基于51单片机的智能定时插座开关仿真的设计与制作

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目录

1.产品功能分析.....................................................1

2设计方案遴选.....................................................1

2.1单片机的选择................................................1

2.2液晶显示器的选择............................................1

2.3设计框图....................................................2

3硬件设计.........................................................2

3.1电路原理图及工作原理........................................2

3.2时钟电路....................................................3

3.3复位电路....................................................3

3.4自锁开关电路................................................4

3.5按键电路模块................................................4

3.6液晶显示电路................................................4

3.7继电器控制电路..............................................5

4系统软件设计.....................................................6

4.1系统的程序实现流程图........................................6

4.2LCD1602显示模块的流程图....................................6

5.产品使用说明.....................................................7

参考资料...........................................................8

附录...............................................................9

附录1元器件清单图.............................................9

附录2电路原理图...............................................10

附录3PCB设计图................................................11

附录4产品实物图...............................................12

附录5主程序代码...............................................13

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基于51单片机的智能定时插座开关仿真的

设计与制作

1.产品功能分析

这个系统主要由STC89C52单片机电路、继电器电路、液晶显示电路、按键

电路、红外接收电路以及电源电路组成。采用按键的方式来进行定时，当时间

到设定好的时候，定时模块的信号进行处理并传送给单片机，同时单片机会控

制继电器闭合模拟插座打开，另外通过按键可以直接开关插座，也可以通过无

线遥控插座开关。本次设计可以定时时间，具有低功耗、低成本的特点。多种

功能叠加即可按键，可以定时，还可以遥控操作。采用液晶显示清晰明了。

2设计方案遴选

2.1单片机的选择

主制芯片在一个系统中是最重要的，主制芯片无疑是一个系统控制工作的

中心部分。

方案一：ATC89C51单片机具有低功耗和高性能，ATC89C51能够与标准的MCS-

51控制系统兼容。它的CPU和FLASH存储器的功能强大。单片机内部的FLASH

可以处理4K程序存储器，并且用户可以再次擦除和写入。AT89C51要检查最小

系统可以通过检查它的电源是否正常来判断。

方案二：STC89C52与AT89C51相似，与MCS-51控制系统也可以完全兼容,

但是STC89C52与AT89C51的操作方法是不一样的。AT89C51使用充电器就可以，

而不需要ISP充电。STC微控制器有一个很大的特点就是运行速度非常快,STC

的速度大概是AT的3到30倍。由于STC的执行速度很快，STC在正电压低于5V

的情况下也能正常工作,所以STC89C52单片机相比于AT89C51单片机，STC89C52

单片机对工作环境的要求要低一些,另外STC89C52在高达3～4V也可以工作,所

以系统用STC在使用方面来说会比较方便。STC89C52有8位I/O端口,即P0、

P1、P2和P3口。

根据两个方案在适用性和成本方面的比较，方案二的STC89C52是更适合此

次设计的主控芯片。

2.2液晶显示器的选择

在单片机中常常使用的液晶显示器有两种，分别是LCD1602和LCD12864。

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LCD12864液晶显示器是一种图形点阵型的显示器，它可以显示的字符、图像以

