家用電器智能定時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄒宇鴻　盧涵宇　楊燕

摘要：伴隨著現(xiàn)代科技水平的提升，智能化的家用電器逐漸普及。本文設(shè)計(jì)的智能定時(shí)開關(guān)控制系統(tǒng)主要針對(duì)各種家用電器上的電子時(shí)鐘，可進(jìn)行任意時(shí)間數(shù)字輸入完成定時(shí)的開機(jī)、關(guān)機(jī)功能。用戶可利用本控制系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)控制各種家用電器，讓電器準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)做好家務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能家居。

關(guān)鍵詞：智能定時(shí)開關(guān)；單片機(jī)；89C51；實(shí)時(shí)顯示

中圖分類號(hào)： TP208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）15-0288-03

Design and Implementation of Intelligent Timing Control System for Household Appliances

ZOU Yu-hong ，LU Han-yu ，YANG Yan

（ College of Big Data and Information Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025， China）

Abstract： With the upgrading of modern science and technology， intelligent household appliances are becoming more and more popular. The intelligent timing switch control system designed in this paper mainly aims at the electronic clock on all kinds of household electrical appliances， and can perform the function of opening and closing the machine at any time when the digital input is completed at any time. Users can use this control system to automatically control various household appliances at regular intervals， so that appliances can do housework on time and realize smart home.

Key words： Intelligent Timing Switch； Single chip microcomputer； 89C51；Real Time Display

當(dāng)代社會(huì)電子信息技術(shù)應(yīng)用水平也跟隨時(shí)代的步伐不斷提升。人們的物質(zhì)生活得到極大滿足的同時(shí)，人們的目光開始轉(zhuǎn)向智能化市場(chǎng)，為此，家用電器定時(shí)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。家用電器智能定時(shí)控制系統(tǒng)的運(yùn)用將使一個(gè)家庭在沒(méi)人的情況下自動(dòng)按所設(shè)定的時(shí)間完成各種家務(wù)事。智能定時(shí)開關(guān)控制器，它以操作最簡(jiǎn)單、使用最方便而獨(dú)立于同類產(chǎn)品之首，由此可見家用電器智能定時(shí)控制系統(tǒng)的運(yùn)用將給人們的日常生活帶來(lái)極大的方便，具有很實(shí)用的使用價(jià)值。

本設(shè)計(jì)智能開關(guān)控制系統(tǒng)主要對(duì)電子時(shí)鐘在各種家用電器上的運(yùn)用，對(duì)各種家用電器進(jìn)行任意時(shí)間數(shù)字輸入完成定時(shí)的開機(jī)、關(guān)機(jī)功能。本文設(shè)計(jì)的智能定時(shí)控制開關(guān)系統(tǒng)的組成部分包括：控制電路、按鍵電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路。其中主要由51芯片89C51編程實(shí)現(xiàn)控制，因其簡(jiǎn)單的操作，又能滿足人們的需求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示、精確定時(shí)，有較強(qiáng)的實(shí)用性。

1 整體系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

基于本設(shè)計(jì)要求及思路，硬件電路設(shè)計(jì)框圖和原理圖如1和圖2所示。硬件電路組成結(jié)構(gòu)包括：電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、顯示電路（LED）、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器電路。

基于成本價(jià)格的綜合考慮時(shí)間顯示采用兩個(gè)四位數(shù)碼管。時(shí)間控制和鍵盤輸入以及掉電存儲(chǔ)都通過(guò)89C51的I/O數(shù)據(jù)輸入口控制。

電源部分：出于系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，電源電路的設(shè)計(jì)必須將整流、濾波、集成穩(wěn)壓功能綜合納入考慮范圍。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電源電路

由于電子裝置消耗的功率來(lái)源于電源，所有用于穩(wěn)定電壓控制的晶體管、IC穩(wěn)壓器必須工作在高壓、強(qiáng)電流狀態(tài)下，有鑒于此，為給整機(jī)系統(tǒng)提供一個(gè)較為穩(wěn)定的工作環(huán)境，本設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓電源模塊，電路原理如下圖3所示，該電源模塊工作電壓為5V，控制部分由7805實(shí)現(xiàn)。

三端固定輸出電壓式穩(wěn)壓電源7805，運(yùn)用內(nèi)部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)，這使得它的性能很穩(wěn)定：能夠?qū)崿F(xiàn)1A以上的輸出電流；器件具有良好的溫度系數(shù)；噪聲影響通過(guò)本地調(diào)節(jié)解決，使輸出電壓誤差精度為±3%和±5%，這對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，無(wú)疑提高了電路的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路如圖4所示。DS12887具有后備電池，掉電時(shí)即可啟用，其中AS端與單片機(jī)的ALE端相連，DS與單片機(jī)的RD端相連，R/W端與單片機(jī)的WR端相連，片選CS與單片機(jī)的地址端口相連，作為高位地址，在此與P2.7相連，則DS12887秒寄存器的地址為0x7F00。

在DS12887電子時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)中，包括設(shè)置DS12887的初始時(shí)間，實(shí)時(shí)讀取刷新時(shí)間，并送CD4511驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。

2.3 時(shí)鐘電路

顯示電路采用的LED數(shù)碼管的正向壓降UF一般為2V左右，每段工作電流IF為5～10mA，則七段顯示電流為35～70mA，若用CD4511直接驅(qū)動(dòng)，每段電流將超過(guò)LED最大允許值，容易損壞電路，基于此，在本設(shè)計(jì)中，在每一段的分別串入幾百歐的限流電阻，將斷電流限制在5～10mA為宜。

