单片机的智能插座控制系统的设计与实现
摘 要本文选择了“基于单片机的智能插座控制系统的设计与实现”作为研究课题，设计了一款以51单片机作为主要控制芯片的智能控制系统，使得插座具有了电压检测、故障切断以及参数显示等功能，实现了预期设立的性能指标，突破了目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低了现有产品的功耗参数，大大提升了现有产品的性价比，实现了智能插座控制系统的改进和优化，使得本次毕业设计非常有意义。笔者所设计的这款自动控制系统经历了硬件系统和软件系统的设计和优化，在硬件上以最少的元器件和最低的成本构建了一个完整的硬件系统；在软件上以最流畅的代码运行方式实现了对硬件的控制，如果将这款智能插座控制系统进行大量生产并将之投向市场，能够大大降低这种产品的成本。
Keywords: Intelligent Socket; AT89C51 MCU; ADC0832 Analog To Digital Converter 目 录
一、引言 1
二、方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51处理器简介 4
（三） AD采样芯片简介 4
（四） LCD1602液晶屏幕介绍 5
（五） 蜂鸣器概述 6
三、硬件系统设计 7
（一）系统原理框图设计 7
（二）时钟电路和复位电路设计 7
1. 时钟电路 8
2. 复位电路 8
（三）变压整流电路 8
（四）AD采样芯片电路设计 9
（五）显示电路设计 11
（六）报警电路设计 11
（七）插座开关电路设计 13
（八）按键电路 13
四、软件系统设计 14
（一）软件工作流程设计 14
（二）AD转换工作流程设计 15
1. 启动指令 15
2. 通道选择指令 15
3. 读取指令 16
（三）LCD1602显示流程设计 16
（四）继电器控制流程图设计 17
五、仿真与调试 18
（一）Proteus软件仿真 18
（
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
二）实物调试 22
参考文献 26
致 谢 27
附录一 原理图 28
附录二 元件列表 29
附录三 程序 30
一、引言
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。
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。
本次的毕业设计将在传统智能插座系统的发展基础上，设计出一款能够实现智能插座功能的智能智能插座控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，引言部分主要对智能插座系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；方案选择及元器件介绍部分对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；硬件设计部分对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；软件设计部分对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述；在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对智能插座控制系统进行了仿真优化，并将仿真结果通过图片方式进行了展现，并制作实物。
下面是本课题将要实现的主要指标功能：
1、能够实现电网电压的实时检测，检测到的结果显示在液晶屏上；
2、当电网出现欠压（大于280V）或者过压（小于180V）时，为避免对电器造成损害，自动切断插座开关；
3、当电网出现故障时，发出报警信号。
二、方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
Keywords: Intelligent Socket; AT89C51 MCU; ADC0832 Analog To Digital Converter 目 录
一、引言 1
二、方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51处理器简介 4
（三） AD采样芯片简介 4
（四） LCD1602液晶屏幕介绍 5
（五） 蜂鸣器概述 6
三、硬件系统设计 7
（一）系统原理框图设计 7
（二）时钟电路和复位电路设计 7
1. 时钟电路 8
2. 复位电路 8
（三）变压整流电路 8
（四）AD采样芯片电路设计 9
（五）显示电路设计 11
（六）报警电路设计 11
（七）插座开关电路设计 13
（八）按键电路 13
四、软件系统设计 14
（一）软件工作流程设计 14
（二）AD转换工作流程设计 15
1. 启动指令 15
2. 通道选择指令 15
3. 读取指令 16
（三）LCD1602显示流程设计 16
（四）继电器控制流程图设计 17
五、仿真与调试 18
（一）Proteus软件仿真 18
（
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
二）实物调试 22
参考文献 26
致 谢 27
附录一 原理图 28
附录二 元件列表 29
附录三 程序 30
一、引言
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。
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。
本次的毕业设计将在传统智能插座系统的发展基础上，设计出一款能够实现智能插座功能的智能智能插座控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，引言部分主要对智能插座系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；方案选择及元器件介绍部分对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；硬件设计部分对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；软件设计部分对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述；在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对智能插座控制系统进行了仿真优化，并将仿真结果通过图片方式进行了展现，并制作实物。
下面是本课题将要实现的主要指标功能：
1、能够实现电网电压的实时检测，检测到的结果显示在液晶屏上；
2、当电网出现欠压（大于280V）或者过压（小于180V）时，为避免对电器造成损害，自动切断插座开关；
3、当电网出现故障时，发出报警信号。
二、方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1005.html
