智能插座系统毕业设计.doc

湖南工业大学本科毕业设计 论文 智能插座系统毕业设计智能插座系统毕业设计 目目 录录 第 1 章 绪论 1 1 1 设计的目的和意义 1 1 2 国内外研究现状 1 1 3 论文主要内容与思路 2 第 2 章 总体方案 3 第 3 章 硬件电路设计 5 3 1 智能排插的工作原理 5 3 2 硬件简介 5 3 2 1 STC89C52 单片机 5 3 2 2 QC12864B 液晶屏 6 3 2 3 DS1302 时钟芯片 8 3 2 4 BISS0001 红外热释电处理芯片 9 3 2 5 继电器模块 10 3 2 6 按键模块 10 3 3 系统的硬件电路设计原理图 10 3 3 1 STC89C52 最小系统电路图 10 3 3 2 QC12864B 液晶显示电路 11 3 3 3 DS1302 时钟电路 11 3 3 4 HC SR501 模块电路 11 3 3 5 继电器电路 12 3 3 6 按键电路 12 3 3 7 系统原理图 13 第 4 章 系统软件设计 14 4 1 系统软件设计流程 14 4 2 模块程序设计 14 4 2 1 LCD12864 液晶驱动程序设计 14 4 2 2 DS1302 驱动程序设计 16 4 2 3 按键程序设计 18 第 5 章 实物制作与结果分析 19 5 1 实物制作 19 5 2 加载源程序后的实物结果及分析 20 第 6 章 总结与展望 22 6 1 总结 22 6 2 展望 22 参考文献 23 致 谢 24 附 录 25 湖南工业大学本科毕业设计 论文 I 附录 1 系统原理图 25 附录 2 源程序 25 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 设计的目的和意义设计的目的和意义 随着人口的增长 科技的迅猛发展 人们生活水平不断的提高 对于电子 产品的需求和要求也不断增加 各式各样的电子产品应用于我们的生活中 在 为人类带来便捷的同时 也意味着我们使用的产品消耗的能源同等的增加以维 持我们生活的正常进行 可是 我们生活的星球能开发利用的能源是有限的并 且正在不断的消耗殆尽 所以 节约能源又成为了我们必须要解决的问题 同 时其也是这个社会的主题 所以 这样一对矛盾应尽快得到调解 在调查中我 们发现 大部分市面上的电子产品都具有待机功能 比如电视机 电脑 冰箱 空调等家用电器 如此 就我国而言 无意识的家电或电子产品的能耗基于一 个十几亿人口的大国 那是一个非常巨大的能源浪费 据测算 家电待机能耗 占到中国家庭电力消耗的 10 以上 而正是由于这种长期的待机状态 使得排 插的负荷也越来越大 带来了非常严重的安全隐患 除此之外 也使得电器的 寿命大大缩短 1 所以 本系统对家庭中普通的排插进行了更加智能化的设计 我们利用单 片机对继电器的控制来达到控制排插通断的目的 并可以通过外设键盘对排插 进行定时设置 使其可以按照我们的意愿定时通断 在定时功能的基础上 增 加了人体感应模块 基于此种思维设计 其不仅能节约能源消耗 减轻地球的负担 增加家电 的使用寿命 还能让我们的生活变得更加的便捷 舒适 重要的是可以防止不 必要的安全事故的发生 1 2 国内外研究现状国内外研究现状 目前市场上使用的绝大多数移动电源排插只可以实现简单的电源机械式通 断电 单一的功能并不能满足我们未来生活的需要 智能排插可编程开关排插 可根据使用者的意愿 对其进行功能设置实现电源的自动通断电 是人们的生 活带来极大的方便之余又能应和这个社会节能的主题 现阶段市场上出现的智能插座有小管家智能插座 科德牌智能插座 POLYHOME 智能插座 博联智能插座等等 这几款插座中小管家插座使用智能芯 片系统和相应程序软件对继电器进行编程控制 使得插座待机能耗降至零 达 到节能安全的目的 利用遥控功能关机后自动切断电源 遥控开机时 能自动 湖南工业大学本科毕业设计 论文 1 接通电源 并且具有消除待机能耗 智能化保护功能 避免电磁波辐射 有效 防雷击冲击的特点 科德智能插座 可以进行定时设定 精确值时间为 1 分钟 每天最多可设置多组开与关 并且具有模式功能 随时可切换到长通或定时状 态 目前智能排插的实现方法有机械式定时排插 基于单片机的定时器功能实 现排插的智能定时 以及采用现成的智能芯片 机械式定时排插通过转动刻度 盘 进行定时时间设置 而基于单片机的智能排插则是通过用单片机控制继电 器的通断来控制排插的开关 即通过单片机编程实现智能定时 智能芯片排插 则是通过芯片直接感应来实现智能通断电 从而达到消除待机功耗的目的 较 为高级的当属无线控制智能排插 基于 Wi Fi 通讯 只要家中有无线路由器 排插就会自动寻找网路 用户只需输入上网密码即完成配置 通过智能手机在 全球任何地点都可以控制 智能排插有效地解决了待机能耗的问题 从而提高终端用电设备的使用寿 命 促进我国节电降耗产品领域的发展 也消除了生活中的很多安全隐患 可 达到适用于彩电 电脑 空调等用电领域的较高技术指标与节电能力 而随着 技术的不断发展 对智能排插的承受功率不断地增高完善 智能排插除了广泛 应用于家用电器外 还会更多的应用到工业领域 1 3 论文主要内容与思路论文主要内容与思路 本系统设计了基于单片机对继电器的控制来达到智能控制排插通断的目的 并可以通过外设键盘和红外感应对排插进行定时设置和感应通断 使其可以按 照我们的意愿自动通断 论文各章主要内容如下 第一章是绪论 