智能插座终论文.docx
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智能插座终论文
河南机电高等专科学校
毕业设计论文
定时插座的设计与制作
系部：
电子通信工程系
专业：
应用电子技术
班级：
2009级091班
学生姓名：
学号：
指导教师：
王建玲
2012年5月10日
目录
毕业设计论文1
摘要3
Abstract3
绪论4
第1章定时插座的相关介绍5
1.1定时器插座的发展5
1.2定时器插座的现状5
1.3定时插座需求情况5
第2章主要元件的介绍7
2.1单片机的介绍7
2.2单片机的选择7
2.3AT89S51单片机功能特性介绍7
2.4AT89S51单片机引脚介绍及说明7
2.5特殊功能寄存器8
第3章定时插座的设计要求与方案论证10
3.1设计方案10
3.2硬件设计10
3.2.1电源部分设计10
3.2.2开关部分10
3.2.3单片机控制部分11
3.2.4最小系统的设计：
手动复位和晶振电路12
3.2.5液晶数码管显示电路设计13
3.3系统软件设计13
3.3.1编程方法13
3.3.2程序设计13
第4章结果与分析18
结束语和展望19
致谢20
参考文献：
20
附录21
A：
总原理图21
摘要
现实生活中插座的应用极其普遍，但是有极大一部分人当充电设备不使用时忘记拔插头也是很常见的现象，这造成了电能的浪费和设备的损坏。
此论文论述和分析了当今社会中插座的发展历史、现状、以及国内外专利，比较当今普通的插座的不足，提出新的设计方案和解决方法，在程序的驱动下由单片机（AT89S51）芯片来实现定时功能，通过数码管显示设定的定时时间，在电池充满的情况下自动切断电源以达到节约电能，避免对电池造成过充以及由于没有及时拔掉插头而引起的各种事故问题。
以及综合现今社会上普通插座的的不足和缺点，设计制作能够使用户自己设定充电时间、智能安全环保的新型定时器插座，为以后人们的生活提供了方便。
关键词定时器、插座、单片机
Abstract
Socketapplicationextremelycommoninreallife,butthereisagreatnumberofpeopleforgottopulltheplugonchargingdevicedoesnotuseisverycommonphenomenon,resultinginawasteofenergyandequipmentdamage.ThispapersExpositionandanalysishastodaysocialinthesocketofdevelopmenthistory,andstatus,andbothathomeandabroadpatent,comparisontodayGeneralofsocketofinsufficient,madenewofdesignprogrammeandsolutionmethod,inprogramofdriveXiabysingletabletsmachine（AT89S51）chiptoimplementationscheduledfunction,bydigitaltubedisplayedsetofscheduledtime,inbatteryfullofsituationXiaautomaticallycutpowertoreachedsavingspower,avoidonbatterycausedhadfilledandduetonotimelypulledoutPlugandcausedofvariousaccidentproblem.AndGeneraldeficienciesandshortcomingsofthecurrentordinarysocketinthecommunity,designedtoenableuserstosettheirownnewtimersocketofchargingtime,intelligence,safetyandenvironmentalprotection，Tofacilitatepeople'slivesinthefuture.
KeyWordstimer,socket,AT89S51.
