51单片机的自动断电插座设计
摘 要本课题选用了“基于AT89S51单片机的自动断电插座控制系统”作为研究对象，选用了ATMEL公司推出的AT89S51单片机作为核心部件，设计了一个自动定时断电插座智能系统，使得插座具有了定时启闭、时间显示以及参数显示等功能。这款控制系统的实现主要依靠了51单片机强大的控制作用，通过输入输出各种形式的电平信号来对液晶屏、按键以及继电器等模块的控制，从而将各模块的功能融为一体。本文在硬件和软件两个层面上对自动断电插座控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的形式对整个控制系统的设计思路以及设计过程进行了阐述。经过了大量的测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向自动断电插座系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目录
一、 引言 1
（一） 智能插座控制系统的发展背景概述 1
（二） 智能插座的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） AT89S51单片机介绍 3
（三） DS1302型时钟芯片介绍 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
三、 硬件系统设计 6
（一） 自动断电插座系统的硬件结构框图设计 6
（二） 51单片机最小系统设计 6
1. 晶振电路设计 7
2. 复位电路设计 7
（三） DS1302时钟电路设计 8
（四） 液晶屏电路设计 8
（五） 插座开关电路设计 9
（六） 按键电路 10
四、 软件系统设计 11
（一） 自动断电插座系统的主程序流程图设计 11
（二） ADC0832模数转换器工作流程设计 12
（三） 液晶屏显示流程设计 13
（四） 继电器控制流程图设计 13
五、 实物制作与安装 15
（一） 实物制作 15
图52实物图 16
总 结 17
参考文献 18
致 谢 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
附录二 元件列表 21
附录三 源程序 22
引言
智能插座控制系统的发展背景概述
智能插座是一种通过微处理器进行控制和检测，能够实现电压检测、故障识别并且自动启闭等功能的电子控制系统。随着人类对电子技术以及智能技术的广泛开发，生活中几乎大多数电器、设备或者检测仪器已经被电子系统所代替，就如智能插座这种本来完全依靠传统结构来实现的常用模块，在其长长的发展历程中，许多新的功能被添加到其内部结构中，已经不在是传统意义上仅仅能够实现电源供给和插头插入等简单功能了。在最近几十年时间内，传感器、微处理器以及新型半导体的出现使得智能插座的概念得到了重新的定义，电源质量分析、故障检测、功率检测以及为用户提出用电建议等功能不断地被融入到智能插座控制系统中，颠覆了原先人们对于传统智能插座的想象，同时这些新功能的增加也使得它能够更好地为人们带来生活、工作以及生产上的便利，只需启动插座系统即可对电源质量的实时检测，当电源出现欠压或者过压时，自动进入保护模式，将插座切断，对电器启动实时保护免受损害，这是传统智能插座所无法企及的。由于人们对于新型智能插座的需求和要求与日俱增，近几年来智能插座的研究呈现了如火如荼的景象，控制系统中的关键部分当属内部的微处理器部分，在电子智能插座刚进入人们生活之时，微处理器还停留在8位数据处理能力的状态，因此那时候只能够实现一些简单功能的智能插座，仅仅能够实现欠压和过压检测，无法对电源质量进行分析；而随着近些年32位微处理器的技术与日成熟，电源波动频率、纹波比重以及受纹波干扰大小的分析等智能功能都能够在智能插座控制系统中得到实现，这种高技术的智能技术使得对家用电器的保护功能更加完善，同时在报警功能上也不单单只是由蜂鸣器发出报警声音，自动连入国家电网或者通知供电局进行检修已经成为了司空见惯的功能。智能插座控制系统的发展与人类社会的经济发展也是息息相关的，在经济繁荣时人们对于日常生活也提出了更高的质量，人机友好、智能生活等概念深入人们的潜意识里，传统落后技术已经无法在满足人类对美好生活的追求，微处理器智能控制技术使得这一切都得以实现，智能智能插座在很大程度上迎合了人们对优质生活的审美观，本课题在对智能智能插座进行了大量的调研和对比后，考虑到目前市面上相关产品处于刚刚起步阶段，无论是在硬件还是软件上都存在这很多的不足之处，因此高智能的智能插座控制系统还不能够实现普及，因此本文将以大学期间所学的专业知识结合课外学习经验作为基础，选用高性价比器件，设计一款智能智能插座，突破目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低智能插座的总体设计成本，正确取代市场上相当大一部分智能插座产品。
智能插座的国内外发展现状
根据前不久的一份智能插座行业前景研究报告显示，目前智能插座已经渗透到了人们生产生活的各个角落，各种不同智能程度的智能插座影响着人们的日常生活，对于智能插座的研究和开发现状，国内外都已经达到了一个很高的境地，然而国外由于对智能智能插座控制系统的研发起始时间更早，因此在智能方面，国外做的更加突出，国内外目前都能够实现电源波动频率测量、纹波比重以及受纹波干扰大小的分析等功能，在成本以及系统稳定度上，要想追赶上国外，国内研究者还有很长一段路需要走。
本文主要研究内容
本文在自动断电插座发展背景的基础上选择了自动断电插座作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的自动断电插座系统，并实现以下功能指标:
1、采用ATMEL公司推出的AT89S51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2、具有液晶显示效果，对插座系统的工作参数做显示；
3、系统采用+5V直流电压进行系统供电；
