基于STC89C52單片機(jī)的定時(shí)插座控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

關(guān)鍵詞：STC89C52；單片機(jī)；定時(shí)；插座；繼電器

中圖分類(lèi)號(hào)：TM503+.5；TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

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日常生活和工業(yè)生產(chǎn)控制過(guò)程中， 經(jīng)常會(huì)使用各種各樣的定時(shí)控制[1]。在家用電器中，定時(shí)插座可以對(duì)各種家用電器進(jìn)行定時(shí)控制，使人們的日常生活更加便捷。例如，如果飲水器24 h 不停地工作，不僅浪費(fèi)電能，還會(huì)縮短飲水器的使用壽命。針對(duì)類(lèi)似的問(wèn)題，定時(shí)插座能夠提供較好的解決辦法。在日常生活中使用定時(shí)插座，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)有人在家時(shí)，飲水機(jī)定時(shí)開(kāi)啟；反之，則關(guān)閉飲水機(jī)，這在節(jié)約用電的同時(shí)可以對(duì)飲水機(jī)起到保護(hù)作用。定時(shí)插座可以幫助用戶(hù)合理安排家電的使用時(shí)間，避免不必要的能源浪費(fèi)；可以提供更加智能化的能源管理解決方案，降低對(duì)環(huán)境的影響；還可以消除安全隱患、延長(zhǎng)家用電器的壽命等[2]。綜上，定時(shí)插座系統(tǒng)研究具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。它能夠根據(jù)用戶(hù)的需要設(shè)置定時(shí)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高用戶(hù)的生活便利性。通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)定時(shí)插座系統(tǒng)，可以推動(dòng)智能家居技術(shù)的發(fā)展，為人們創(chuàng)造更加智能、便捷和環(huán)保的生活環(huán)境。

基于此，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)定時(shí)插座控制系統(tǒng)，其基于單片機(jī)STC89C52，選用獨(dú)立式的按鍵，使用5 V 電壓穩(wěn)壓器進(jìn)行供電。該系統(tǒng)可通過(guò)控制插座在24 h 內(nèi)定時(shí)開(kāi)關(guān)，控制電器，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)由如圖1 所示的各電路模塊組成。

單片機(jī)輸入電源為5 V，其讀取計(jì)時(shí)參數(shù)后會(huì)將其顯示在液晶顯示器上。由于該硬件系統(tǒng)可以利用繼電器來(lái)控制定時(shí)插座的工作狀態(tài)，所以在開(kāi)機(jī)時(shí)各個(gè)模塊將會(huì)初始化。初始時(shí)繼電器處于非工作狀態(tài)，只有當(dāng)外部按鍵發(fā)送信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)并且開(kāi)始工作[3]。當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)定時(shí)時(shí)刻時(shí)，紅色指示燈亮、蜂鳴器發(fā)出鳴叫。本系統(tǒng)的控制核心是STC89C52 單片機(jī)，同時(shí)協(xié)同DS1302 計(jì)時(shí)模塊、蜂鳴器模塊、LCD1602 顯示模塊以及繼電器模塊等部分進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。

1.1 主控制器STC89C52

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)所用的主控芯片為STC89C52，主要用于驅(qū)動(dòng)和控制各個(gè)模塊。

1.2 DS1302計(jì)時(shí)模塊

系統(tǒng)使用DS1302 作為定時(shí)器，可以滿足定時(shí)插座的各種定時(shí)設(shè)置需求，包括用戶(hù)自定義的任意時(shí)間定時(shí)和預(yù)設(shè)的固定模式定時(shí)。對(duì)于任意時(shí)間定時(shí)，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需求，通過(guò)簡(jiǎn)單的按鍵設(shè)置來(lái)指定插座在特定時(shí)間開(kāi)關(guān)，同時(shí)用戶(hù)也可自行預(yù)設(shè)各種常見(jiàn)的定時(shí)模式。

1.3 LCD1602 顯示模塊

在該系統(tǒng)中，為了確保用戶(hù)能夠清晰看到定時(shí)時(shí)間段以及實(shí)時(shí)顯示時(shí)間，系統(tǒng)選用了LCD1602。其可以一次顯示32 個(gè)字符，這些字符包含在160 個(gè)符號(hào)中。

1.4 繼電器模塊本設(shè)計(jì)采用了SONGLE SRD-05VDC-SL-C 繼電器。在電路設(shè)計(jì)中，確保電流的穩(wěn)定性和防止電流的反向流動(dòng)是至關(guān)重要的，因?yàn)檫@直接影響電路的安全性和穩(wěn)定性，任何小的電流波動(dòng)都可能引發(fā)嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，該系統(tǒng)添加了4N25 型光電耦合器，以防止電流的反向。光電耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)只允許電流在一個(gè)方向上流動(dòng)，當(dāng)電路中的電流試圖反向流動(dòng)時(shí)，光電耦合器能夠迅速切斷這個(gè)反向電流，從而保護(hù)電路不受損害。