绪论
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下现在几乎渗透到社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代化的电子产品进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
插座也不断的应用于各个方面，尤其是日常生活中各种充电设备都离不开插座的使用，随着生活水平的提高，节能意识的增强，人们对插座的功能，外观以及安全性等方面的考虑，目前市场上的电源插座功能太简单，有时满足不了人们需要。
比如我们经常遇到的就是电动车充电问题，电动车充电时间通常是8个小时左右，太长则容易损耗电池，太短则充不满，如果在晚上充电，又经常不想从家里出来到车库去给车充电，或者白天充电了，晚上不想下车库或者忘了拔电源插头等等，这就造成很大的不方便。
我设计的就是带定时器的安全智能插座，它解决了普通插座由于在无人的条件下不能自动切断电源，以造成电能浪费，损坏设备，甚至是由于不安全所造成的触电事故等的缺陷。
况且现在智能插座还没有完全普及使用，对于那些想用上智能插座的人们来说，它存在很大的意义，当然对于商家来说更是具有很大的商机，具有很大的市场价值。
由于在现代发展迅速的社会中，我国电源产品的节能利用效率普遍不高，国家也未出台相关规定，不但造成能源的较大浪费，而且在产品的出口上易受到进口国的技术指标限制。
插座行业虽然经过几十年的发展，但一直以来存在模仿、抄袭之风，真正代表该行业未来发展方向的实用技术并不多见。
智能节电插座，有效堵住了能源浪费的这个缺口，与国家的产业政策相互吻合，有效提升了行业水平，代表了插座行业的未来发展方向。
并且在智能插座在不改变用户任何使用习惯下，可自动切断电源，轻松打造低碳生活。
同时也响应了国家时刻要求节约能源，保护环境的政策。
第1章定时插座的相关介绍
1.1定时器插座的发展
在国内其他电器行业风起云涌的时候，貌不惊人的插座市场开始激流暗涌，插座是电器和电路之间的桥梁，是日常使最常见，最普通的电器附件。
最早是没有插座产品的，为了电器连接，人们只能将电线绕拧在电源端子上。
但是，随着电器的大量出现，大量的非专业人员进入使用行列，这样就产生了很多安全问题。
造成了严重的触电事故。
于是就对电气连接提出了安全、方便、快捷的要求。
在这种情况下，插座产品就诞生了。
起先插座产品很简单，而且尺寸不统一，可能在一个国家内一个城市生产的一个插头，到了另一个城市就插不上它的插座了，为了使插座就有通用性，世界各国都先后制定了自己统一的插座标准，如我国在1967年由广州科学研究所制定，并通过国家第一个插座国家标准CB1002-67《单项插头插座型式，基本参数和尺寸》，又如英国在1950年久颁布了BS546《250V以下电路用的有接地出头的两极插头、插座盒转换器》，这些强制性标准的颁布，统一了每一个国家内部插座的型式尺寸，从一定意义上也促进了贸易的发展。
插座产品不断地发展，最初只是满足简单的取电需要。
伴随人民生活水平的提高，安全意识的增强，对美观的需要，人们也对插座提出了更高的要求。
目前，一大批智能型、遥控型、节能型的开关插座类产品正应运而生。
如具有遥控、定时的开关插座；具有集中控制、场景控制等功能的智能灯光控制系统，具有编程控制，远程控制等功能的智能家电控制系统等等。
这一类产品的出现展示了插座产品的发展将越来越人性化。
1.2定时器插座的现状
现代化的电器为快节奏的现代人营造了舒适的生活空间，而插座则是点缀这个空间的额不可忽视的细节。
