯片編程實(shí)現(xiàn)，功能強(qiáng)大，時(shí)間精度高，是一款比較實(shí)用的智能開關(guān)。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

隨著開關(guān)電源技術(shù)的成熟，在有些應(yīng)用場合要求開關(guān)電源具有一定的智能，能實(shí)現(xiàn)精確的程序控制，并能組網(wǎng)工作，以便于實(shí)時(shí)了解設(shè)備的參數(shù)（如電壓、電流）、工作狀態(tài)（正常、故障）等信息。與傳統(tǒng)開關(guān)相比，智能開關(guān)可達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的，因此智能開關(guān)在家居領(lǐng)域、辦公領(lǐng)域、商務(wù)領(lǐng)域及公共設(shè)施領(lǐng)域均有較好發(fā)展前景。[6-7]

智能開關(guān)是以自動(dòng)控制為主、人工控制為輔的系統(tǒng)。在一般的情況下，不需要有人的參與，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)和調(diào)光的功能。既可以減少管理人員的數(shù)量，也可以排除由于人為因素而出現(xiàn)的不定時(shí)開關(guān)，影響學(xué)校正常生活秩序的情況出現(xiàn)。[8-10]無論通過媒體還是市場得知，一套智能開關(guān)不僅復(fù)雜，且價(jià)格不菲，AT89C51單片機(jī)控制的智能開關(guān)電路結(jié)構(gòu)十分簡單，功能也很強(qiáng)大，實(shí)用性非常高。

對(duì)于采用模擬量反饋控制的開關(guān)電源，在這些場合使用時(shí)不可避免地存在這樣一些問題：（1）負(fù)載在較大范圍內(nèi)變化時(shí)反饋環(huán)路不穩(wěn)定，易產(chǎn)生自激振蕩。（2）不能實(shí)現(xiàn)精確的程序控制。電池的充電設(shè)備、TG脈沖弧焊電源設(shè)備必須按照工作規(guī)程進(jìn)行程序控制。對(duì)電源的輸出要求可能為恒流恒壓或恒壓限流，這樣所用的電源必須能夠在各種工作狀態(tài)之間自由轉(zhuǎn)換，這是常規(guī)開關(guān)電源難以實(shí)現(xiàn)的。（3）伺服型開關(guān)電源常要求電源的輸出受外電路控制，而遠(yuǎn)程控制信號(hào)通常為模擬信號(hào)，在傳輸過程中常常會(huì)受到外界干擾，導(dǎo)致控制失敗。用數(shù)字控制方式代替模擬控制，上述問題可以得到很大的改善。[11-12]

設(shè)計(jì)使用AT89C51單片機(jī)，時(shí)鐘電路將采集到的時(shí)間信息通過單片機(jī)在液晶顯示屏上顯示出時(shí)間。另外通過萬維網(wǎng)接口，可以對(duì)學(xué)生宿舍控制室輸入的工作模式進(jìn)行采集。

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框架圖如圖1所示。

系統(tǒng)可以按照默認(rèn)設(shè)置進(jìn)行工作，也可通過管理員（須密碼）進(jìn)入修改，通過按鍵輸入新的時(shí)間參數(shù)，可設(shè)置不同的工作模式，并帶時(shí)鐘顯示年月日星期時(shí)分秒。因此，既可以實(shí)時(shí)控制燈光，節(jié)省了勞動(dòng)力，也能合理調(diào)節(jié)燈光亮度，環(huán)保、節(jié)約資源。該開關(guān)充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能，具有成本低，可靠性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 AT89C51單片機(jī)

AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)圖如圖2所示。

選用AT89C51單片機(jī)，因?yàn)槠渚哂畜w積小，低功耗，控制能力強(qiáng)，低電壓高性能，擴(kuò)展靈活的優(yōu)點(diǎn)。AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)圖是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，主要包括單片機(jī)、電源、復(fù)位電路和晶振電路，復(fù)位電路主要由電解電容和電阻組成，用于電路復(fù)位，晶振電路主要由晶振和電容組成，為AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)提供振蕩頻率。

3.2 液晶顯示和時(shí)鐘電源設(shè)計(jì)

液晶顯示模塊主要包括LCD顯示屏、LED背光板、PCB板和鐵框。其中LCD顯示屏用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)顯示，完成數(shù)據(jù)傳輸。

時(shí)鐘電源模塊包含三大部分，即時(shí)鐘控制、USB接口控制和電源控制，主要由一個(gè)RAM組成，用于存放時(shí)間信息。

3.3 萬維網(wǎng)接口設(shè)計(jì)

萬維網(wǎng)是一個(gè)由許多互相鏈接的超文本組成的系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)訪問。在這個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)有用的事物稱為一樣“資源”，并由一個(gè)統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)，這些資源通過超文本傳輸協(xié)議傳送給用戶，而后者通過鏈接來獲取資源。萬維網(wǎng)接口主要由數(shù)據(jù)端D0-D7、復(fù)位端RESET和內(nèi)部寄存器組成。數(shù)據(jù)端可無條件進(jìn)行單向輸入或單向輸出工作方式，復(fù)位端可實(shí)現(xiàn)接口中具體某位置1或清0的功能，內(nèi)部寄存器主要用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。

4 學(xué)生宿舍控制室框架設(shè)計(jì)

學(xué)生宿舍控制室，主要由控制室和走廊1、走廊2、走廊3、走廊4、走廊5、走廊6組成。智能開關(guān)與學(xué)生宿舍管理中心控制室通過網(wǎng)絡(luò)連接，可以方便管理人員從主控制室控制開關(guān)，電路也能將燈的狀態(tài)反饋到主控制室，方便宿舍管理人員的管理工作，即在主控制室中便能選擇燈光是否工作與調(diào)節(jié)燈光亮度。

5 結(jié)束語

基于AT89C51單片機(jī)的宿舍智能化多路控制開關(guān)的設(shè)計(jì)，加深了對(duì)單片機(jī)的原理及應(yīng)用的理解和掌握。而AT89C51單片機(jī)指令簡單、外圍電路清晰、硬件設(shè)計(jì)方便、接口操作簡單、無方向寄存器、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。

單片機(jī)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡，比如從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表盤的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與研究應(yīng)用既是大勢所趨，也是必不可少的。[13-14]

本次設(shè)計(jì)針對(duì)AT89C51單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了宿舍開關(guān)的多路實(shí)時(shí)控制，并帶密碼保護(hù)，可調(diào)時(shí)間，可設(shè)置不同的工作模式調(diào)節(jié)燈光亮度，充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)具有性能可靠、成本低廉、擴(kuò)展性好、實(shí)用性強(qiáng)，是一款功能強(qiáng)大，應(yīng)用范圍廣，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的智能控制開關(guān)。在目前的國內(nèi)開關(guān)市場中，智能開關(guān)還是新生事物，但其應(yīng)用卻十分廣泛，本設(shè)計(jì)所做的智能開關(guān)成本低，可靠性強(qiáng)，在市場競爭中具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。未來，還可以廣泛應(yīng)用于部隊(duì)、廠礦、機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院等需要設(shè)置定時(shí)斷電、送電的設(shè)備。

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