摘 要： 日常生活中，電動玩具、電動車、手機電池等電子產(chǎn)品的充電電池壽命都是有限的，充電時間過長容易損壞電池，而且長時間充電浪費電力。而有些功能單一的電器又沒有定時開關(guān)功能。利用定時插座充電可以節(jié)約電力，也可以防止由于充電過久而影響電池壽命；使用定時插座控制功能單一的電器，可以為其提供定時功能，更大程度地滿足人們生活需要。設計了一個以STC89C52單片機為控制核心的定時開關(guān)插座，可以控制220 V/10 A的插座，在24 h內(nèi)可預先設定定時范圍，同時還能通過紅外遙控遠距離控制插座的開關(guān)。
關(guān)鍵詞： 定時插座；單片機；遙控；繼電器
0 引言
如果把每件電器都做成智能型電器顯然會大大提高產(chǎn)品成本，而有些本來價格就低的簡單電器更是沒有必要增加智能功能。另一方面隨著人們生活水平的提高，對電器的智能化要求卻越來越高。為此，本文設計了一個通用的智能定時插座，從而在不增加簡單電器成本的基礎上為它們提供一定的定時功能。該插座基于單片機設計，具有成本低、效益高、智能化等優(yōu)點。一個插座可以供許多電器使用，可實現(xiàn)定時、預設、遙控等功能。
1 系統(tǒng)方案設計
定時插座系統(tǒng)在未做任何操作時顯示當前時間。按下設置鍵會進入設置界面，每按一下設置鍵就進入下一個功能界面，然后可以進行相應設置。依次可進行時間、定時、預約的設置?？蓪崿F(xiàn)24 h內(nèi)定時開關(guān)機，或一定時間段的開關(guān)，從而控制電器的工作狀態(tài)。也可以通過紅外遙控實現(xiàn)對系統(tǒng)的設置和對開關(guān)的通斷。
總體硬件電路框圖如圖1所示[1]。
1.1 單片機芯片的選擇
本設計采用STC89C52主控芯片。STC89C52是宏晶公司生產(chǎn)的40引腳雙列直插芯片，具有體積小、重量輕、單一電源、功耗低、功能強、價格低廉、運算速度快、抗干擾能力強、可靠性高等優(yōu)點，特別適用于實時測控系統(tǒng)，應用領(lǐng)域很廣，已成為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、各類產(chǎn)品更新?lián)Q代、實現(xiàn)自動化智能化的理想控制核心。
1.2 顯示模塊
本設計采用LCD1602液晶顯示模塊[2]。LCD1602能夠同時顯示16×2即32個字符。LCD1602液晶顯示模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，包括阿拉伯數(shù)字、大小寫英文字母、常用的符號和日文假名等。
1.3 時鐘模塊
時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)計時[3]。DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高,用于高速數(shù)據(jù)暫存的31×8 RAM，工作電壓在2.5 V~5.5 V范圍內(nèi)，2.5 V時耗電小于300 nA。采用這種專用時鐘芯片可以更精確地實現(xiàn)定時插座的定時目的，定時準確又不占用太多系統(tǒng)資源。
系統(tǒng)采用DS1302作為計時器，從而實現(xiàn)定時插座在24小時內(nèi)任意時間的可變定時和一小時內(nèi)的固定模式定時。這樣可以使得定時準確、方便，節(jié)約系統(tǒng)資源，同時程序編寫上也能相對簡單。DS1302電路連接如圖2所示。
1.4 繼電器模塊
繼電器是一種電子控制器件，通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”[4]。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。
根據(jù)家用電器的一般要求，本定時插座采用SONGLE SRD-05VDC-SL-C繼電器。該繼電器的最大耐壓為交流250 V，最大可通過10 A的交流電流。在本系統(tǒng)中，繼電器主要用于控制插座的開關(guān)狀態(tài)，通過單片機I/O輸出信號控制繼電器的工作是否已經(jīng)完成從而達到控制插座開關(guān)的目的。繼電器電路連接圖如圖3所示。