介绍了本研究的目的和意义 国内外研究现状以及本论文 的章节结构 第二章总体方案设计 在论述系统的设计结构的基础上 详细说明系统的 主要设计功能 第三章是硬件系统构架 首先介绍系统的工作原理 然后介绍单片机的主 要性能参数 接着是对每个电路模块进行分析 并给出原理图 第四章介绍系统的软件设计 并对每个模块进行说明 第五章介绍实物调试过程 并对相应结果进行了详细的说明 第六章是本文的总结与展望 并提出进一部完善的工作 智能插座的设计 2 湖南工业大学本科毕业设计 论文 3 第第 2 2 章章 总体方案总体方案 本系统的设计主要由感应控制系统和按键控制系统组成 硬件电路由 STC89C52 单片机为核心控制器 通过 C 语言编写文件系统实现各路控制功能 在感应控制系统中 单片机通过 HC SR501 人体感应模块触发外部中断进而控制 与排插插孔相连的继电器来控制插孔的关断 此外 插孔的关断还可以通过手 动按键来操控 通过单片机配合时钟芯片 DS1302 对排插进行定时开关或延时开 关等操作 由 LED 指示灯指示当前工作状态并由 QC12864B 液晶屏作为人机交互 界面进行显示 使系统能够有一个良好的界面 总体的系统框图如图 2 1 所示 图 2 1 系统框图 1 智能排插的核心控制电路 STC89C52 单片机是本设计的核心器件 配合各个模块实现排插的控制 STC89C52 根据不同的运行速度和功耗的要求 时钟频率可以设置在 0 33M 之间 该最小系统主要由复位电路 晶振电路构成 2 QC12864B 液晶显示部分 QC12864B 是带中文字库的汉字图形点阵液晶显示模块 可显示 4 8 行 16 16 的点阵汉字及分辨率为 128 64 的图形 同时 光标显示 画面移动 自 定义字符 睡眠模式等功能可实现最直接的人机交互 3 DS1302 模块 本系统采用 DS1302 作为时钟计时器 从而实现排插在 24 小时内任意时间 的可变定时和一小时内的固定模式定时 这样可以使得定时准确 方便 节约 系统资源 同时程序编写上也能相对简单 STC89C52 7805 稳压电源模块 DS1302 计时模块 按键模块 继电器模块 HC SR501 人体感应模块 LCD 显示模块 智能插座的设计 4 4 HC SR501 模块 HC SR501 是建立在 BISS0001 红外热释电处理芯片上的自动控制模块 其 使用 LHI778 型探头进行设计 具有高灵敏度 功耗低 可靠性强等特点 广泛 应用于各类自动感应电气设备 且其是干电池供电的自动控制产品 5 继电器模块 本设计采用的是型号为 SONGLE SRD 05VDC SL C 的继电器 5V 继电器是一 种电子控制器件 具有控制系统 又称输入回路 和被控制系统 又称输出回 路 可用较小的电流去控制较大电流的一种 自动开关 6 按键模块 系统采用轻触按键设计 4 4 式矩阵按键 充分利用单片机 I O 口控制实现 按键功能 湖南工业大学本科毕业设计 论文 5 第第 3 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计 3 1 智能插座的工作原理智能插座的工作原理 本系统由单片机最小系统 QC12864B 液晶屏 HC SR501 继电器等几个模 块组成 通过外设键盘对与继电器相连的排插进行定时 延时设置 使其可以 按照我们的意愿在相应的时间通断 或由 HC SR501 热释电红外传感器模块 当 感应到生物发出的红外线而输出电信号进而触发 SCT89C51 单片机的外部中断引 脚 自动控制排插的通断 由 LED 指示灯指示工作模式并将工作数据通过 LCD 液晶屏显示 3 2 硬件简介硬件简介 3 2 1 STC89C52单片机单片机 STC89C52 单片机是一款低功耗 高性能的 8 位微控制器芯片 内部集成 8K 字节 Flash 512 字节 RAM 4KB EEPROM MAX810 复位电路 3 个 16 位定时器 计数器 2 个外部中断 一个通信一步通信口 UART 一个 7 向 量 4 级中断结构 兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构 全双工串行口 32 位的 I O 口线 看门狗定时器 另外 STC89C52 可降至 0MHz 静态逻辑操作 支持 2 种可选择节电模式 空闲模式下 CPU 停止工作 允许 RAM 定时器 计数器 串口 中断继续工作 掉电保护方式下 片内振荡器停止工作 从 而单片机的一切工作全部停止 直到下一个中断或硬件复位为止 最高运作频 率 35MHz 6T 12T 可选 可以在 4V 到 5 5V 宽电压范围内正常工作 具有许 多独特的优点 即体积小 重量轻 单一电源 低功耗 功能强 价格低廉 运算速度快 抗干扰能力强 可靠性高等 4 6 其内部包含以下功能部件 a 8 位 CPU b 振荡器和时钟电路 c 8k 字节的程序存储器 EPROM d 256 字节的数据存储器 RAM e 可寻址外部存储器和数据存储器各 64 字节 f 20 多个特殊功能寄存器 g 32 线并行 I O 口 h 一个全双工串行 I O 口 i 3 个 16 位定时器 计时器 智能插座的设计 6 STC89C52 引脚图如图 3 1 所示 图 3 1 DIP 40 封装 STC89C52 引脚图 P0 口 P0 口是一个 8 位漏极开路的准双向 I O 口 当作为输出口时 输出 