基于51單片機的智能定時插座開關(guān)仿真的設(shè)計與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

目錄

1.產(chǎn)品功能分析.....................................................1

2設(shè)計方案遴選.....................................................1

2.1單片機的選擇................................................1

2.2液晶顯示器的選擇............................................1

2.3設(shè)計框圖....................................................2

3硬件設(shè)計.........................................................2

3.1電路原理圖及工作原理........................................2

3.2時鐘電路....................................................3

3.3復(fù)位電路....................................................3

3.4自鎖開關(guān)電路................................................4

3.5按鍵電路模塊................................................4

3.6液晶顯示電路................................................4

3.7繼電器控制電路..............................................5

4系統(tǒng)軟件設(shè)計.....................................................6

4.1系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)流程圖........................................6

4.2LCD1602顯示模塊的流程圖....................................6

5.產(chǎn)品使用說明.....................................................7

參考資料...........................................................8

附錄...............................................................9

附錄1元器件清單圖.............................................9

附錄2電路原理圖...............................................10

附錄3PCB設(shè)計圖................................................11

附錄4產(chǎn)品實物圖...............................................12

附錄5主程序代碼...............................................13

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

基于51單片機的智能定時插座開關(guān)仿真的

設(shè)計與制作

1.產(chǎn)品功能分析

這個系統(tǒng)主要由STC89C52單片機電路、繼電器電路、液晶顯示電路、按鍵

電路、紅外接收電路以及電源電路組成。采用按鍵的方式來進行定時，當時間

到設(shè)定好的時候，定時模塊的信號進行處理并傳送給單片機，同時單片機會控

制繼電器閉合模擬插座打開，另外通過按鍵可以直接開關(guān)插座，也可以通過無

線遙控插座開關(guān)。本次設(shè)計可以定時時間，具有低功耗、低成本的特點。多種

功能疊加即可按鍵，可以定時，還可以遙控操作。采用液晶顯示清晰明了。

2設(shè)計方案遴選

2.1單片機的選擇

主制芯片在一個系統(tǒng)中是最重要的，主制芯片無疑是一個系統(tǒng)控制工作的

中心部分。

方案一：ATC89C51單片機具有低功耗和高性能，ATC89C51能夠與標準的MCS-

51控制系統(tǒng)兼容。它的CPU和FLASH存儲器的功能強大。單片機內(nèi)部的FLASH

可以處理4K程序存儲器，并且用戶可以再次擦除和寫入。AT89C51要檢查最小

系統(tǒng)可以通過檢查它的電源是否正常來判斷。

方案二：STC89C52與AT89C51相似，與MCS-51控制系統(tǒng)也可以完全兼容,

但是STC89C52與AT89C51的操作方法是不一樣的。AT89C51使用充電器就可以，

而不需要ISP充電。STC微控制器有一個很大的特點就是運行速度非?？?STC

的速度大概是AT的3到30倍。由于STC的執(zhí)行速度很快，STC在正電壓低于5V

的情況下也能正常工作,所以STC89C52單片機相比于AT89C51單片機，STC89C52

單片機對工作環(huán)境的要求要低一些,另外STC89C52在高達3～4V也可以工作,所

以系統(tǒng)用STC在使用方面來說會比較方便。STC89C52有8位I/O端口,即P0、

P1、P2和P3口。

根據(jù)兩個方案在適用性和成本方面的比較，方案二的STC89C52是更適合此

次設(shè)計的主控芯片。

2.2液晶顯示器的選擇

在單片機中常常使用的液晶顯示器有兩種，分別是LCD1602和LCD12864。

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LCD12864液晶顯示器是一種圖形點陣型的顯示器，它可以顯示的字符、圖像以

及漢字，而LCD1602是一種字符型的液晶顯示器，本文主要要求液晶顯示器顯

示水流量的累計流量、瞬時速度和流量閾值，所以LCD1602液晶顯示器就已經(jīng)

完全滿足使用要求。

2.3設(shè)計框圖

本次設(shè)計整體設(shè)計的主控部分采用STC89C52單片機，數(shù)據(jù)顯示部分采用是

LCD1602，與家用220V的常用插座用繼電器進行連接，按鍵用來設(shè)置時間的定

時與復(fù)位，采用紅外遙控接收信號。整體框圖如圖1所示。

液晶顯示

按鍵控制

STC89C52

遙控控制單片機

繼電器驅(qū)動

圖1設(shè)計框圖

3硬件設(shè)計

3.1電路原理圖及工作原理

大致工作流程就是在整個的硬件部分上電之后，先要對程序進行初始化，

然后硬件的電路部分可以通過按鍵來設(shè)置需要的時間，當時間到達設(shè)置的時間

后，輸出相應(yīng)的信號，也可以接收遙控信號，控制繼電器開關(guān)模擬插座。相關(guān)

