基于单片机定时的多功能开关插座的设计与制作
基于单片机定时的多功能开关插座的设计与制作
周加良 宣燕红 方永刚
杭州鸿世电器股份有限公司 浙江省杭州市 311400
摘要：随着科技的进步和人们生活水平的提高以及智能化电器的普及应用，传统家用用电控制模式已不能满足于我们的日常需求，而定时插座的出现无疑给用户提供了一个更舒适的居家环境。本设计的核心是以单片机为控制芯片，通过其内部的定时器来进行电器用电时间的设定，从而达到对家居用电情况进行有效的管理与监控。
关键词：单片机；定时开关插座；设计与制作
引言
家用插座是我们日常生活中必备的家装电器附件，它主要用于对各种电器的电源控制；在现代的家用电器中，智能化的插座已经成为人们日常使用的重要部分。随着科技的发展与进步，传统家电的定时功能越来越不适应人民生活节奏，比如:时间不能设置，造成忘记关闭电源带来的安全隐患，也无法实现环保节能用电等。因此，设计一款定时的多功能开关插座具有非常重大的意义。
一、单片机的基本概念
单片机是一种集成电路芯片，它可以把CPU、RAM、ROM、I/0口和定时器等集成在一块的一个器件。它由若干个不同的部分组成，这些部件共同工作，以实现控制功能。单片机的应用领域十分广阔，从工业上到智能仪表，再到家庭中的门禁系统，从个人住宅，再到各种设备的安全都有涉及。随着电子技术的不断发展，单片机的作用也越来越大，涵盖我们生活的方方面面。目前，市场上的插座种类繁多，但大多数都是基于单一的基础元件， 比如温度传感器，液位开关，时钟电路，按键输入模块等等[1]。而本设计所需的多功能定时插座则选择了AT89C51系列的软硬件，通过软件来调整时间，使其能够准确的完成设定的日期及用户设置的密码等操作。同时还添加了报警提示的功能当出现异常情况的时候发出声光警报的提醒功能。
二、定时开关插座设计的主要方法
定时插座的功能是控制电器的开启和关闭，它是一种智能开关，当电源接通时，通过按键的方式来实现定时的工作；当用电负荷较大时，可利用断开的状态进行断电，从而达到保护的目的；当用电较小时，可以使用掉电后再打开插座模式，避免因忘记去启动电源而造成损坏。在此次的设计中，主要研究的是基于单片机定时的多功能开关插座的设计与制作。在此次的设计中，主要介绍了软硬件的设计方案以及系统的整体框架，并且对各个模块的方案选择做了一定的分析与比较，最终确定采用AT89C51作为主控芯片来驱动继电器的电路进而完成整个项目的设计要求[2]。本论文的重点部分就是软硬件的设计与制作出，并对软件的流程做了简要的概述。
三、基于单片机的定时开关插座的设计与制作策略
（一）系统整体架构
系统的整体架构是指整个智能插座的电路模块的布局和连接方式。本设计的系统主要由主护芯片、继电器控制开关、定时器组成。
主控单元:本设计采用STC89C51作为主控制器，通过继电器的正传和负的反传来实现开关的开与关。当电源断电时，单片机发送一个低电平，使之打开；当电源反转，此时蜂鸣器发出警报声，同时启动延时程序，让插座恢复到初始状态。继电器:可以使用K1电磁现象，在需要开启、关闭的时候给负载供、断电，以达到用电的灵活性。此外，还有如过流过压保护，在用电异常时实现断电保护。定时器:设置定时时间，在设定的时间内，插座上的所有电器都是按照固定的设定模式进行的工作。通过上述设计从而实现安全、节能和舒适用电。
（二）网络拓扑
网络拓扑是一个网络的基本单元，它将每个节点的数据都存储到同一个芯片中。本系统的主控模块，其主要作用是实现控制、处理和发送信息等功能。
在本定时插座的主控板上，有三个按键，分别为设置键、加键以及减键。在主控板上，可以显示设定的时间日期，并通过LCD液晶屏来实时的播报出当前的工作模式。加键则用于对定时插座的开启和关闭进行手动的切换操作。当用户选择的按键时，只需要按下它的复位按钮，就会自动开始下一秒的开机状态。如果没有人的存在也不会被再次打开，只要按一次即可。而减键则用来对单片机的时钟信号的调整与调节。在本定时插座的遥控电路中，只需用两个继电器就能够完成远程开关的启动与闭合，电路由继电器、电阻等元器件构成。所以这两部分的硬件组成简单方便，只需从软件方面入手。
（三）定时开关插座功能与接口
该插座由单片机控制，继电器，指示灯，定时报警灯组成。利用定时开关插座时，通过继电器上的通电来启动定时器的运作模式，从而使电路的工作状态得到实时的显示和断开，使其达到智能化的目的；当接通电源后，接通主控芯片的I0口，STC89C51内部的EEPROM就可以打开，可用于在不同的时间段进行多种操作。同时还具有掉电、过载温度保护的功能；当插座内发生的短路时，可立即切断供电，防止因短路而烧坏。本设计的软件主要是采用C语言编程，实现对各个模块的初始化设置，并分别编写各子程序，最后在将主函数的子程序整合到一起，即可完成整个的设计过程[3]。本系统的软硬件设计思路与一般的家用电器的设计大体一致，包括以下几个方面:
功能:当定时开关插座上的控制引脚为高电平时，此时定时器开始工作，当电源断开时，进入模式，此时定时器停止工作，时钟周期显示0，时间间隔1，即与初始值有关；如果没有人在上面按下定时开关插座的设置键则定时模式的下一次循环不继续，会重新开启，直至完成设定的功能；接0:每个按键对应的复位端口为低电平时，当使用者使用该接口时，它能正确识别当前的状态并进行相应的操作；若用户在该接口的内设中键错了，则需要重置一个位值，以保证下次开机的时候可以准确判断。接口:本设计的插座采用的是独立的内部中断方式，即每毫秒输出1，外部接地，用一条I/0口，用来驱动单片机，通过检测各个I/O的高低来实现不同的功能要求。
结语
在本次的设计中，系统主要由电源模块、按键电路、显示驱动部分和继电器组成。其中，时钟的功能是对每个小时的数据进行处理，并在液晶屏上实时的显示出相应的日期；键盘的操作则用来调节所选的模式；继电器的使用则可以实现定子上的或定置的电平的转换来模拟插座的工作状态。
参考文献：
[1]殷怡杰； 吴琦娜.预防电瓶车充电火灾的智能插座的设计.电世界.2021-11-05.期刊.
[2]刘磊； 鲁军； 周晓东； 郭治锐.炮弹飞行时间红外测量装置系统设计.电子设计工程.2021-09-17.期刊.
[3]陈品.智能驱蚊器：定时开关解决电蚊香烧空危险.家庭医药.快乐养生.2021-07-15.期刊.