级为漏极开路电路 应外接一个上拉电阻来提供输出高电平时的驱动电流 对 P0 端口写 1 时 引脚用作高阻抗输入 当 CPU 访问片外存储器时 由内部 硬件自动使控制线为 1 这时 P0 口可作为低 8 位地址 数据总线分时使用 在这种模式下 P0 不具有内部上拉电阻 4 6 P1 口 P1 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位准双向口 作为通用的 I O 端 口使用 P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平 当 P1 口用做输出口输出 1 时 输出线由内部上拉电阻拉成高电平 作为输入使用时 CPU 必须将 1 写入锁存器 使 T1 截止 把该端口线由内部上拉电阻拉成高电平 6 P2 口 P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I O 口 P2 输出缓冲 器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平 当 CPU 对 P2 端口写入 1 时 其内部的上拉 电阻把该端口拉为高电平 此时 P2 口可作为输入端口来使用 作为输入口使 用时 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因 将输出电流 4 6 P3 口 P3 口是带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I O 口 并且还是一个双功 能端口 其作为通用的 I O 口使用时 工作原理同 P1 P2 端口相似 对 P3 端 口写 1 时 输出引脚由内部上拉电阻拉成高电平 作为输入使用时 被外部 拉低的引脚由于内部电阻的原因 将输出电流 4 6 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高 电平将是单片机复位 4 6 3 2 2 QC12864B液晶显示屏液晶显示屏 QC12864B 是一款具有 4 位 8 位并行 2 线或 3 线串行多种接口方式的带中文 湖南工业大学本科毕业设计 论文 7 字库以及内部含有国标体中文字库的点阵图形的液晶显示器 其具有 128 64 的分辨率 8192 个 16 16 点汉字以及 128 个 16 8 点的 ASCII 字符集 且具有 光标显示 画面移位 睡眠模式等多种功能 可以显示 8 4 行 16 16 点阵的 汉字 也可完成图形显示 低电压低功耗是其又一显著特点 其引脚图如图 3 2 所示 如表 3 1 为 QC12864B 引脚定义表 7 1 VSS 2 VDD 3 VO 4 RS CS 5 R W 6 E CLK 7 D0 8 D1 9 D2 10 D3 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 15 PSB 16 NC 17 RST 18 NC 19 A 20 K E2 LC D12864 VC C VC C 图 3 2 QC12864B 引脚图 表 3 1 QC12864B 引脚定义 管脚号管脚名称电平管脚功能描述 1VSS0V电源地 2VCC3 0 5V电源正 3V0 对比度 亮度 调整 4RS CS H L RS H 表示 DB7 DB0 为显示数据 RS L 表示 DB7 DB0 为显示指令数据 5R W SID H L R W H E H 数据被读到 DB7 DB0 R W L E H L DB7 DB0 的数据被写到 IR 或 DR 6E SCLK H L使能信号 7DB0H L三态数据线 8DB1H L三态数据线 9DB2H L三态数据线 10DB3H L三态数据线 11DB4H L三态数据线 12DB5H L三态数据线 13DB6H L三态数据线 14DB7H L三态数据线 15PSBH LH 8 位或 4 位并口方式 L 串口方式 16NC 空脚 17 RESETH L复位端 低电平有效 智能插座的设计 8 18VOUT LCD 驱动电压输出端 19AVDD背光源正端 5V 20KVSS 背光源负端 3 2 3 DS1302 时钟芯片时钟芯片 DS1302 是高性能时钟芯片 具有以下特性 实时时钟 可对秒 分 时 日 周 月 以及带闰年补偿的年进行计数 用于高速数据暂存的 31 8RAM 最少引脚的串行 I O 2 5 5 5V 满肚工作范围 2 5V 时耗电小于 300nA 用于时钟或数据读 写的单字节或多字节数据传送 8 引脚的双排直列封装 DIP 或用于表面的 8 引脚贴片封装 SOIC 简单的 3 线接口 TTL 兼容 VCC 5V 可选的工业温度范围 40 至 85 在 DS1202 基础上增加的特点 可选的慢速充电的能力 用于主电源和备份电源的双电源引脚 备份电源引脚可用作电池或超容量电容器的输入端 附加的告诉暂存存储器 7 字节 图 3 3 为 DS1302 的芯片引脚图所示 如表 3 2 所示为 DS1302 各引脚的功 能表 8 图 3 3 DS1302 的芯片引脚图 表 3 2 DS1302 引脚功能 引脚号引脚名称功能 1VCC2 主电源 2 3X1 X2振荡器 外接 32 768KHZ 晶振 4GND 电源地 湖南工业大学本科毕业设计 论文 9 5RST 复位 6I O 数据输入 输出 双向 7SCLK 