同時，為了防止倒流，實驗電路中加入了光電耦合器4N25[5]。4N25器件由砷化鎵紅外發(fā)光二極管和硅光電晶體管檢測器光電耦合構(gòu)成，是一種發(fā)光二極管與光電晶體管面對面封裝的單回路、內(nèi)光路光電耦合器，也是一種晶體管輸出6引腳DIP封裝光電耦合器。
1.5 按鍵模塊
本定時插座占用I/O口少，有足夠的I/O口來作為按鍵接口，所以按鍵模塊設計成獨立按鍵。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。本定時插座共5個按鍵，每個按鍵占用一個I/O口，工作狀態(tài)互不影響，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下了。
1.6 電源模塊
單片機、繼電器需要5 V供電，為了使產(chǎn)品機構(gòu)更簡單，使用更方便，設計中不再另加5 V電源，而是直接利用接到插座里的市電，這里采用開關(guān)電源。開關(guān)電源具有體積小、效率高、輸出電壓穩(wěn)定、輸出功率大等優(yōu)點。圖4所示為開關(guān)電源設計電路圖。
1.7 紅外遙控模塊
現(xiàn)在的紅外遙控技術(shù)已經(jīng)很成熟，應用也很廣泛，本系統(tǒng)采用已編碼的38 kHz紅外遙控器發(fā)射接收模塊，系統(tǒng)框圖如圖5所示。
遙控器的每個按鍵都已經(jīng)經(jīng)過編碼，當發(fā)射器撥鍵開關(guān)撥到“ON”檔時，即有遙控碼發(fā)出（可以發(fā)送任意數(shù)字），暫定為發(fā)送0AAH（二進制：10101010B），這種遙控碼具有以下特征：采用脈寬調(diào)制的串行碼，在最初5 ms內(nèi)發(fā)送38K碼并以此作為發(fā)射碼開始的標志，以脈寬為1.5 ms、間隔0.5 ms、周期為2 ms的組合表示二進制的“1”；以脈寬為0.5 ms、間隔1.5 ms、周期為2 ms的組合表示二進制的“0”。
解碼的關(guān)鍵是如何識別“0”和“1”，從位的定義可以發(fā)現(xiàn)接收判定“0”、“1”就是判定每個周期開始時低電平（注意發(fā)射與接收碼正好反相）出現(xiàn)時間的長短，如果接收到“0”的時間為1.5 ms，則接收到的值為1，如果接收到“0”的時間為0.5 ms，則接收到的值為0。
2 系統(tǒng)軟件設計
主程序主要是在單片機的控制下建立人機操作界面，對設定時間進行儲存分析，驅(qū)動液晶顯示出相關(guān)信息，并通過對比分析定時時間與時鐘，控制繼電器的通、斷，從而達到控制插座的通、斷電。在這個過程中，單片機首先進行初始化，包括設置單片機各個端口的方向、各個變量的初始化、液晶顯示初始化、繼電器斷開以及單片機振蕩頻率的校準等。整個系統(tǒng)軟件設計的流程圖如圖6所示。
軟件設計部分包括液晶顯示程序、DS1302計時程序、獨立式按鍵處理程序、紅外遙控處理程序等。由于定時設置是通過獨立式按鍵或者紅外遙控器進行設置的，程序在按鍵掃描部分和紅外信號的解碼部分相對重要。在檢測到被設置了定時任務時，系統(tǒng)要檢測是否到達定時時間，進而執(zhí)行相應的動作。
編程過程中需要注意的主要有DS1302計時程序、LCD1602顯示程序、按鍵處理程序和紅外信號解碼以及處理的相關(guān)程序，整合在一起的主函數(shù)程序如下所示[6-7]：
void main() //主函數(shù)
{sysinit();
//系統(tǒng)初始化(紅外初始化、LCD初始化和1302初始化)
while(1)
{
EA=0;
keyscan(); //獨立式按鍵掃描及處理
if(flag==0)
{
display(); //顯示時間
}
dingshi(); // 定時處理
EA=1;
Key_Handle(); //紅外按鍵處理
} }
3 結(jié)論
該定時插座可以設置在一天24小時內(nèi)的任意定時開關(guān)時間和任意時間段的固定模式定時。同時，通過紅外遙控的電源鍵可以一鍵控制插座的工作狀態(tài)，而遙控器的數(shù)字鍵則同樣可以實現(xiàn)無線設置相應數(shù)字對應的任意時間段的固定模式定時。當時鐘走到定時開始時間時，繼電器接通，插座給負載供電；時鐘走到定時結(jié)束時間時，繼電器斷開，插座停止給負載供電。當定時插座變換工作狀態(tài)時，蜂鳴器發(fā)出短暫的蜂鳴。定時插座工作時紅色指示燈亮，不工作時指示燈不亮。
參考文獻
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