及汉字，而LCD1602是一种字符型的液晶显示器，本文主要要求液晶显示器显

示水流量的累计流量、瞬时速度和流量阈值，所以LCD1602液晶显示器就已经

完全满足使用要求。

2.3设计框图

本次设计整体设计的主控部分采用STC89C52单片机，数据显示部分采用是

LCD1602，与家用220V的常用插座用继电器进行连接，按键用来设置时间的定

时与复位，采用红外遥控接收信号。整体框图如图1所示。

液晶显示

按键控制

STC89C52

遥控控制单片机

继电器驱动

图1设计框图

3硬件设计

3.1电路原理图及工作原理

大致工作流程就是在整个的硬件部分上电之后，先要对程序进行初始化，

然后硬件的电路部分可以通过按键来设置需要的时间，当时间到达设置的时间

后，输出相应的信号，也可以接收遥控信号，控制继电器开关模拟插座。相关

信息都是在液晶显示出来

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图2电路原理图

3.2时钟电路

图3时钟电路图

晶振Y1与电容C6、C7构成了一个自激振荡电路，并为单片机提供时钟信

号，时钟电路的两个引出脚X1、X2分别与单片机的XTAL1、XTAL2引脚相连

接。电容C6、C7的主要作用是使自激振荡电路快速起振，本次设计的电容

C6、C7的值使用的是20pF，晶振频率使用的是12MHz。时钟电路如图3所示。

3.3复位电路

复位电路的引出脚RST与单片机的REST引脚相连接。复位电路的常用方式

是上电自动复位和按键手动复位。上电自动复位相比按键手动复位要简单一些，

只需要外部电容C1进行充放电就可以复位，其条件是电容C1的充电时间不超

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过1ms。除上电复位方式外，手动复位也是一种常用的复位方式。当选择的时钟

频率为12MHZ时，电容选择10uF,电阻选择10k。按键手动复位电路如图4。

图4复位电路

3.4自锁开关电路

上电后，按下自锁开关，电源直接进入整个电路，这样整个电路将会启

动，自锁开关的电路图如图5所示。

图5自锁开关电路图

3.5按键电路模块

按键常见的有独立按键和矩阵按键，本系统的设计只需三个按键，所以用

独立按键即可完成。分别是进入设置，加，减或者直接开关。按键电路如图3-

8所示

。

图6按键电路

3.6液晶显示电路

LCD1602液晶显示器的RS引脚接单片机P1.0引脚,RW引脚接单片机P1.1

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引脚，EN引脚接单片机的P1.2引脚，D0至D7依次分别接单片机的P0.0至P0.7

引脚。单片机的P2.0相连接。原理图如图7所示。

图7液晶显示电路

3.7继电器控制电路

当该部分电路是本电路的输出部分，所选用的继电器型号为SRD-05VDC-SL-

C，按照技术手册的说明，其额定的驱动电压为5V，而经过测试单片机端口的实

际电压在5V±0.2V的范围内，因此理论上是可以进行直接驱动的。但考虑上电

路上如果再串联一个用于开关状态指示的发光二极管，会有一定的压降存在，

同时也考虑到要保证被控电路的稳定性，保证被控电路上的电器安全，所以在

此不适用直接驱动的连接方式，而是采用了一个三极管的放大电路进行驱动，

以下作详细说明。

如图8所示，由三极管组成的关电路，其中，继电器触发信号有单片机

P2.0口直接产生。当P2.0口输出低电平时，继电器吸合，被控电路导通；当

P2.0口输出高电平时，继电器断开，被控电路断开。此处，输出功率由继电器

上所标示的接点容量决定的。

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图8继电器控制电路

4系统软件设计

4.1系统的程序实现流程图

开始

初始化

按键设置时

间？

红外接收数

进行设置

据？

正常显示

控制开关

图9程序实现的主流程图

整体的程序有四个部分即按键的部分、遥控接收部分、显示的部分和继电

器开关警的部分。在上电之后先进行初始化，初始化之后单片机检测按键的部

分，我们可以通过按键来设定相应的时间值，进入定时的话。只要时间到达，

定时器就会输出对应的信号，单片机获取到这些信号并进行处理，将现在时间

与既定时间进行比较，以此来判断是否要驱动继电器电路。同时把单片机处理

过的信号发送给液晶LCD1602显示。也会接收无线信号判断是否直接驱动继电

器。程序实现的主流程图如3-2图所示。

4.2LCD1602显示模块的流程图

LCD1602是常用的液晶，使用起来简单、方便。它显示数据的整体流程是先

将液晶初始化，然后送入要显示的地址，接着对获得的数据进行处理，最后把

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处理过的数据再送入显示即可。LCD1602显示流程图如图3-3所示。