串行时钟 8VCC1 后备电源 3 2 4 BISS0001 红外热释电处理芯片红外热释电处理芯片 BISS0001 是一款高性能的传感信号处理集成 芯片 由热释电红外传感 器以及外围连接 元器件组成的被动式热释电红外开关 模块 其可自动快速 有效的控制各式照明灯 蜂鸣器 自动门 电风扇 烘干机和自动洗手池 等等家用电器的关断 普遍应用在宾馆 酒店 公司 商场及家庭 等过道 或走廊等敏感区域 以及安全区域的灯光 照明和报警系统 引脚原理图如 图 3 4 所示 其引脚功能如表 3 3 所示 9 图 3 4 BISS0001 引脚图 表 3 3 BISS0001 引脚功能 引脚号名称I O功能说明 1AI 可重复触发和不可重复触发选择端 当A 为 1 时 允 许重复触发 反之 不可重复触发 2VOO Vo 上升沿时为有效触发 在输出时间 Tx 之外和无 VS 的上跳变时 Vo 保持低电平 3RR1 输出延迟时间 Tx 的调节端 4RC1 输出延迟时间 Tx 的调节端 5RC2 触发封锁时间 Ti 的调节端 6RR2 触发封锁时间 Ti 的调节端 7VSS 工作电源负端 8VRFI参考电压及复位输入端 9VCI触发禁止端 当 VcVR 时允 智能插座的设计 10 许触发 VR 0 2VDD 10IB 运算放大器偏置电流设置端 11VDD 工作电源正端 122OUTO第二级运算放大器的输出端 132IN I第二级运算放大器的反相输入端 141IN I第一级运算放大器的同相输入端 151IN I第一级运算放大器的反相输入端 161OUTO第一级运算放大器的输出端 3 2 5 继电器模块继电器模块 本系统使用的继电器是型号为 SONGLE SRD 05VDC SL C 的继电器 该继 电器是一种电子控制器件 工作电压 5 伏 具有两个控制系统分别是输入回路 和被控输出回路 利用较小的电流驱动去控制大电流的一种 自动开关 因此 在电路中起着安全保护 自动调节及电路转换等作用 可实现弱电控制强电的 目的 常用在自动控制电路中 3 2 6 按键模块按键模块 采用普通轻触按键设计矩阵式按键控制 给单片机引脚输入电信号 由于 与人体感应模块中用到的外部中断脚 P3 2 重合 故在设计按键的时候将此引脚 除去 3 3 系统的硬件电路设计原理图系统的硬件电路设计原理图 3 3 1 STC89C52 最小系统电路图最小系统电路图 STC89C52 为核心的最小系统由复位电路和晶振电路组成 复位电路由按 键一个 1K 电阻和一个 10K 电阻以及一个 10uf 的电解电容构成 晶振电路由 12M 晶振和两个 30PF 电容组成 单片机最小系统如图 3 5 所示 图 3 5 单片机最小系统仿真图 湖南工业大学本科毕业设计 论文 11 3 3 2 QC12864B 液晶显示液晶显示电路电路 QC12864B 带字库型液晶显示模块 内部存有 16X16 点阵的中文汉字 8192 个 8X16 点阵的字符 128 个以及 64X256 点阵的图形显示 RAM GDRAM 其 电路连接图如图 3 6 所示 40 VC C 39 P00 38 P01 37 P02 36 P03 35 P04 34 P05 33 P06 32 P07 31 EA 30 29 28 P27 27 P26 26 P25 25 P24 24 P23 23 P22 22 P21 21 P20 1 P10 2 P11 3 P12 4 P13 5 P14 6 P15 7 P16 8 P17 9 R ESET 10 P30 11 P31 12 P32 13 P33 14 P34 15 P35 16 P36 17 P37 18 X1 19 X2 20 GND E1 AT89C 51 1 VSS 2 VDD 3 VO 4 RS CS 5 R W 6 E CLK 7 D0 8 D1 9 D2 10 D3 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 15 PSB 16 NC 17 RST 18 NC 19 A 20 K E2 LC D12864 R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8R 9 VC C C 1 33p C 2 33p 5V 10K VC C VC C 图 3 6 QC12864B 电路连接图 3 3 3 DS1302 时钟时钟电路电路 DS1302 引脚电路中 Vcc1 为后备电源接一个干电源电池 Vcc2 为主电源 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电 X1 和 X2 是振荡源 外接 32 768kHZ 晶振 电路连接图如图 3 7 所示 10 vcc1 1 x1 2 x2 3 GND 4 REST 5 I O 6 SCLK 7 vcc2 8 JP1 DS1302 R12 R10 R11 10K BT1 32 768HZ VCC P35 P36 P34 图 3 7 DS1302 电路原理图 3 3 43 3 4 HC SR501HC SR501 模块电路模块电路 BISS0001是一款高性能的传感信号处理集成电路 由运算放大器 状态控 制器 电压比较器 封锁时间定时器以及延迟时间定时器等构成的数模混合集 成电路 并配以热释电红外传感器和外围元器件构成被动式的热释电红外开关 该模块有两种模式 分别是可重复触发方式和不可重复触发方式 