基于 89C52 的智能排插系统的设计与实现

聂 茹

基于 89C52 的智能排插系统的设计与实现

聂 茹

设计的系统为基于单片机的智能定时排插，系统由单片机、电源电路、液晶 1602 显示电路、报警电路、键盘控制及继电器工作电路组成，可以实现对插座的定时控制及断电报警功能，使用这个系统能感觉更加方便智能化。

智能；单片机；排插

0 引言

目前市场上排插的功能太简单，有时满足不了人们的需求。比如我们经常遇到的就是电瓶车充电问题，电瓶车充电时间通常是8个小时左右，太长则容易损耗电池，太短则充不满，如果再晚上充电，又不想从家里出来到车库给车充电，或者白天充电了，晚上不想下车库或者忘了拔电等，造成很多的不方便。本着这一思想于是提出了本课题，第一利用单片机，直流控制交流继电器等部件实现排插的定时开关功能（比如，什么时候接通，接通多久时间后断开），第二提供报警功能，比如播放音乐，如使用这一排插来控制电饭煲，则在电饭煲时间到后自动断电并通过音乐声告诉人们饭已经好了。智能插座控制系统的实现全部是基于单片机的设计。智能插座可以用于所有家庭电器，比如电动车，手机，电脑等等。因此研究智能插座有很大的实用意义。智能插座已成为人们日常生活中必不可少的物品，广泛用于个人家庭以及一些公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来方便。由于单片机控制电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使智能插座具有定时准确、性能稳定、携带方便等优点。

1 系统设计方案

1.1 系统结构与功能

系统总体设计主要实现以下功能：

（1）人机交互界面：通过 1602 液晶显示屏，与独立按键建立起一套完善的人机交互界面。可以用于设置定时的参数。查看定时参数，现实时间。

（2）设置定时时间：用户通过人机交互界面，查找到设定时间界面，设置对应的每一组的设置时间。

（3）设置现实时间：由于各种外界因素会导致系统现实时间与实际现实时间相异，系统支持修改系统现实时间。用户通过人机交互界面，查找到设定时间界面，设置系统现实时间。

（4）报警：当用户设定时间结束时会出现报警提示。

1.2 设计方案

采用一种以 AT89C52 为核心的单片机控制方案。选用单片机 AT89C52 作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的 IO 端口，及其控制的准确性，实现基本的定时控制功能。在单片机的外围电路外接输入键盘及1602 液晶显示屏用于构造人机交互界面以设置各个参数。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

2 硬件电路设计

系统硬件电路包括电源模块、单片机最小系统、液晶显示模块、继电器驱动模块以及键盘模块。

2.1 单片机主芯片电路

单片机最小系统由复位电路、时钟电路和单片机AT89C52 组成。它是低功耗、高性能的

CMOS 型 8 位单片机,片内带有 8 KB 的 Flash 存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。

2.2 液晶显示模块

本设计选用的1602液晶为16管脚液晶，即带背光液晶。LCD1602 简介液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。

2.3 继电器驱动电路

图中 P1 处连接的是单片机的 P2.7 口。P2.7 口给出高电平时，三极管处于导通状态，并起放大作用，这样，继电器就能得到足够的驱动电流来正常工作。当 P2.7 口给出低电平时，三极管不工作，继电器因没电流通过而不工作。二极管 4148 起到保护作用。发光二极管 LED0 用于指示继电器是处于导通状态（灯亮）还是处于断开状态（灯灭）。继电器驱动电路如图2所示：

图2 继电器驱动电路

2.4 电源电路模块

系统要提供稳定的直流5V供单片机及其所控制的外围电路（包括液晶、键盘、继电器等）和提供 220 交流电给插座。在电源的设计中，用 220V 交流电经过变压器降压后经7805 稳压后给单片机控制系统供电。