综合我过插座行业的发展进程，已有四十多年的历史了，在最初的五十年代到七十年代末，全国各省市都有胶木电器生产厂来生产插座。
进入八十年代一直到现在，我国的插座行业得到了迅猛的发展，在市场竞争日益激烈和国际化的同时，我国插座类电器附件行业也迎来了新的挑战和机遇。
这里值得一提的是，由于对外贸易的增多，国外的电器纷纷进入国内市场，但他们配的是外国的插头，与我国的插座不相兼容，即插不进我国的扁形插座中，如从英国进的电器有配13A大方插脚插头，而美国式的电脑插头两扁插销带圆形接地的插头英国是方形或者是圆形插座。
欧洲国家主要是圆形插座。
随着这种形式的日益增多，就出现了现在市场上的万能插座，即多孔插座、万用孔插座或转换器。
这种插座的出现的确给用户解决客人燃眉之急，使用起来比较方便。
在这样一种百花齐放，百家争鸣的市场竞争环境中，插座也得到了极大地丰富和发展，出现了地面插座、漏电保护插座、防雷保护插座等新产品。
插座类电器附件产品也从单一的功能发展为功能性和装饰性相结合，并日益追求操作的安全性和舒适性。
同时，建筑物内的配电需求也将大大的增加，我国新的电气设计标准中已参考发达国家的要求，对建筑物内的插座数量也提出了新的要求。
人类最早使用的定时器工具是沙漏或水漏，但在钟表诞生之后，人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器，达到准确控制时间段目的。
定时器是国外50年代问世的产品。
1962年初，上海手表七厂在国内首先开发的电风扇定时器是以发条为动力源，全金属结构。
1876年，英国外科医生索加取得一项定时器装置的专利，用来控制煤气街灯的开关，它利用机械带动开关来控制煤气阀门。
起初每周上一次发条，1918年使用电钟计时后，就不用上发条了。
定时器确实是一项了不起的发明，使相当多需要人控制时间的工作变得简单了许多。
人们甚至将定时器用在了军事方面，制成了定时炸弹，定时雷管。
现在的不少家用电器都安装了定时器来控制开关或工作时间。
定时器是一个多任务定时提醒软件,它全面支持WINDOWS9X/ME/NT/2K/XP按时执行程序、播放声音、关机、待机、拨号、断开连接、关闭显示器等等操作。
具有多种设定任务的方法。
支持SKIN,可以随意更换界面。
1.3定时插座需求情况
智能插座已成为人们日常生活中必不可少也是非常重要的必需品，广泛用于个人家庭以及一些公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
尤其是现代生活水平的提高,人们对住宅电气装置的要求也越来越高,人们不再满足照明、风扇、洗衣机、电冰箱、彩电等电气设备带来的方便,更加热衷追求音响、空调、大屏幕彩电、电脑、电话带来的享受。
随着当今知识经济、信息时代的到来,可视电话、电子购物、家庭办公等智能化住宅建筑将不断涌现。
这些电能、信息的传递除通过电线、电缆外,还必须通过插座这个小小电气装置件输送给用电设备或信息终端。
可见,插座的种类和数量在现代住宅中呈日益增长的趋势。
所以,现代住宅中插座的选型、布置位置、数量和安装高度都直接关系到住户今后的使用效果,是现代住宅电气设计中十分重要的内容。
建筑电气设计人员应对插座这个小小的电气装置引起足够重视。
当然有很多单位或是个人，下班后并不关闭电脑，而那些连接电器的插座也会常年的不关闭，这看起来是件小事，实际上是在浪费再生资源。
一台电脑所产生的热量也许不重要，但一亿台电脑一秒钟产生的热量，如果聚集起来将会毁灭很多生命。
就是由于普通插座存在很大的缺陷，导致很多很多事故的发生，因此，使用智能节电插座板，不需要拔掉插头也能断电，有效的解决了待机能耗问题。
同时安全环保.
