基于PLC控制的自动断电插排文档格式.docx
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Keywords:
SCTC89C52；
socket；
SH-RF501；
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 1
第1章绪论 2
1.1设计的目的和意义 2
1.2国内外研究现状 2
1.3论文主要内容与思路 3
第2章总体方案 4
第3章可编程控制器PLC 6
3.1PLC简介 6
3.2PLC内部结构 7
3.2.1中央处理器CPU 7
3.2.2存储器 7
3.2.3输入输出单元 8
3.2.4电源部分 9
3.3PLC的选型 9
第4章硬件电路设计 11
4.1智能插座的工作原理 11
4.2硬件简介 11
4.2.1STC89C52单片机 11
4.2.2QC12864B液晶显示屏 12
4.2.3DS1302时钟芯片 13
4.2.4BISS0001红外热释电处理芯片 15
4.3系统的硬件电路设计原理图 16
第5章系统的软件设计 20
5.1系统软件设计流程 20
第6章系统的仿真和调试 26
6.1硬件仿真调试原理图 26
第7章总结与展望 30
7.1总结 30
7.2展望 30
参考文献 31
致谢 33
智能插座的设计
第1章绪论
1.1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
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
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。
第2章总体方案
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。
7805稳压电源模块
继电器模块
STC89C52
DS1302计时模块
HC-SR501人体感应模块
按键模块
LCD显示模块
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。
（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SONGLESRD-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。
第3章可编程控制器PLC
3.1PLC简介
可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）由上世纪60年代提出，首先是为了取代继电器控制装置。
经过了半个世纪的发展，PLC的应用范围也变得更加的广泛。
随着数字时代的到来，信息技术的飞速发展从而带动了各个行业的自动化进程。
PLC其强大的开关量控制以及逻辑控制，使得自身在现代化行业中的作用变得尤为突出。
PLC是汽车行业发展所催生出来的。
早期的汽车行业自动化进程中，控制主要来自继电器控制。
继电器控制一方面控制电路复杂，一旦产生故障，检修十分困难；
另一方面继电器控制效率较为低下，汽车行业作为自动化应用最为突出的表行业，继电器控制系统逐渐满足不了更为复杂的逻辑控制要求。
顺应了社会的发展，PLC的出现逐步迎来了一个蓬勃的发展时期。
PLC拥有着强大的逻辑运算、定时、计数和计算等功能，其输入和输出都是采用数字量的方式，从而控制电气设备进行动作。
人们首先将逻辑控制程序写入到PLC中，PLC以连续扫描的方式，给相应的输出端一定的电信号，电信号控制了外部电路的通断，从而逐步完成所预想的动作指令。
PLC在逐步扫描的过程中，计数器会记录相应的步数，PLC完成一次扫描动作所需要的时间就是其扫描周期。
世界首台PLC于1969年产生于美国，现在美国和欧盟以生产大型PLC为主，日本、德国等生产中小型PLC为主，我国在经历了漫长的摸索，也有一些自己的品牌出现，但是其核心技术仍以掌握在PLC生产大国手中，我国的PLC自主之路仍充满着挑战。
随着工业自动化，PLC控制系统逐步应用于各行各业，其运算速度快、体积小等特点愈发起到了不可替代的作用。
在早期PLC功能的基础上，一些新的功能如网络通讯功能得以添加，使PLC的功能更加完善。
我国工业化相较于西方国家起步较晚，但是自改革开放以来，工业化进程步伐十分迅速，工业自动化发展在短短几十年走完其他国家百年走过的路程，基于PLC的控制系统成为了自动化领域的主流。
PLC可靠性高，控制系统稳定，同时在半世纪的发展和总结中，已经形成了完善的功能，具有很强的适应性。
PLC的编程语言相较于其他编程语言更加简单，从而使得系统设计周期较短，维护也更加方便。
PLC众多的功能模块，极大的丰富了PLC的控制领域，能够满足在不同情况下的控制要求。