2.4 開關(guān)控制電路

系統(tǒng)內(nèi)置計(jì)時(shí)繼電器，得到計(jì)時(shí)指令后得電計(jì)時(shí)，內(nèi)部延時(shí)常開＼常閉觸點(diǎn)到時(shí)動(dòng)作為反向狀態(tài)，即經(jīng)常接通的變?yōu)榻?jīng)常閉合，閉合的變?yōu)榻油?，由此可以達(dá)到對(duì)電器的計(jì)時(shí)性的通斷控制。

在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的數(shù)據(jù)控制端口P2.0設(shè)置為低電平狀態(tài)，此刻，PNP管導(dǎo)通，并且繼電器開始工作，開關(guān)控制電路導(dǎo)通或斷開。

2.5 復(fù)位電路

在RST引腳加上大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位，復(fù)位操作將對(duì)單片機(jī)初始化。除此之外，當(dāng)程序進(jìn)入“跑飛”或系統(tǒng)處于“死鎖”狀態(tài)時(shí)，按下復(fù)位鍵，可以使單片機(jī)重新啟動(dòng)，擺脫以上狀態(tài)。

復(fù)位后，ALE和PSEN引腳均為高電平，片內(nèi)的RAM的內(nèi)容不變。復(fù)位后，PC初始化為0000H，程序開始執(zhí)行，復(fù)位操作還對(duì)特殊功能寄存器有影響。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的上電復(fù)位，通過(guò)外部電路的電容充電來(lái)完成。接通電源，保證VCC的上升時(shí)間低于1ms，此時(shí)，鐘頻率為6MHz時(shí)，C取22uF，R取1kΩ，這即為正常工作狀態(tài)。

3系統(tǒng)測(cè)試和實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)軟件

該整機(jī)系統(tǒng)的軟件部分主要完成的功能包括：修改時(shí)間、校正時(shí)間、定時(shí)通斷電等。在設(shè)計(jì)整個(gè)程序時(shí)，著重對(duì)部分軟件抗加強(qiáng)干擾措施，以便按鍵可以靈活地使用，保證整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘處于正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)流程圖如下圖5所示。

3.2 程序編譯軟件介紹

在定時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，軟件編程環(huán)境使用的是keil vision3。

Keil是一個(gè)優(yōu)秀的軟件集成開發(fā)環(huán)境，它支持眾多不一樣公司的MCS-51架構(gòu)的芯片，μVision3 IDE基于Windows的開發(fā)平臺(tái)，功能強(qiáng)大，利用該工具可以編譯C源代碼、匯編源程序，連接和重定位目標(biāo)文件和庫(kù)文件，創(chuàng)建HEX文件調(diào)試目標(biāo)程序。

使用Keil uVision3調(diào)試程序包括五個(gè)步驟：

1）創(chuàng)建工程；2）建立源文件并加入工程；3）工程參數(shù)設(shè)置；4）編譯源文件；5）調(diào)試程序。

3.3系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試歷經(jīng)三個(gè)階段（1）硬件電路調(diào)試；（2）軟件程序調(diào)試；（3）軟硬件聯(lián)合調(diào)試。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基于對(duì)每一個(gè)電路模塊進(jìn)行分級(jí)測(cè)試，所以采用模塊設(shè)計(jì)法的思想。電源電路作為系統(tǒng)正常工作的保障，必然先對(duì)其進(jìn)行調(diào)試。焊接整流、濾波元器件，電源變壓器作為電壓輸出顯示，當(dāng)交變測(cè)試管腳接入后，顯示18.2V，此刻，換直流管腳接入測(cè)試，顯示18V，最后，測(cè)量模塊7805的輸出電壓，顯示4.98V，表明供電電路正常工作（以上數(shù)值均在誤差允許范圍）。

計(jì)數(shù)顯示電路。當(dāng)程序驅(qū)動(dòng)，顯示電路進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，要保證硬件電路的正常工作，每一發(fā)光管腳都必須進(jìn)行測(cè)試，具體如下：首先不要接入單片機(jī)，接通電源，導(dǎo)線一端接GND，另一端逐次觸碰89C51的I/O口。正常狀態(tài)下，當(dāng)接觸到每一管腳，對(duì)應(yīng)數(shù)碼管由暗變亮，據(jù)此，依次測(cè)試剩下的管腳，數(shù)碼管全亮，顯示電路可正常工作。

軟件調(diào)試與系統(tǒng)試機(jī)。調(diào)試中采用模塊程序逐一添加的方法進(jìn)行，放入一部分程序，調(diào)試一部分，等方式一的工作程序正確后，再加入方式二的程序，直到全部功能都能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)以上調(diào)試，系統(tǒng)已能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。

4 結(jié)論

本文基于AT89C51設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種家用電器智能定時(shí)控制系統(tǒng)，用戶可利用本控制系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)控制各種家用電器，讓電器準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)做好家務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能家居，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張均，盧涵宇.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].中國(guó)鐵道出版社，2009.

[2] 熊小萍，盧涵宇.模擬電子技術(shù)[M].哈爾濱工程大學(xué)出版社，2009.

[3] 趙志英，張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].復(fù)旦大學(xué)出版社，2008.

[4] 陳世同，梁輝，張成，毛澤安.AT24C02在光纖陀螺測(cè)試中的應(yīng)用[J].應(yīng)用科技，2005， 32（12）.

[5] 張培仁，孫力. C8051系列單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2013.

[6] 程昭順，盧涵宇.自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，13（18）：0083-0085.