第2章主要元件的介绍
2.1单片机的介绍
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：
CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。
同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。
而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
单片机也被称为微控制器（Microcontroller）， 单片机是依靠程序的，并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能。
早期的单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。
此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。
基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。
随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。
而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。
目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。
当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。
而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
2.2单片机的选择
单片机的种类很多，也有很多的类别，现今主要有：
AVR单片机、Motorola单片机、MDT20XX单片机、EPSON单片机、东芝单片机、以及EM78单片机，还有Intel公司生产的C51系列单片机，由于现在注重低价格、等功耗、多用途、低电压兼容等诸多因素，这里选择C51单片机。
2.3AT89S51单片机功能特性介绍
AT89S51是一个低功耗，高性能的CMOS单片机，内部结构包括CPU、存储器、并行接口、串行接口、定时计数器、和中断系统几个部分。
片内含有8k可反复擦鞋的擦写的程序存储器和12B的存储数据存储器（RAM），器件采用Intel公司推出的高密度、非易失性存储技术，功能强大的单片机应用于各种控制领域。
其主要工作特性如下：
①片内程序存储器含有8K的flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；
②片内程序存储器是256字节的RAM，用于存放可以读/写的数据;
③具有32根可编程的I/O口线P0-P3，每个口都可以用于输入和输出；
④有两个16位定时计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数和定时方式；
⑤有5中断源、2个优先级的中断嵌套结构；
⑥一个全双工通用异步接收发送器（URAT）串行接口，用于实现单片机的与单片机或单片机与其他计算机之间的串行通信。
⑦具有一个数据堆栈指针DPTR；
⑧低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；
⑨片内振荡器和时钟产生电路，时钟振荡电路时控制器的核心，为控制器提供时钟脉冲。
2.4AT89S51单片机引脚介绍及说明
VCC：
接+5V电源
VSS:
接地。
P0口（P0.0-P0.7共8条引脚）：
是双向8位I/O口。
在访问外部存储器时，可分时用作低8位地址线和8位数据线；P0能驱动8个LSTTL负载。
P1口（P1.0-P1.7共8条引脚）:
P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
它能驱动4个LSTTL负载。
P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。
当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流（IIL）。
P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
P2口（P2.0-P2.7共8条引脚）:
P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在访问外部存储器时，它送出高8位地址。
它能驱动4个LSTTL负载。
P3口（P3.0-P3.7共8条引脚）:
P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口.这8个引脚都有各自的第二功能，在实际应用中，大多数情况下都是用P3口的第二功能。
同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流（IIL）.
RESET/VPD（9脚）：
当振荡器运行时，此引脚上出现两个机器周期以上的高电平，是单片机复位；VCC掉电期间，此引脚可接备用电源，已保护内部RAM的数据部丢失；当VCC降到规定水平，而VPD在其规定的电压范围（50+-50）内时，VPD向内部RAM提供备用电源。
ALE/PROG（低电平有效）（30引脚）：
当访问外部存储器时，P0口即作为低8位地址输出口，又作为数据输入/输出口。
为了使地址与数据不至于混淆，通常先送地址后送数据。
ALE（允许地址锁存）将P0口输出的低8位地址锁存，从而实现低位地址与数据的分离。
不访问外部存储器时ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6.因此它可以用作对外输出的时钟。
PSEN（低电平有效）（29脚）：
是外部程序存储器的读选通信号。
在玩不程序存储器取指令（或常数）期间，每一个机器周期两次有效。
每当访问外部数据存储器时，PSEN（低电平有效）信号将不出现，PSEN（低电平有效）可以驱动8个LSTTL输入。
EA（低电平有效）/VPP（31脚）：
EA（低电平有效）端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过内部程序存储器寻址空间时，将自动转向访问外部程序存储器。
当EA（低电平有效）端保持低电平时，不管是否有内部程序存储器，则只访问外部程序存储器。
XTAL1（19脚）：
接外部晶振的一端。
在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器就构成了片内振荡器。
当采用外部振荡器时，对于HMOS单片机，此引脚应接地；对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。
XTAL2（18脚）：
接外部晶振另一端。
在单片机内部，接至上述反相放大器的输出端。
当采用外部晶振时，对HNOS单片机，此引脚接受振荡器的信号，即把此信号直接接到时钟发生器的输入端；对CHMOS单片机，此引脚应悬浮。
2.5特殊功能寄存器
PC：
程序计数器，用于存放将要执行的指令地址，CPU每读取指令的一个字节，PC便自动加1，指向被指令的下一个字节或下一条指令地址，从而实现程序的顺序执行，可寻址64KB范文的ROM。
累加器A:
是一个最常用的8位特殊功能寄存器，它既可以存放操作数，也可以存放运算的中间结果。
累加器B：
是一个8位寄存器，主要用于乘法和除法的运算.