信息都是在液晶顯示出來

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圖2電路原理圖

3.2時鐘電路

圖3時鐘電路圖

晶振Y1與電容C6、C7構(gòu)成了一個自激振蕩電路，并為單片機提供時鐘信

號，時鐘電路的兩個引出腳X1、X2分別與單片機的XTAL1、XTAL2引腳相連

接。電容C6、C7的主要作用是使自激振蕩電路快速起振，本次設(shè)計的電容

C6、C7的值使用的是20pF，晶振頻率使用的是12MHz。時鐘電路如圖3所示。

3.3復(fù)位電路

復(fù)位電路的引出腳RST與單片機的REST引腳相連接。復(fù)位電路的常用方式

是上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。上電自動復(fù)位相比按鍵手動復(fù)位要簡單一些，

只需要外部電容C1進行充放電就可以復(fù)位，其條件是電容C1的充電時間不超

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過1ms。除上電復(fù)位方式外，手動復(fù)位也是一種常用的復(fù)位方式。當選擇的時鐘

頻率為12MHZ時，電容選擇10uF,電阻選擇10k。按鍵手動復(fù)位電路如圖4。

圖4復(fù)位電路

3.4自鎖開關(guān)電路

上電后，按下自鎖開關(guān)，電源直接進入整個電路，這樣整個電路將會啟

動，自鎖開關(guān)的電路圖如圖5所示。

圖5自鎖開關(guān)電路圖

3.5按鍵電路模塊

按鍵常見的有獨立按鍵和矩陣按鍵，本系統(tǒng)的設(shè)計只需三個按鍵，所以用

獨立按鍵即可完成。分別是進入設(shè)置，加，減或者直接開關(guān)。按鍵電路如圖3-

8所示

。

圖6按鍵電路

3.6液晶顯示電路

LCD1602液晶顯示器的RS引腳接單片機P1.0引腳,RW引腳接單片機P1.1

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引腳，EN引腳接單片機的P1.2引腳，D0至D7依次分別接單片機的P0.0至P0.7

引腳。單片機的P2.0相連接。原理圖如圖7所示。

圖7液晶顯示電路

3.7繼電器控制電路

當該部分電路是本電路的輸出部分，所選用的繼電器型號為SRD-05VDC-SL-

C，按照技術(shù)手冊的說明，其額定的驅(qū)動電壓為5V，而經(jīng)過測試單片機端口的實

際電壓在5V±0.2V的范圍內(nèi)，因此理論上是可以進行直接驅(qū)動的。但考慮上電

路上如果再串聯(lián)一個用于開關(guān)狀態(tài)指示的發(fā)光二極管，會有一定的壓降存在，

同時也考慮到要保證被控電路的穩(wěn)定性，保證被控電路上的電器安全，所以在

此不適用直接驅(qū)動的連接方式，而是采用了一個三極管的放大電路進行驅(qū)動，

以下作詳細說明。

如圖8所示，由三極管組成的關(guān)電路，其中，繼電器觸發(fā)信號有單片機

P2.0口直接產(chǎn)生。當P2.0口輸出低電平時，繼電器吸合，被控電路導(dǎo)通；當

P2.0口輸出高電平時，繼電器斷開，被控電路斷開。此處，輸出功率由繼電器

上所標示的接點容量決定的。

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圖8繼電器控制電路

4系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)流程圖

開始

初始化

按鍵設(shè)置時

間？

紅外接收數(shù)

進行設(shè)置

據(jù)？

正常顯示

控制開關(guān)

圖9程序?qū)崿F(xiàn)的主流程圖

整體的程序有四個部分即按鍵的部分、遙控接收部分、顯示的部分和繼電

器開關(guān)警的部分。在上電之后先進行初始化，初始化之后單片機檢測按鍵的部

分，我們可以通過按鍵來設(shè)定相應(yīng)的時間值，進入定時的話。只要時間到達，

定時器就會輸出對應(yīng)的信號，單片機獲取到這些信號并進行處理，將現(xiàn)在時間

與既定時間進行比較，以此來判斷是否要驅(qū)動繼電器電路。同時把單片機處理

過的信號發(fā)送給液晶LCD1602顯示。也會接收無線信號判斷是否直接驅(qū)動繼電

器。程序?qū)崿F(xiàn)的主流程圖如3-2圖所示。

4.2LCD1602顯示模塊的流程圖

LCD1602是常用的液晶，使用起來簡單、方便。它顯示數(shù)據(jù)的整體流程是先

將液晶初始化，然后送入要顯示的地址，接著對獲得的數(shù)據(jù)進行處理，最后把

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處理過的數(shù)據(jù)再送入顯示即可。LCD1602顯示流程圖如圖3-3所示。