开始

初始化

送入要显示的地址

获取要显示的数据

数据处理

送入要显示的数据

完成显示

结束

图10LCD1602显示流程图

5.产品使用说明

系统开机后显示00:00:00，这个时候可以通过K4，进行定时时间的设置，

按下K4即可进入设置定时的秒，这个时候可以按S2,S3进行时间的加减。再次

按下K4设置定时的分，这个时候可以按S2,S3进行时间的加减。再次按下K4

设置定时的时，这个时候可以按S2,S3进行时间的加减。。再次按下K4退回到

正常显示界面。

在正常显示界面下，S3可以启动或者暂停定时。S2可以直接手动开关继

电器模拟开关插座。

无论什么界面下，遥控的界面的MENU键则是开启插座，关机键只是关

闭插座。（这两个按键对应遥控器上最顶部两个按键）

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参考资料

[1]向长秋,胡湘娟,阳泳.基于STC89C52单片机的电子密码锁设计[J].数字技术与应用,2015(10):25.

[2]程文红.基于STC89C52天然气气体泄露报警器的设计[D].东北石油大学,2014.

[3]刘健.基于STC89C52RC单片机实验系统的设计与开发[D].湖南大学,2014.

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附录

附录1元器件清单图

9

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

#include<reg52.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar//以后unsignedchar就可以用uchar代替

#defineuintunsignedint//以后unsignedint就可以用uint代替

sbitrs=P1^0;//1602数据/命令选择引脚H:数据L:命令

sbitrw=P1^1;//1602读写引脚H:数据寄存器L:指令寄存器

sbite=P1^2;//1602使能引脚下降沿触发

sbitjdq=P2^0;//

sbitled=P3^3;//

sbitk1=P3^7;

sbitk2=P3^6;

sbitk3=P3^5;

sbitIRIN=P3^2;//红外接收器数据线

ucharIRCOM[7];//成功接收标志

/*******************************************************************

*

*名称:delay()

*功能:延时,延时时间大概为5US。

*输入:无

*输出:无

********************************************************************

***/

voiddelay_uint(uintq)

{

uinti,j;

for(i=0;i<q;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

/*******************************************************************

*

*名称:write_com(ucharcom)

*功能:1602命令函数

*输入:输入的命令值

*输出:无

********************************************************************

***/

voidwrite_com(ucharcom)

{

e=0;

rs=0;

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rw=0;

P0=com;

delay_uint(3);

e=1;

delay_uint(25);

e=0;

}

/*******************************************************************

*

*名称:write_data(uchardat)

*功能:1602写数据函数

*输入:需要写入1602的数据

*输出:无

********************************************************************

***/

voidwrite_data(uchardat)

{

e=0;

rs=1;

rw=0;

P0=dat;

delay_uint(3);

e=1;

delay_uint(25);

e=0;

}

/***********************lcd1602上显示两位十进制数

************************/

voidwrite_xy(ucharhang,ucharadd)

{

if(hang==1)

write_com(0x80+0x40+add);

else

write_com(0x80+add);

}

/*********************************************************/

//液晶输出字符串函数

/*********************************************************/

voidLcdPrintStr(uchar*str)

{

while(*str!='\0')

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write_data(*str++);

}

voidinit_1602()

{

write_com(0x30);

write_com(0x30);

write_com(0x30);

write_com(0x38);//

write_com(0x0c);

write_com(0x06);

write_com(0x01);

write_xy(0,0);//液晶光标

定位到第0行

LcdPrintStr("");//液晶第0行显示"Gas:

"

write_xy(1,0);//液晶光标

定位到第1行

LcdPrintStr("");//液晶第1行显示"Temp:

}

/*********************************************************/

//定时器初始化

/*********************************************************/

voidTimerInit()

{

TMOD=0x11;//使用定时器0，工作方式1

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;;//50ms

ET0=1;//定时器0中断使能

TR0=1;//启动定时器0

TH1=(65536-50000)/256;

TL1=(65536-50000)%256;;//50ms

ET1=1;//开定时器1中断

TR1=0;//允许定时器1定时

EX0=1;//允许总中断中断,使能INT0外部中断

IT0=1;//TCON=0x01;//触发方式为脉冲负边沿触发

IRIN=1;