3.2PLC内部结构
PLC的的内部结构如图2-1所示，组要由CPU、存储器、输入输出接口、电源等组成。
图1-1PLC内部结构
3.2.1中央处理器CPU
中央处理器是对数据进行处理的最重要部件，其作用就相当于人体的大脑，在PLC系统中处于中枢地位[1]。
CPU能够接收输入单元的信号，并对信号进行识别和处理，同时通过给输出单元施加电信号，从而实现输入输出的协调配合。
CPU能够对自身信息进行检测，识别错误信息并警告提醒，党PLC在运行的时候，能够控制系统进行扫描，完成相应的计算和逻辑运算，以循环扫描的方式控制输出。
CPU是逐步读取编写的程序，每一步都进行扫描，当前一步执行完成，则通过存储区的相应信息，控制输出端信号的产生。
在每一个固定的扫毛周期内，CPU都重复进行着相同的动作。
3.2.2存储器
PLC 的存储器和电脑的存储器功能一样，都是用来存放相对应的数据。
PLC存储器中存储程序、逻辑变量等。
PLC 存储器分为系统程序存储区、系统RAM存储区和用户程序存储区。
系统程序和用户程序在在存储器中有独立的位置划分。
3.2.3输入输出单元
输入和输出单元是连接外部短路的直接位置，其通过接收信号和发出信号从而控制外部电路。
与三极管的导通方式类似，PLC的输入输出有源形和漏形之分[2]。
输入单元是PLC接收外部信号的通道，不同的PLC有不同的输入方式，源形和漏形输入如图2-2所示。
图2-2PLC漏形输入和源形输入接线
漏形输入时，PLC公共端接24V，电流由外部流入输入端子；
源形输入时，PLC公共端接0V，电流由端子流出。
输出单元是给外部电路信号的端口，通常有继电器输出和晶体管输出输出方式，晶闸管输出方式一般不是很常用。
继电器输出相较于晶体管输出，其输出端的承受电流更大，但是其开关量的开关频率没有晶体管输出方式的高，因此在一些开关频率较高、控制流程较快的场合，晶体管输出方式更加实用。
但
一般的情况下，继电器输出由于负载能力更强，所以实用的范围更广。
输出单元也有源形输出和漏形输出的区别，图2-3就是两种不同的输出方式。
图2-3PLC漏形输出和源形输出接线
漏形输出时候，电流由外部流入端子，公共端接24V;
源形输出时候，电流流出端子，公共端接0V。
但是当输出为晶闸管输出时候，交流电源的正负对于输出端没有什么影响，则可以自由选择。
3.2.4电源部分
PLC运行需要给其供电，其开关量的闭合、断开控制是由直流电源的高低电平来实现的，所以PLC运行时候需要给其供应直流稳压电源。
PLC有直流供电和交流供电的，但是最终都是将其转化为直流的方式。
PLC有自己的内部电源，其稳定性很好但是输出功率较小，直流电源一般采用直流24V电压，保证PLC的正常运行。
3.3PLC的选型
PLC型号众多，在进行相关设计和应用的时候，如何准确的选择尤为重要。
在PLC的选型时候，可从以下几个方面进行。
第一，确定输入输出点的个数。
以三菱FX系列PLC为例，输入输出点有10点、14点、20点、30点、32点、64点等等，在进行PLC选型时候，首先就是要确定控制系统中输入点和输出点的个数，然后来以确定基本的选型方向。
同时在选择的同时，应注意输入输出都要预留总数10%左右数量的触点作为预备点。
第二，选取合适的电源类型。
PLC有AC和DC两种型号。
DC电源一般为24V，AC有100-230V。
在进行PLC选型时候，应该根据系统的电源实际情况，选取合适的电源类型的PLC，使其适合设计的要求。
第三，明白输出信号类型。
PLC的输出有继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。
继电器输出的方式其输出频率较大，在实际的应用中很常见，一般的常见系统中，这种说出方式能够适应输出信号的给定；
晶闸管输出的方式相较与继电器输出，其使用于要求信号变化频率很快的信号输出，但是其输出功率较小，承载电流较小[3]。
总之，PLC的选型应该根据实际的情况，综合分析比对，选择最合适的PLC
型号，这样才能在控制系统的设计中少不必要的麻烦。
第4章硬件电路设计
4.1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。
4.2硬件简介
4.2.1STC89C52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，4KBEEPROM，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；
STC89C52引脚图如图4.1所示。
图4.1DIP-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
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