基于52单片机智能贴心时钟的研究与设计

谭铭明，姚玲英（通讯作者），阮煜琴，梁俊焱，钟楚洪

（广东第二师范学院物理与信息工程系，广东广州，510303）

0 引言

在智能化信息时代的发展下，人们对于传统时钟的要求也逐渐增多。该智能贴心时钟以STC89C52单片机为核心，利用DS1302时钟模块将时间显示详细至年、月、日、星期、时、分、秒，并可通过按键来实现对时间的校准和闹钟的设置。同时，利用DHT11温湿度传感器对温湿度进行采集，单片机通过温湿度变化产生不同的信号，以按键实现当前气候状态的温湿度播报、贴心提示。

1 电路总体设计方案

系统电路框图如图1所示，根据功能之间的不同，可将该系统分为六个部分，分别为STC89C52单片机、温湿度测量电路、时钟发生电路、LCD显示电路、语音播报电路及按键电路。

图1 系统电路框图

2 硬件与软件设计

■2.1 硬件设计

2.1.1 主控制模块

该设计使用STC89C52芯片作为贴心时钟的处理器，C52系列芯片编程简单便捷，配合开发板与Keil可以轻松地对芯片中的代码进行修改和测试。该电路作为贴心时钟的处理器，承担了信息处理和信息存储的功能。这部分电路包含主芯片STC89C52，11.0592MHz晶振电路以及复位电路。

2.1.2 温湿度测量电路

该电路的主要部分为DHT11温湿度传感模块，占用1个I/O口。该模块可提供实时的温湿度数据，并通过一个数据端口输送给处理器，且该模块使用比较方便，模块上引出的3个接线端口直接连接到单片机上便可使用，由于用于传输数据的只有一个端口，使用一个I/O口便能收集温湿度数据，十分节省I/O口。该电路承担了提供温湿度数据的功能，并且在模块的VCC与GND之间连接了一个104瓷片电容，用于滤除掉杂波成分，使其输出数据的时候电压更稳定。

2.1.3 时钟电路

时钟电路采用DS1302模块，共占用3个I/O口。该模块可提供时分秒、年月日等信息，采用串行通信方式，节省I/O口，且具有工作电压范围较宽，芯片功耗低的优点，其承担的主要功能为提供日期与时间信息。DS1302采用双电源供电，在主电源非正常断电时，仍可利用备用电源继续工作。

2.1.4 LCD时钟显示电路

该电路采用液晶显示屏LDC1604作为贴心时钟的屏幕，共占用11个I/O口。该显示屏最多能同时显示16×4个字符，使用起来简单便捷，但该模块引脚较多，除VCC与GND外仍有12个端口。显示屏采用并行通信方式，直接把八个数据传输口与单片机相连。其承担的主要功能为显示出当前的温湿度、日期与时间。虽然占用了8个I/O口作为通信端口，但是同时保证了数据的实时显示，减少延时。

2.1.5 语音播报电路

图2 主程序流程图

语音播报电路我们采用DFPlayer Mini模块(以下简称其为语音模块)，采用串口通信。此模块具有体积小巧，价格实惠，可直接接驳扬声器等优点。语音模块上已集成有MP3、WAV、WMA的硬解码功能，无需进行复杂的编程，通过简单的串口指令即可控制其播放指定的音频。该模块上含有一个TF卡槽，音频存储在TF卡里，只要将其插入卡槽，便能使其读取到TF卡内的音频信息。语音模块主要承担了存储音频信息及驱动扬声器播放音频的功能，按下外置的按钮即可播放当前温湿度信息、前后温湿度对比、以及对应的穿衣搭配和增减衣物建议。

2.1.6 键盘电路键盘电路目前采用了各个功能配备独立按键的设计，按钮类型采用微动按钮，分别设有“返回主界面按钮”、“进入副界面按钮”、“UP按钮”，“DOWN按钮”，“确认按钮”，以及“语音播报按钮”这6个按钮。这6个按钮目前直接分配了6个I/O口，按钮的另一端接地，当有按键按下时，I/O口的电平变为低电平，随即由芯片检测到，并执行对应的功能。

■2.2 软件设计

2.2.1 系统主程序设计

将主程序分成各个子程序模块，逐一实现各个模块功能，其整体思路如图2所示。

2.2.2 语音模块软件实现

（1）从EEPROM区读取存储的温湿度数据

内部EEPROM读一字节：先写地址，再读数据。

读操作程序：

（2）温湿度以及穿衣小提示播报

播报温湿度：将从DHT11芯片获取的温湿度进行播报，需要注意的是获取的温湿度为十六进制，而语音播报的对应值为十进制，此时，通过十进制与十六进制转换，完成语音播报。

播报穿衣小提示：将常出现的温湿度划分为多个范围，且将临界值设为设定值，将读取到的温湿度与设定值进行对比，播报对应的语音。

播报程序：

（3）将温湿度数据存入EEPROM区

内部EEPROM写一字节：先写地址，再写数据。需要注意的是，在EEPROM写字节之前需要先将那一扇区的数据擦除。

由STC89C52内部EEPROM详细地址表可以编写。详细地址表如表1所示。

表1 STC89C52内部EEPROM详细地址表

3 系统的仿真与调试

在完成硬件设计后，对系统进行仿真如图3所示。系统设置的初始时间为2020年7月25日星期六18点17分58秒，初始闹钟时间为18点18分，可通过按下rep按钮实现语音播报功能，系统还设有五个按键，利用加入副屏实现对当前时间的校准与闹钟的设置。仿真时将DHT11温湿度调为27℃、75%，与LCD液晶屏显示保持一致。由于Proteus 8 Professional仿真软件元件库中，没有语音模块，在仿真时，采用示波器代替语音模块，通过观察波形的输出实现语音播报。

图3 系统仿真图

根据仿真电路图，进行对硬件实物的连接测试系统的可行性与稳定性，测试结果如图4所示，由图可见，实际测试结果与仿真结果一致，时间显示与调节、实时温湿度显示、语音播报等基本功能均可稳定实现。

图4 液晶屏实物显示图

4 总结

该电子时钟设计通过Keil uVision4进行C语言编译设计，通过控制主控芯片STC89C52实现温湿度监控显示、实时时间显示与设置、语音播报功能等基本功能。经过对系统的硬件测试，基本功能均可达到设计的预期效果。从测试中看出该系统稳定性好，操作简单，具有一定的实用性，更加贴近于人们日常生活中的使用习惯，使人们的生活更加便利。