家用电器智能定时控制系统设计与实现

邹宇鸿　卢涵宇　杨燕

摘要：伴随着现代科技水平的提升，智能化的家用电器逐渐普及。本文设计的智能定时开关控制系统主要针对各种家用电器上的电子时钟，可进行任意时间数字输入完成定时的开机、关机功能。用户可利用本控制系统定时自动控制各种家用电器，让电器准时自动做好家务，实现智能家居。

关键词：智能定时开关；单片机；89C51；实时显示

中图分类号： TP208 文献标识码：A 文章编号：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

當代社会电子信息技术应用水平也跟随时代的步伐不断提升。人们的物质生活得到极大满足的同时，人们的目光开始转向智能化市场，为此，家用电器定时控制系统应运而生。家用电器智能定时控制系统的运用将使一个家庭在没人的情况下自动按所设定的时间完成各种家务事。智能定时开关控制器，它以操作最简单、使用最方便而独立于同类产品之首，由此可见家用电器智能定时控制系统的运用将给人们的日常生活带来极大的方便，具有很实用的使用价值。

本设计智能开关控制系统主要对电子时钟在各种家用电器上的运用，对各种家用电器进行任意时间数字输入完成定时的开机、关机功能。本文设计的智能定时控制开关系统的组成部分包括：控制电路、按键电路、时钟电路、复位电路、电源电路。其中主要由51芯片89C51编程实现控制，因其简单的操作，又能满足人们的需求实现实时显示、精确定时，有较强的实用性。

1 整体系统电路设计

基于本设计要求及思路，硬件电路设计框图和原理图如1和图2所示。硬件电路组成结构包括：电源电路、时钟电路、复位电路、显示电路（LED）、驱动电路、继电器电路。

基于成本价格的综合考虑时间显示采用两个四位数码管。时间控制和键盘输入以及掉电存储都通过89C51的I/O数据输入口控制。

电源部分：出于系统稳定性的要求，电源电路的设计必须将整流、滤波、集成稳压功能综合纳入考虑范围。

2 硬件设计

2.1 电源电路

由于电子装置消耗的功率来源于电源，所有用于稳定电压控制的晶体管、IC稳压器必须工作在高压、强电流状态下，有鉴于此，为给整机系统提供一个较为稳定的工作环境，本设计一个稳压电源模块，电路原理如下图3所示，该电源模块工作电压为5V，控制部分由7805实现。

三端固定输出电压式稳压电源7805，运用内部电路来实现过电压保护，过电流保护，过热保护，这使得它的性能很稳定：能够实现1A以上的输出电流；器件具有良好的温度系数；噪声影响通过本地调节解决，使输出电压误差精度为±3%和±5%，这对于整个系统而言，无疑提高了电路的可靠性和稳定性。

2.2 时钟电路

时钟电路如图4所示。DS12887具有后备电池，掉电时即可启用，其中AS端与单片机的ALE端相连，DS与单片机的RD端相连，R/W端与单片机的WR端相连，片选CS与单片机的地址端口相连，作为高位地址，在此与P2.7相连，则DS12887秒寄存器的地址为0x7F00。

在DS12887电子时钟电路的设计中，包括设置DS12887的初始时间，实时读取刷新时间，并送CD4511驱动数码管显示。

2.3 时钟电路

显示电路采用的LED数码管的正向压降UF一般为2V左右，每段工作电流IF为5～10mA，则七段显示电流为35～70mA，若用CD4511直接驱动，每段电流将超过LED最大允许值，容易损坏电路，基于此，在本设计中，在每一段的分别串入几百欧的限流电阻，将断电流限制在5～10mA为宜。

2.4 开关控制电路

系统内置计时继电器，得到计时指令后得电计时，内部延时常开＼常闭触点到时动作为反向状态，即经常接通的变为经常闭合，闭合的变为接通，由此可以达到对电器的计时性的通断控制。

在本设计中，单片机的数据控制端口P2.0设置为低电平状态，此刻，PNP管导通，并且继电器开始工作，开关控制电路导通或断开。

2.5 复位电路

在RST引脚加上大于两个机器周期的高电平，就可以使单片机复位，复位操作将对单片机初始化。除此之外，当程序进入“跑飞”或系统处于“死锁”状态时，按下复位键，可以使单片机重新启动，摆脱以上状态。

复位后，ALE和PSEN引脚均为高电平，片内的RAM的内容不变。复位后，PC初始化为0000H，程序开始执行，复位操作还对特殊功能寄存器有影响。

系统设计采用的上电复位，通过外部电路的电容充电来完成。接通电源，保证VCC的上升时间低于1ms，此时，钟频率为6MHz时，C取22uF，R取1kΩ，这即为正常工作状态。

3系统测试和实现

3.1系统软件

该整机系统的软件部分主要完成的功能包括：修改时间、校正时间、定时通断电等。在设计整个程序时，着重对部分软件抗加强干扰措施，以便按键可以灵活地使用，保证整个系统的时钟处于正常工作状态。系统流程图如下图5所示。

3.2 程序编译软件介绍

在定时控制系统的设计中，软件编程环境使用的是keil vision3。

Keil是一个优秀的软件集成开发环境，它支持众多不一样公司的MCS-51架构的芯片，μVision3 IDE基于Windows的开发平台，功能强大，利用该工具可以编译C源代码、汇编源程序，连接和重定位目标文件和库文件，创建HEX文件调试目标程序。

使用Keil uVision3调试程序包括五个步骤：

1）创建工程；2）建立源文件并加入工程；3）工程参数设置；4）编译源文件；5）调试程序。

3.3系统调试与结果分析

本设计系统的调试历经三个阶段（1）硬件电路调试；（2）软件程序调试；（3）软硬件联合调试。在本系统设计中，基于对每一个电路模块进行分级测试，所以采用模块设计法的思想。电源电路作为系统正常工作的保障，必然先对其進行调试。焊接整流、滤波元器件，电源变压器作为电压输出显示，当交变测试管脚接入后，显示18.2V，此刻，换直流管脚接入测试，显示18V，最后，测量模块7805的输出电压，显示4.98V，表明供电电路正常工作（以上数值均在误差允许范围）。

计数显示电路。当程序驱动，显示电路进入调试状态，要保证硬件电路的正常工作，每一发光管脚都必须进行测试，具体如下：首先不要接入单片机，接通电源，导线一端接GND，另一端逐次触碰89C51的I/O口。正常状态下，当接触到每一管脚，对应数码管由暗变亮，据此，依次测试剩下的管脚，数码管全亮，显示电路可正常工作。

软件调试与系统试机。调试中采用模块程序逐一添加的方法进行，放入一部分程序，调试一部分，等方式一的工作程序正确后，再加入方式二的程序，直到全部功能都能实现，经过以上调试，系统已能实现预定的功能。

4 结论

本文基于AT89C51设计实现了一种家用电器智能定时控制系统，用户可利用本控制系统定时自动控制各种家用电器，让电器准时自动做好家务，实现智能家居，系统操作简单，实用性强。

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