開始

初始化

送入要顯示的地址

獲取要顯示的數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)處理

送入要顯示的數(shù)據(jù)

完成顯示

結(jié)束

圖10LCD1602顯示流程圖

5.產(chǎn)品使用說明

系統(tǒng)開機后顯示00:00:00，這個時候可以通過K4，進行定時時間的設(shè)置，

按下K4即可進入設(shè)置定時的秒，這個時候可以按S2,S3進行時間的加減。再次

按下K4設(shè)置定時的分，這個時候可以按S2,S3進行時間的加減。再次按下K4

設(shè)置定時的時，這個時候可以按S2,S3進行時間的加減。。再次按下K4退回到

正常顯示界面。

在正常顯示界面下，S3可以啟動或者暫停定時。S2可以直接手動開關(guān)繼

電器模擬開關(guān)插座。

無論什么界面下，遙控的界面的MENU鍵則是開啟插座，關(guān)機鍵只是關(guān)

閉插座。（這兩個按鍵對應(yīng)遙控器上最頂部兩個按鍵）

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參考資料

[1]向長秋,胡湘娟,陽泳.基于STC89C52單片機的電子密碼鎖設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2015(10):25.

[2]程文紅.基于STC89C52天然氣氣體泄露報警器的設(shè)計[D].東北石油大學,2014.

[3]劉健.基于STC89C52RC單片機實驗系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].湖南大學,2014.

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附錄

附錄1元器件清單圖

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附錄2電路原理圖

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附錄3PCB設(shè)計圖

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附錄4產(chǎn)品實物圖

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附錄5主程序代碼

#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數(shù)據(jù)/命令選擇引腳H:數(shù)據(jù)L:命令

sbitrw=P1^1;//1602讀寫引腳H:數(shù)據(jù)寄存器L:指令寄存器

sbite=P1^2;//1602使能引腳下降沿觸發(fā)

sbitjdq=P2^0;//

sbitled=P3^3;//

sbitk1=P3^7;

sbitk2=P3^6;

sbitk3=P3^5;

sbitIRIN=P3^2;//紅外接收器數(shù)據(jù)線

ucharIRCOM[7];//成功接收標志

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

*

*名稱:delay()

*功能:延時,延時時間大概為5US。

*輸入:無

*輸出:無

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

***/

voiddelay_uint(uintq)

{

uinti,j;

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

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

}

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

*

*名稱:write_com(ucharcom)

*功能:1602命令函數(shù)

*輸入:輸入的命令值

*輸出:無

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

***/

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;

}

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

*

*名稱:write_data(uchardat)

*功能:1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)

*輸入:需要寫入1602的數(shù)據(jù)

*輸出:無

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

***/

voidwrite_data(uchardat)

{

e=0;

rs=1;

rw=0;

P0=dat;

delay_uint(3);

e=1;

delay_uint(25);

e=0;

}

/***********************lcd1602上顯示兩位十進制數(shù)

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

voidwrite_xy(ucharhang,ucharadd)

{

if(hang==1)

write_com(0x80+0x40+add);

else

write_com(0x80+add);

}

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

//液晶輸出字符串函數(shù)

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

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);//液晶光標

定位到第0行

LcdPrintStr("");//液晶第0行顯示"Gas:

"

write_xy(1,0);//液晶光標

定位到第1行

LcdPrintStr("");//液晶第1行顯示"Temp:

}

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

//定時器初始化

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

voidTimerInit()

{

TMOD=0x11;//使用定時器0，工作方式1

TH0=(65536-50000)/256;

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

ET0=1;//定時器0中斷使能

TR0=1;//啟動定時器0

TH1=(65536-50000)/256;

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

ET1=1;//開定時器1中斷

TR1=0;//允許定時器1定時

EX0=1;//允許總中斷中斷,使能INT0外部中斷

IT0=1;//TCON=0x01;//觸發(fā)方式為脈沖負邊沿觸發(fā)

IRIN=1;

EA=1;//打開總中斷

}

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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();//定時器初始化

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);

18

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

//定時器0服務(wù)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