4、具有人工和自动两种模式，在人工模式下用户可通过按键手动启闭插座，而在自动模式下插座将在固定时间内自动关闭。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机AT89S51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的AT89S51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发。
目录
一、 引言 1
（一） 智能插座控制系统的发展背景概述 1
（二） 智能插座的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） AT89S51单片机介绍 3
（三） DS1302型时钟芯片介绍 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
三、 硬件系统设计 6
（一） 自动断电插座系统的硬件结构框图设计 6
（二） 51单片机最小系统设计 6
1. 晶振电路设计 7
2. 复位电路设计 7
（三） DS1302时钟电路设计 8
（四） 液晶屏电路设计 8
（五） 插座开关电路设计 9
（六） 按键电路 10
四、 软件系统设计 11
（一） 自动断电插座系统的主程序流程图设计 11
（二） ADC0832模数转换器工作流程设计 12
（三） 液晶屏显示流程设计 13
（四） 继电器控制流程图设计 13
五、 实物制作与安装 15
（一） 实物制作 15
图52实物图 16
总 结 17
参考文献 18
致 谢 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
附录二 元件列表 21
附录三 源程序 22
引言
智能插座控制系统的发展背景概述
智能插座是一种通过微处理器进行控制和检测，能够实现电压检测、故障识别并且自动启闭等功能的电子控制系统。随着人类对电子技术以及智能技术的广泛开发，生活中几乎大多数电器、设备或者检测仪器已经被电子系统所代替，就如智能插座这种本来完全依靠传统结构来实现的常用模块，在其长长的发展历程中，许多新的功能被添加到其内部结构中，已经不在是传统意义上仅仅能够实现电源供给和插头插入等简单功能了。在最近几十年时间内，传感器、微处理器以及新型半导体的出现使得智能插座的概念得到了重新的定义，电源质量分析、故障检测、功率检测以及为用户提出用电建议等功能不断地被融入到智能插座控制系统中，颠覆了原先人们对于传统智能插座的想象，同时这些新功能的增加也使得它能够更好地为人们带来生活、工作以及生产上的便利，只需启动插座系统即可对电源质量的实时检测，当电源出现欠压或者过压时，自动进入保护模式，将插座切断，对电器启动实时保护免受损害，这是传统智能插座所无法企及的。由于人们对于新型智能插座的需求和要求与日俱增，近几年来智能插座的研究呈现了如火如荼的景象，控制系统中的关键部分当属内部的微处理器部分，在电子智能插座刚进入人们生活之时，微处理器还停留在8位数据处理能力的状态，因此那时候只能够实现一些简单功能的智能插座，仅仅能够实现欠压和过压检测，无法对电源质量进行分析；而随着近些年32位微处理器的技术与日成熟，电源波动频率、纹波比重以及受纹波干扰大小的分析等智能功能都能够在智能插座控制系统中得到实现，这种高技术的智能技术使得对家用电器的保护功能更加完善，同时在报警功能上也不单单只是由蜂鸣器发出报警声音，自动连入国家电网或者通知供电局进行检修已经成为了司空见惯的功能。智能插座控制系统的发展与人类社会的经济发展也是息息相关的，在经济繁荣时人们对于日常生活也提出了更高的质量，人机友好、智能生活等概念深入人们的潜意识里，传统落后技术已经无法在满足人类对美好生活的追求，微处理器智能控制技术使得这一切都得以实现，智能智能插座在很大程度上迎合了人们对优质生活的审美观，本课题在对智能智能插座进行了大量的调研和对比后，考虑到目前市面上相关产品处于刚刚起步阶段，无论是在硬件还是软件上都存在这很多的不足之处，因此高智能的智能插座控制系统还不能够实现普及，因此本文将以大学期间所学的专业知识结合课外学习经验作为基础，选用高性价比器件，设计一款智能智能插座，突破目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低智能插座的总体设计成本，正确取代市场上相当大一部分智能插座产品。
智能插座的国内外发展现状
根据前不久的一份智能插座行业前景研究报告显示，目前智能插座已经渗透到了人们生产生活的各个角落，各种不同智能程度的智能插座影响着人们的日常生活，对于智能插座的研究和开发现状，国内外都已经达到了一个很高的境地，然而国外由于对智能智能插座控制系统的研发起始时间更早，因此在智能方面，国外做的更加突出，国内外目前都能够实现电源波动频率测量、纹波比重以及受纹波干扰大小的分析等功能，在成本以及系统稳定度上，要想追赶上国外，国内研究者还有很长一段路需要走。
本文主要研究内容
本文在自动断电插座发展背景的基础上选择了自动断电插座作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的自动断电插座系统，并实现以下功能指标:
1、采用ATMEL公司推出的AT89S51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2、具有液晶显示效果，对插座系统的工作参数做显示；
3、系统采用+5V直流电压进行系统供电；
4、具有人工和自动两种模式，在人工模式下用户可通过按键手动启闭插座，而在自动模式下插座将在固定时间内自动关闭。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机AT89S51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的AT89S51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发。
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