程序状态寄存器PSW：
是一个8位寄存器，用于存放程序执行后的状态信息。
堆栈指针：
在内存中按照“先进后出，后进先出”的原则进行存取数据的RAM区域。
用途是保护现场和断点地址。
DPTR:
数据指针是一个16位寄存器，由高位字节DPH和低位字节DPL组成，用来存放16位存储器的地址，以便对外部数据存储器RAM读写数据。
引脚图如下：
第3章定时插座的设计要求与方案论证
3.1设计方案
根据设计的要求及性能，智能插座的主要功能是定时作用，是日常使用的需充电的电器设备在充电中更加方便，插座的功能是在定时充电完成后自动切断电源，因此本设计可以理解为是由单片机构成的电路，硬件电路主要包括主控制电路、显示电路、开关电路、键盘电路等。
主控制电路主要由AT89S51单片机控制，应用单片机的定时与技术原理；显示电路由数码管构成，K2、K3、K4、K5分别用于显示时、分、秒和对时、分、秒的调节。
3.2硬件设计
3.2.1电源部分设计
在提供220V电压的情况下，电路得电接通，指示灯发亮表示通电正常，当通电饱和后指示灯会熄灭。
设计如下：
3.2.2开关部分
所设计的定时电源插座是多孔插座，当设备的插头插进插孔时，开关K1（或K2）闭合，使得电路接通，对设备进行通电。
如图：
3.2.3单片机控制部分
在现有条件下选择使用数码管代替液晶显示屏，其中四个数码管用于显示设定的时间单片机时主控制电路，主要用于控制时间的设定，以及显示部分，另外一个用于显示工作状态；K1、K2、K3、K4按键用于对时分秒的调节。
3.2.4最小系统的设计：
手动复位和晶振电路
手工复位电路可以在按键按下时，重新设置定时时间。
晶振电路为电路起振提供时钟频率，同时
减少电路之间寄生电容的影响，更好的保证电路的正常工作。
手动复位电路晶振电路
3.2.5液晶数码管显示电路设计
液晶数码管显示时分秒，通过按键来调节
3.3系统软件设计
3.3.1编程方法
编程前，设置好地址，数据和控制信号，AT89S51编程方法如下：
1、在地址线上加上要编程单元的地址信号；
2、在数据线上加上要写入的地址信号；
3、在高电压编程方式时，将EA/VPP端加上+12V电压；
4、每对Flash存储阵列写入一个字节或没写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲，每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5秒，重复步骤，改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。
3.3.2程序设计
/*定时开关*/
#include/*包含库函数*/
/*七段数码管，高电平有效，顺序为abcdefg*/
Unsignedcharled[]={0,0,0,0};将一个LED定定义成一个数组，用来显示时，分，秒*/
Charcodeum[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,,0x6f,0x00};
Unsignedintcounter;/*counter作为定时器中断的计数器*/
Unsignedcharn,w=0,flag1=0,flag2=0;/*n为闪烁次数计数器，w为显示计数器，flag为设置按键计数器，flag1和flag2均为延时消抖计数器*/
UnsignedcharK1_on=0,K2_on=0;/*K1_on和K2_on分别为开关1和开关2的开启和关断寄存器*/
Unsignedcharh_data=0,m_data=0,s_data=0;/*时钟的时、分、秒计数器*/
Unsignedcharhdata1_off=0,mdata1_on=3,hdata2_on=0;mdata2_on=7;/*开关1和开关2的开启时间寄存器*/
Unsignedcharhdata1_off=0,mdata1_off=5,hdata2_off=0,mdata2_off=9;/*开关1和开关2的关断时间寄存器*/
Voiddisplay（void）;/*申明显示子程序*/
Voiddelay（Unsignedintj）/*定义可变延时子程序*/
{Unsignedinti;
for（i=0;i}
Voidload_LED（UnsignedcharH,UnsignedcharM）定义将实际时间代码装入LED显示区的子程序，作用是将个位和十位分离开*/
{led[0]=h/10;led[0]/*装时的十位*/
led[1]=h%10;led[1]/*装十的个位*/
Led[2]
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