1.5 蜂鳴器模塊

為實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)刻的聲音提醒，本設(shè)計(jì)中還加入了蜂鳴器。

1.6 按鍵模塊

為了更好地滿足按需定時(shí)的具體要求，本系統(tǒng)設(shè)置了按鍵模塊，用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)按鍵進(jìn)行定時(shí)，以達(dá)到定時(shí)開(kāi)關(guān)的效果?；诓煌存I之間較強(qiáng)的獨(dú)立性，以及定時(shí)插座系統(tǒng)對(duì)按鍵的要求，本設(shè)計(jì)選用獨(dú)立式按鍵。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，采用 C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言[5]，選擇Keil 軟件進(jìn)行編譯，利用STC-ISP軟件來(lái)完成數(shù)據(jù)的下載。此系統(tǒng)的DS1302計(jì)時(shí)模塊、蜂鳴器模塊、LCD1602顯示模塊以及繼電器模塊等各系統(tǒng)的正常運(yùn)作都需要通過(guò)程序來(lái)控制。單片機(jī)可以判斷系統(tǒng)是否受到定時(shí)控制以及控制蜂鳴器和紅燈的工作狀態(tài)。系統(tǒng)主程序流程如圖2所示。

2.1 DS1302計(jì)時(shí)程序編寫(xiě)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及DS1302 串行時(shí)鐘芯片中的幾個(gè)主要部件：移位寄存控制邏輯電路、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（random accessmemory，RAM）。DS1302 工作時(shí)為了對(duì)數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳設(shè)置為高電平且將 8 位地址和命令信息存入移位寄存器。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8（8 位地址+8 位數(shù)據(jù)）；在多字節(jié)方式下為8 + 最多可達(dá)248 的數(shù)據(jù)[6]。

通過(guò)DS1302 命令字節(jié)，初始化傳輸數(shù)據(jù)，并且最大位元的有效位元只能是1。若為0，則不能寫(xiě)入DS1302，而DS1302 命令字節(jié)第6 比特（簡(jiǎn)稱(chēng)“比特6”）則用于邏輯0 的時(shí)鐘日程表數(shù)據(jù)；邏輯1 規(guī)定了RAM 中的數(shù)據(jù)。比特1 和5 規(guī)定了一個(gè)具體的寄存器，在該寄存器中執(zhí)行輸入或輸出。最低位對(duì)邏輯0 進(jìn)行寫(xiě)操作；邏輯1 規(guī)定了讀取的執(zhí)行，其中，命令字節(jié)始終從最低有效位（leastsignificant bit，LSB）的最小有效值開(kāi)始。在RAM以多字節(jié)寫(xiě)入的情況下，一般無(wú)須寫(xiě)入所有字節(jié)，系統(tǒng)也能正常運(yùn)行，但無(wú)論是否寫(xiě)入所有字節(jié)，為了能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，每個(gè)寫(xiě)入的字節(jié)都會(huì)被傳輸?shù)?RAM。

2.2 LCD1602顯示程序編寫(xiě)

LCD1602顯示模塊主要負(fù)責(zé)顯示從DS1302串行時(shí)鐘芯片中讀出的數(shù)值，并能夠在外部獨(dú)立式按鍵被按下時(shí)，使系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示對(duì)應(yīng)的設(shè)置菜單等。DS1302的基本運(yùn)算順序如表1所示。

3 整體調(diào)試

系統(tǒng)實(shí)物圖如圖3 所示。當(dāng)繼電器正常工作、電源接通且系統(tǒng)并未到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)，顯示屏正常顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，但插座不接通電源，通過(guò)插座控制的電器也處于非工作狀態(tài)。

當(dāng)執(zhí)行定時(shí)開(kāi)關(guān)操作時(shí)，可同時(shí)設(shè)定多組定時(shí)模式，若定時(shí)后顯示為“N”，則說(shuō)明定時(shí)無(wú)效；若定時(shí)后顯示為“Y”，則說(shuō)明定時(shí)有效。

當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)定時(shí)時(shí)刻時(shí)，紅色指示燈亮起，蜂鳴器發(fā)出鳴叫，同時(shí)插座接通電源，插座控制的用電器處于工作狀態(tài)，到達(dá)設(shè)定關(guān)閉時(shí)刻時(shí)繼電器則停止工作，電源斷開(kāi)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的定時(shí)插座控制系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)，通過(guò)編程控制繼電器模塊，實(shí)現(xiàn)外部按鍵定時(shí)，從而控制插座，以達(dá)到方便和節(jié)能的目的。硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均可以滿足前期設(shè)計(jì)要求，使系統(tǒng)達(dá)到正常的工作狀態(tài)。