2.5 键盘电路

本设计采用了独立键盘设计，只是用了5个独立案件与单片机 IO 口连接，利用简单的逻辑方式实现了人机交互界面。该界面操作简单，便于控制。独立键盘电路如图3所示：

图3 键盘电路

2.6 报警电路

本设计报警电路由单片机 I/O 口经三极管控制蜂鸣器进行报警。

3 软件设计

3.1 主程序流程图

在本次设计中，主程序主要是在单片机的控制下，建立人机操作界面，对设定时间进行储存分析，驱动液晶显示出相关信息，并通过对比分析定时时间与时钟，控制继电器的通、断，从而达到控制插座的通、断电。在这个过程中，单片机首先进行初始化，包括设置单片机各个端口的方向，各个变量的初始化，液晶显示初始化、继电器断开以及单片机振荡频率的校准等。整个系统软件设计的流程图如图4所示：

图4 主程序流程图

3.2 时钟程序设计

单片机 AT89S52 内的定时器 0 和定时器 1 能准确定时一段时间。故用定时器0定时，并通过计算定时次数来实现时钟走时。本设计定时器 0 和定时器 1 都是定时 50ms中断一次，中断 20次就能实现一秒钟。整个系统软件设计的流程图如图5所示。

4 系统调试

图5 定时中断程序流程图

4.1 硬件电路调试

（1）单片机最小系统的调试

单片机 STC89C51 最小系统的检测分为硬件调试及软件调试。硬件调试时用万用表测量单片机的工作电压及各个管脚的电压是否达到正常工作电压。在此检测中还要烧入程序对各个 I/O 口的输出进行测试，查看 I/O 口所输出的电压是否与程序所控制值一致。例如：编写一个调试程序，使的所有 I/O 口从 P1.0 口开始依次赋予低电平，用万用表测量其输出电压，确定是否与程序所付值一致，一致则证明正确；然后又对其依次赋予高电平，确定是否与程序所付值一致，一致则证明正确。两次测试都正确，证明单片机最小系统是正常工作的。

（2）显示模块的调试

显示模块硬件连接相对比较简单，检查与调试过程中也没有遇到什么困难。这次设计中，结果用 LCD1602 来显示。在给系统上电后，要观察 LCD 的亮度，为了减少功耗，LCD1602 的背景灯的接地管脚同过 I/O 口 P2.0 的高低电平实现灭亮的要求，这种接法其背光灯会较暗，但是能够满足其在白天和夜晚都可以看清楚显示内容的要求。

4.2 软件调试

（1）显示模块调试

先在主程序中只写入 1602 液晶的初始化程序，让液晶在第一行显示几个字符。若未显示则检查，看是否使能显示，以及读写时序是否正确。

（2）时钟模块调试

在主程序中加入定时器的初始化程序，让液晶显示一组时分秒，看定时器是否工作。若工作则液晶显示的时分秒会开始变化，若不工作则检查初始化是否正确。

5 总结

本设计为基于单片机的定时排插系统，该系统采用 51单片机编程控制继电器的通、断来实现控制插座的通、断电，而继电器的通、断由定时组别确定。在定时范围内继电器导通，否则断开。并用 LCD1602 显示出时钟及定时时间等信息。该排插电路简单，稳定性好，可靠性高，具有很广的应用价值。

[1] 刘昕，杨 峰，谢 晋. 基于单片机 AT89C52 的多功能电子钟设计[J].信息化研究,2010,4:61-64

[2] 王峰，邢磊，史星晟等.基于 nRF24L01 的无线通信系统设计[J].科技创新与生产力，2011，（7）：88-90

[3] 程晨，Arduino 开发实战指南[M]，北京：机械工业出版社，2002

[4] 孟立凡，郑宾．传感器原理及技术[M]，北京：国防工业出版社。2005

Design and Realization of Intelligent Timing Socket System Based on Single Chip

Nie Ru
(Guangzhou College of South China University of Technology, Guangzhou 510800, China)

This system is intelligent timing socket based on single chip, consists of STC89C52 single chip, the clock chip, a reset circuit, digital display circuit, alarm circuit, keyboard control and crystal oscillator circuit. This system can realize the timing control and power on the socket of the alarm function, so that people can feel more convenient and intelligent in the use of system.

Intelligence; Single Chip; Socket

TN91

A

1007-757X(2014)02-0035-02

2013.12.26)

聂 茹 (1982-)，女，江西，华南理工大学广州学院，硕士，讲师，研究方向：智能控制，广州，510800