通过Q脚电信 号的变化 触发单片机外部中断达到控制继电器工作效果 本系统采用不可重 智能插座的设计 12 复触发方式 当感应到有人体在其范围内活动则Q脚输出高电平 否则输出低电 平 而单片机外部中断为低电平触发 故在模块输出端加一反相器 其电路原 理图如图3 8所示 其中PIR为HC SR501模块 10 40 VCC 39 P00 38 P01 37 P02 36 P03 35 P04 34 P05 33 P06 32 P07 31 EA 30 29 28 P27 27 P26 26 P25 25 P24 24 P23 23 P22 22 P21 21 P20 1 P10 2 P11 3 P12 4 P13 5 P14 6 P15 7 P16 8 P17 9 RESET 10 P30 11 P31 12 P32 13 P33 14 P34 15 P35 16 P36 17 P37 18 X1 19 X2 20 GND E1 AT89C51C1 33p C2 33p R20 C3 10uF S0 VCC VCC 1 Q 2 GND 3 R1A PIR VCC Q4 9013 R24 1K R25 10K VCC 图 3 8 HS SR501 模块电路原理图 3 3 5 继电器电路继电器电路 本系统使用的继电器是型号为 SONGLE SRD 05VDC SL C 的继电器 该继 电器是一种电子控制器件 工作电压 5 伏 具有两个控制系统分别是输入回路 和被控输出回路 利用较小的电流驱动去控制大电流的一种 自动开关 本系 统中 主要是用于控制插座的开关状态 由按键设置及红外感应模块影响单片 机 I O 输出信号来控制继电器的工作 从而达到控制插座自动关断的目的 电 路图如图 3 7 所示 10 40 VCC 39 P00 38 P01 37 P02 36 P03 35 P04 34 P05 33 P06 32 P07 31 EA 30 29 28 P27 27 P26 26 P25 25 P24 24 P23 23 P22 22 P21 21 P20 1 P10 2 P11 3 P12 4 P13 5 P14 6 P15 7 P16 8 P17 9 RESET 10 P30 11 P31 12 P32 13 P33 14 P34 15 P35 16 P36 17 P37 18 X1 19 X2 20 GND E1 AT89C51C1 33p C2 33p Q1 NPN K1 RELAY SPST K2 RELAY SPST R20 Q2 NPN D5 D4 1K C3 R21 S0 VCC VCC R22 1K K3 RELAY SPST D6Q3 NPN R23 1K P10 P11 P12 图 3 7 继电器控制电路 3 3 63 3 6 按键电路按键电路 采用普通轻触按键设计矩阵式按键控制 给单片机引脚输入电信号 如图 3 8 所示 湖南工业大学本科毕业设计 论文 13 40 VCC 39 P00 38 P01 37 P02 36 P03 35 P04 34 P05 33 P06 32 P07 31 EA 30 29 28 P27 27 P26 26 P25 25 P24 24 P23 23 P22 22 P21 21 P20 1 P10 2 P11 3 P12 4 P13 5 P14 6 P15 7 P16 8 P17 9 RESET 10 P30 11 P31 12 P32 13 P33 14 P34 15 P35 16 P36 17 P37 18 X1 19 X2 20 GND E1 AT89C51 C1 33p C2 33p R20 C3 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 P30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37 R16R15R14R13 VCC VCC 10K10K10K10K 图 3 8 矩阵按键电路原理图 3 3 73 3 7 系统原理图系统原理图 系统原理图见附录 I 智能插座的设计 14 第第 4 章章 系统的软件设计系统的软件设计 4 1 系统软件设计流程系统软件设计流程 系统采用 STC89C52 单片机作为控制中心 使用 C 语言进行程序的编写 使用 Keiluvision2 软件进行编译 通过按键进行实时时间 定时时间及延迟时间的模式选择以及个模式下的 数据修改 由 LCD12864 液晶屏显示 并通过感应器反馈的信息给单片机处理 如图 4 1 所示为主程序流程图 图 4 1 为主程序流程图 4 4 2 2 模块程序设计模块程序设计 4 4 2 12 1 LCD12864LCD12864 液晶驱动液晶驱动程序设计程序设计 本系统使用 QC12864B 液晶模块作为显示器 建立人机界面 其可显示 4 行 8 字汉字及 128X64 图形 并且内置 8192 个汉字字库 128 个字符以及 64X256 点阵图形显示 RAM GDRAM 其显示功能需要完成两个操作 写 操作 写指令与数据 和读操作 读指令与数据 1 写操作 从 MPU 写资料到液晶显示模块 模块采用 8 位并行连接方式进行数据传 输 其时序图如图 4 2 所示 延迟设置 定时设置 时间设置 单片机 开始 按键功能选择 感应器置 继电器置 显 示 湖南工业大学本科毕业设计 论文 15 图 4 2 