EA=1;//打开总中断

}

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charshi=0,fen=0,miao=0;

charmoshi=0;

charflag;

charzh1=0,zh2=0;

voidmain()

{

led=0;

delay_uint(1000);

led=1;

init_1602();

TimerInit();//定时器初始化

while(1)

{

if(k1==0)

{

while(k1==0);

moshi++;

if(moshi==1)TR1=0;

if(moshi==4)moshi=0;

}

if(moshi==0)

{

if(k2==0)

{

while(k2==0);

if((miao>0)||(fen>0)||(shi>0))

{

zh1++;

if(zh1==2)zh1=0;

if(zh1==1)TR1=1;

if(zh1==0)TR1=0;

}

}

if(k3==0)

{

while(k3==0);

//if(TR0==0)

{

zh2++;

if(zh2==2)zh2=0;

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if(zh2==1){jdq=0;led=0;}

if(zh2==0){jdq=1;led=1;}

}

}

write_xy(1,4);write_data((shi/10)+0x30);

write_xy(1,5);write_data((shi%10)+0x30);

write_xy(1,6);write_data(':');

write_xy(1,7);write_data((fen/10)+0x30);

write_xy(1,8);write_data((fen%10)+0x30);

write_xy(1,9);write_data(':');

write_xy(1,10);write_data((miao/10)+0x30);

write_xy(1,11);write_data((miao%10)+0x30);

}

if(moshi==1)

{

if(k2==0)

{

while(k2==0);

miao++;

if(miao>59)miao=59;

}

if(k3==0)

{

while(k3==0);

miao--;

if(miao<0)miao=0;

}

write_xy(1,4);write_data((shi/10)+0x30);

write_xy(1,5);write_data((shi%10)+0x30);

write_xy(1,6);write_data(':');

write_xy(1,7);write_data((fen/10)+0x30);

write_xy(1,8);write_data((fen%10)+0x30);

write_xy(1,9);write_data(':');

if(flag==0)

{

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write_xy(1,10);write_data((miao/10)+0x30);

write_xy(1,11);write_data((miao%10)+0x30);

}

else

{

write_xy(1,10);write_data('');

write_xy(1,11);write_data('');

}

}

if(moshi==2)

{

if(k2==0)

{

while(k2==0);

fen++;

if(fen>59)fen=59;

}

if(k3==0)

{

while(k3==0);

fen--;

if(fen<0)fen=0;

}

write_xy(1,4);write_data((shi/10)+0x30);

write_xy(1,5);write_data((shi%10)+0x30);

write_xy(1,6);write_data(':');

if(flag==0)

{

write_xy(1,7);write_data((fen/10)+0x30);

write_xy(1,8);write_data((fen%10)+0x30);

}

else

{

write_xy(1,7);write_data('');

write_xy(1,8);write_data('');

}

write_xy(1,9);write_data(':');

write_xy(1,10);write_data((miao/10)+0x30);

write_xy(1,11);write_data((miao%10)+0x30);

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}

if(moshi==3)

{

if(k2==0)

{

while(k2==0);

shi++;

if(shi>23)shi=23;

}

if(k3==0)

{

while(k3==0);

shi--;

if(shi<0)shi=0;

}

if(flag==0)

{

write_xy(1,4);write_data((shi/10)+0x30);

write_xy(1,5);write_data((shi%10)+0x30);

}

else

{

write_xy(1,4);write_data('');

write_xy(1,5);write_data('');

}

write_xy(1,6);write_data(':');

write_xy(1,7);write_data((fen/10)+0x30);

write_xy(1,8);write_data((fen%10)+0x30);

write_xy(1,9);write_data(':');

write_xy(1,10);write_data((miao/10)+0x30);

write_xy(1,11);write_data((miao%10)+0x30);

}

}

}

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/*********************************************************/

//定时器0服务程序，1毫秒

/*********************************************************/

voidTimer0(void)interrupt1

{

staticuintjishu;

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;;//50ms

jishu++;

if(jishu==10)

{

jishu=0;

flag++;

if(flag==2)flag=0;

}

}

charvalue=0;

voidtime1_int()interrupt3

{

staticuin