LCD12864 写操作时序图 2 读操作 MPU 从液晶模块中读出资料并进行处理 其时序图如图 4 3 LCD12864 读操 作时序图所示 图 4 3 LCD12864 读操作时序图 3 读写信号借口说明 RS R W 的配合选择决定控制界面的 4 种模式 如表 4 1 所示 EN 使能 控制信号功能 如表 4 2 所示 表 4 1 读 写操作控制功能 RSR W功能说明 LLMPU 写指令到指令暂存器 IR LH读出忙标志 BF 及地址记数器 AC 的状态 HLMPU 写入数据到数据暂存器 DR HHMPU 从数据暂存器 DR 中读出数据 表 4 2 使能控制功能 E 状态执行动作结果 高 低I O 缓冲 DR配合 W 进行写数据或指令 高 低DR I O 缓冲配合 R 进行读数据或指令 低 高无动作 智能插座的设计 16 LCD12864 显示流程图 如图 4 4 LCD12864 显示流程图所示 图 4 4 LCD12864 显示流程图 4 2 2 DS1302 驱动程序设计驱动程序设计 DS1302 时钟芯片主要由移位寄存器控制逻辑 振荡器 实时时钟以及 RAM 几部分组成 初始化任何的数据传送时 把 RST 置为高电平 必要条件 SCLK 为低电平时 允许对 DS1302 进行操作 时钟信号由 SCLK 提供 在 SLCK 上升沿串行输入 前 8 个时钟周期将命令字装入移位寄存器之后 在后 面的时钟周期里在读操作时输出数据 在写操作时输入数据 1 Single Byte 读操作时序如图 4 5 所示 写操作时序如图 4 6 所示 图 4 5 DS1302 读时序图 图 4 6 DS1302 写时序图 2 DS1302 共具有 12 个寄存器 其中有 7 个寄存器与日历 时钟相关 存放 的数据位均为 BCD 码形式 其内部日历 时间寄存器如表 4 3 读 写寄存器地 址和内容所示 其中奇数为读操作 偶数为写操作 表 4 3 读 写寄存器地址及内容 写读BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0 秒80H81HCH10 秒秒 开始 初始化 读状态或数据 写命令写数据 数据显示 湖南工业大学本科毕业设计 论文 17 分82H83H10 分分 10 小时84H85H12 240 AM PM 时时 日86H87H0010 日日 月88H89H00010 月月 周8AH8BH00000周 年8CH8DH10 年年 控制8EH8FHWP0000000 秒寄存器的位 7 为时钟暂停标志位 CH 当置 1 时 时钟振荡器停止 置 0 时 时钟开始运行 控制寄存器的为 7 时写保护位 WP 该位在任何对时钟和 ARM 的写操 作之前须置 0 当置 1 时 防止对任何的寄存器进行写操作 3 DS1302 控制字 控制字中位 7 必须置 1 为 0 则无法将数据写入到 DS0302 中 位 6 若为 0 表示存取日历时钟数据 为 1 表示存取 RAM 数据 位 0 若为 0 表示进行写 操作 为 1 表示进行读操作 控制字如表表 4 4 所示 如图 4 7 为 DS1302 的程 序流程图 表 4 4 控制字 76543210 RAMRD 1 CK A4A3A2A1A0 WR N N Y Y 图 4 7 DS1302 程序流程图 读数 据 写地 址 数据写 完 显示 开始 初始化RST 高电 平 写地 址 数据写 完 RST 高电 平 写数 据 智能插座的设计 18 4 2 3 按键程序设计按键程序设计 系统设计采用矩阵式按键实现按键控制功能 充分利用单片机的整一个 8 位端口构成 4 4 16 个矩阵式按键 并根据系统整体设计选择个别或全部按键 设置功能 矩阵式按键原理 不断循环地给低高位独立的低电平 然后判断键盘中有 无键按下 将高位中其中一行线 P3 4 P3 7 中其中一列 置低电平然后检测 列线的状态 高低位 即 P1 4 P1 7 由于线与关系 只要与低电平行线接通 即跳变成低电平 若检测到某列的电平变为低就延时消除抖动 再次判断 若仍为低电平 则表示有按键按下 若所有列线均为高电平则表示键盘中无键按 下 在确认有键按下后 确定具体闭合按键 其过程 依次将行线置为低电平 其它行线为高电平 同时逐行检测各列线电平状态 若某列为低 则该列线 与置为低电平的行线交叉处的按键即为闭合的按键 并返回键值 图 4 8 为矩 阵按键程序流程图 N Y 图 4 8 矩阵按键程序流程图 开始 将行线置 0 读列线值 按键按 下 读行列线值 返回行列线码值 返回无效码值 湖南工业大学本科毕业设计 论文 19 第第 5 章章 系统的仿真和调试系统的仿真和调试 5 1 硬件仿真调试原理图硬件仿真调试原理图 本系统实物制作过程主要由一下几步 第一步使用 Protel 99 SE 软件绘制好原理图并生成 PCB 文件经自己布线后 保存 根据整个系统所用到的材料从网上采购回来 然后由用到的元器件或芯 片 使用 Protel 99 绘制原理图 建立自己的元件库同时添加相应封装 原理图 见附录一所示 原理图画完之后将其更新生成 PCB 并根据设计进行布线 最 后保存 第二步焊接硬件 根据有 Protel 99 生成的 PCB 图进行电路焊接 焊接之前 进行分区 即模块所占区域 然后分模块进行焊接 首先将模块元器件按确认 好的位置插到万用板上 再进行焊接 同时要经常测试电路是否有短接的情况 及模块是否能正常使用 硬件实物图如图 5 1 所示 第三步系统硬件程序调试 测试中由于 12864 出现问题因此显示并不理想 上电结果如图 5 2 所示 图 5 1 系统硬件实物图 智能插座的设计 20 图 5 2 系统硬件调试图 上电 5 2 加载源程序后的实物结果及分析加载源程序后的实物结果及分析 系统上电后进入待机状态 等待设置参数 如图 5 3 所示 图 5 3 硬件待机状态图 湖南工业大学本科毕业设计 论文 21 进入功能模式设置 可通过按键对参数进行设置 如图 5 4 所示 图 5 4 模式设置图 参数完成设置后利用按键确定退出 界面如图 5 5 所示 红色 LED 指示灯 亮表示延迟工作正在执行相应继电器导通 黄色 LED 表示定时时间内继电器导 通指示灯 绿色 LED 表示人体感应器被触发继电器导通指示灯 图 5 5 硬件工作状态图 智能插座的设计 22 第第 6 章章 总结与展望总结与展望 6 1 总结总结 现实生活中 随着人们的生活水平不断的提高 家电等用电器具越来越多 本智能插座可以实现定时及感应控制插座的功能 即能满足生活所需 又节能 环保 非常人性化 实用性高 本智能插座系统主要由 STC89C52 单片机最小系统 DS1302 时钟模块 用 于时钟计数 基于 BISS0001 红外热释电处理芯片的 HC SR501 人体感应模块 用于感应人体触发继电器工作 QC12864B 液晶屏显示模块 用于显示汉 字 图片及时间 按键模块 定时 延迟等选择操作 及继电器模块 控制 插座通断电 等几部分组成 系统使用的液晶显示屏为育松电子 QC12864B 液 晶屏 可现实汉字及图形 构成人机交互界面 使系统更加人性化 立体化 软件设计根据思路列出流程图进行讲解 系统使用 keil uvision2 编译软件 设计编程 各个功能实现由按键及液晶显示屏构成操作界面 进行功能的选择 与设置 是系统呈现一个良好的界面 并根据需要实现的功能使用 C 语言完成 单片机控制驱动及各模块程序的编写与调试 将设计好的硬件电路制作成实物 并将调试完成的程序载入单片机控制整 个系统 实现本智能插座拟定的控制功能 6 2 展望展望 本系统总体上来说还存在着不足 其不够小巧美观 控制路数少及控制方 式少 在便捷功能方面还有所欠缺 还有值得改进之处 以增加系统功能 提 高系统价值 1 增加无线红外遥控控制 2 增加同等功能多路互不干扰控制 3 增加无线蓝牙控制 4 改进显示方式 更具人性化 湖南工业大学本科毕业设计 论文 23 参考文献参考文献 1 徐伟 智能插座在智能家居系统中的设计和应用 J 中国仪器仪表 2010 2 姚文轩 多功能智能插座设计 J 企业技术开发 2010 3 杨妤 打破行业格局 纽曼自创 节电插座 J 中国品牌与防伪 2007 10 4 万文略 单片机原理与应用 M 重庆大学出版社 2004 5 谭浩强 MCS 51 单片机应用教程 M 主编 清华大学出版社 2000 6 徐爱钧 单片机原理实用教程 M 电子工业工业出版社 2012 7 百度文库 LCD12864 液晶屏数据手册 EB OL 8 百度文库 DS1302 芯片数据手册 EB OL 9 百度文库 BISS000I 芯片资料手册 EB OL vKYu4TaYk9FNh40hrS96ebhxch96MOF 1z1AEy2gGsva6dNVnalZnan Nfqauv5 bDaHfEW 10 刘志名 电路分析 M 西安电子科技大学出版社 2001 11 谭浩强 C 程序设计 M 北京 清华大学出版社 2005 智能插座的设计 24 致致 谢谢 此次设计很特别 因为是毕业设计所以显得比较的重要 并且很珍惜 经 过近一个月的设计工作 收益颇丰 不仅巩固了所学的知识 还学习了新的东 西 也让自己对专业的学习与设计的兴趣更加的浓厚 从中获得更多的乐趣 看着完成的设计成果 很有成就感 很欣慰 完成设计带来喜悦的同时又有些 许的不舍与感叹 不舍 在此之后就要结束大学生活离开相伴四年的同学朋友 及对我们关爱的来时 感叹 时间过的如此之快 很多疯狂的事情还没去体验 却要被无情的推向无底的社会 此次创作成果的成功来之不易 若没有同学与 导师的帮助 光靠自己很难完成 在此 感谢陪我度过大学四年生活的伙伴们 在我遇到困难的时候帮助我 让我不那么孤独 感谢细心教导我的老师们 给 我传授知识与做人的道理 在此送上我最真挚的祝福 姓名 日期 年 月 日 湖南工业大学本科毕业设计 论文 25 附附 录录 附录附录 1 1 系统原理图系统原理图 40 VCC 39 P00 38 P01 37 P02 36 P03 35 P04 34 P05 33 P06 32 P07 31 EA 30 29 28 P27 27 P26 26 P25 25 P24 24 P23 23 P22 22 P21 21 P20 1 P10 2 P11 3 P12 4 P13 5 P14 6 P15 7 P16 8 P17 9 RESET 10 P30 11 P31 12 P32 13 P33 14 P34 15 P35 16 P36 17 P37 18 X1 19 X2 20 GND E1 AT89C51 1 VSS 2 VDD 3 VO 4 RS CS 5 R W 6 E CLK 7 D0 8 D1 9 D2 10 D3 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 15 PSB 16 NC 17 RST 18 NC 19 A 20 K E2 LCD12864 R1R2R3R4R5R6R7R8R9 VCC C1 33p C2 33p D3 Q1 NPN K1 RELAY SPST D2 D1 5V R17 470 R18 470 R19 470 K2 RELAY SPST R20 Q2 NPN D5 D4 1K 10K C3 10uF R21 S0 S1 S2 S4 S5 S6 S8 S9 S10 S12 S13 S14 S16 P30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37 R16R15R14R13 VCC VCC VCC VCC VCC vcc1 1 x1 2 x2 3 GND 4 REST 5 I O 6 SCLK 7 vcc2 8 JP1 DS1302 R12 R10 R11 10K BT1 32 768HZ VCC P35 P36 P34 10K10K10K10K VCC P14 P15 P16 VCC 1 Q 2 GND 3 R1A PIR VCC R22 1K K3 RELAY SPST D6 Q3 NPN R23 1K P10 P11 P12 vcc1 1 x1 2 x2 3 GND 4 REST 5 I O 6 SCLK 7 vcc2 8 JP1 DS1302 R12 R10 R11 10K BT1 32 768HZ VCC P35 P36 P34 Q4 9013 R24 1K R25 10K VCC 系统原理图 附录附录 2 2 源程序源程序 1 1 主程序 主程序 C C 程序 程序 11 include STC12C5A60S2 H include reg52 H include delay h include LCD12864 h include Display h include DS1302 h define uint unsigned int 智能插座的设计 26 define uchar unsigned char bit ReadTimeFlag 定义读时间标志 sbit Relay P1 3 延迟动作的继电器 sbit Timing P1 4 定时工作的继电器 sbit PIR P1 6 人体感应的继电器 bit moshi 模式选择标志位 bit ycbz 延迟调时标志位 bit dsbz 定时调时标志位 bit sjbz 显示时间调时标志位 bit ds 定时时间起止标志位 bit yc 延迟时间结束标志位 uchar h m s num1 num2 num3 num4 num5 num6 num7 定义时分秒 define KeyPort P3 定义按键端口 sbit KEY1 P3 0 minute 倒计时加一键 sbit KEY2 P3 1 minute 倒计时减一键 sbit KEY3 P3 2 hour 倒计时加一键 sbit KEY4 P3 3 hour 倒计时减一键 unsigned char KeyScan void 键盘扫描 unsigned char KeyPro void 按键处理 void Init Timer0 定时器 0 初始化 void Inti Int0 外部中断 0 初始化 void yanshi void 延迟显示 void Relay Set void Timing Set void Time Set void main uchar i 0 lcm init 液晶初始化 湖南工业大学本科毕业设计 论文 27 welcome 调用欢迎信息 Ds1302 Init 初始化 DS1302 Init Timer0 定时器 0 初始化 Inti Int0 外部中断初始化 delay 1000 lcm clr 12864 清屏 Ds1302 Write Time while 1 P1 0 xff num1 KeyPro if num1 0 moshi 1 lcm clr while moshi num5 KeyPro P1 0 xff switch num5 case 4 Relay Set break case 8 Timing Set break case 12 Time Set break default break num4 KeyPro if num4 3 moshi 0 lcm w test 0 0 x80 lcm w word 退出 智能插座的设计 28 if ReadTimeFlag 更新时间 ReadTimeFlag 0 Ds1302 Read Time DS1302 读取时间 displaydate 显示日期 displayxq 显示星期 displaytime 显示时间 yanshi 延迟时间 dingshi 定时时间 延迟动作 while yc Relay 1 if h 0 m s Ds1302 Read Time DS1302 读取时间 displaydate 显示日期 displayxq 显示星期 displaytime 显示时间 yanshi 延迟时间 dingshi 定时时间 Relay 0 if time buf1 4 ts1 else if time buf1 4 ts2 num7 KeyPro if num7 0 湖南工业大学本科毕业设计 论文 29 h 0 m 0 s 0 else yc 0 Relay 1 ds 1 定时时间到动作 while ds if time buf1 4 ts1 Ds13