单片机的延时继电器的设计
摘 要本课题选用了“基于AT89C51单片机的智能定时继电器开关控制系统”作为研究对象，选用了ATMEL公司推出的AT89C51单片机作为核心部件，设计了一个能够实现开关定时开启和关闭并且通过红外遥控进行开关远程启闭等功能的智能系统。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RTC时钟模块、红外遥控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智能定时继电器开关控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及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，非常适合将其推向智能定时继电器开关系统的市场之中。
目录
一、 引言 1
（一） 智能定时继电器开关的发展背景 1
（二） 智能定时继电器开关的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
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单片机 4
（三） 红外遥控发射与接收模块 4
（四） DS1302实时时钟芯片 5
（五） HRS15V继电器介绍 6
（六） LCD1602型液晶屏介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 智能定时继电器开关系统的系统结构框图设计 9
（二） 系统设计 9
1. 时钟电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） 红外遥控接收头电路设计 11
（四） DS1302实时时钟芯片电路的设计 11
（五） 继电器电路设计 12
（六） 液晶屏电路设计 13
（七） 按键电路 14
四、 软件系统设计 15
（一） 智能定时继电器开关系统的主程序流程图设计 15
（二） 红外遥控信号接受工作流程设计 16
（三） DS1302实时时钟芯片的驱动流程设计 16
（四） 继电器控制流程图设计 18
（五） 显
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示器工作流程设计 18
五、调试结果 20
（一）液晶屏的显示 20
（二）实时时间显示功能 20
（三）定时开启和关闭继电器 20
总结与展望 22
参考文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 PCB图 26
附录三 元件列表 27
附录四 实物图 28
引言
智能定时继电器开关的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，定时开关在人们的生活中已经随处可见了，这种电子器件通常能够实现对一些家庭电器、工厂设备或者公共电子设备的智能开关功能，通过定时、远程遥控等操作，实现这些电子设备的智能开关功能。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和实时时钟模块的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能定时继电器开关控制系统。所谓“定时开关控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合实时时钟模块、显示器、时间处理模块、音频模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现定时开关系统的自动控制特性。定时开关控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——时钟模块不仅需要依靠经过反复推敲的理论基础，而且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将开关的切换通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现实时时间的检测输出。在实时时钟模块出现之前，准确的时钟系统几乎无法实现，人们的很多对于精确定时、计时的想法只能够停留在理论阶段。由于实时时钟模块这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的定时开关系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的定时开关控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的定时开关控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现为一款性价比非常高的智能型定时开关控制系统。
智能定时继电器开关的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的定时开关系统进行研究，由于基本的定时开关已经实现了普及化，现在几乎任何一台电器上都能够实现定时开关功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度以及远程操控等功能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一种体积能够小到一个绿豆里大小的计步处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，而且电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的计步要求，尤其是在远程控制方面，以太网、GSM以及蓝牙等中远距离上，对于开关的控制十分卓越，大大突破了人们对于普通开关的想象；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到公共场合、家庭电器等设备中，将能够很大程度的节约人力物力，实现电器的统一开关和统一管理。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统开关系统的发展基础上，设计出一款能够实现开关功能的智能开关控制系统，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，第一章主要对开关系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章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；第三章将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；第四章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；第五章主要在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对开关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，下面是本系统实现的功能：
1、具有实时时间显示功能，系统时间可通过机械按键进行设置；
2、系统具有定时开启和关闭继电器的功能，开启/关闭时间可通过机械按键进行设置；
3、系统实时时间以及继电器工作状态可通过显示模块显示出来；
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。
目录
一、 引言 1
（一） 智能定时继电器开关的发展背景 1
（二） 智能定时继电器开关的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
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单片机 4
（三） 红外遥控发射与接收模块 4
（四） DS1302实时时钟芯片 5
（五） HRS15V继电器介绍 6
（六） LCD1602型液晶屏介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 智能定时继电器开关系统的系统结构框图设计 9
（二） 系统设计 9
1. 时钟电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） 红外遥控接收头电路设计 11
（四） DS1302实时时钟芯片电路的设计 11
（五） 继电器电路设计 12
（六） 液晶屏电路设计 13
（七） 按键电路 14
四、 软件系统设计 15
（一） 智能定时继电器开关系统的主程序流程图设计 15
（二） 红外遥控信号接受工作流程设计 16
（三） DS1302实时时钟芯片的驱动流程设计 16
（四） 继电器控制流程图设计 18
（五） 显
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示器工作流程设计 18
五、调试结果 20
（一）液晶屏的显示 20
（二）实时时间显示功能 20
（三）定时开启和关闭继电器 20
总结与展望 22
参考文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 PCB图 26
附录三 元件列表 27
附录四 实物图 28
引言
智能定时继电器开关的发展背景
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，定时开关在人们的生活中已经随处可见了，这种电子器件通常能够实现对一些家庭电器、工厂设备或者公共电子设备的智能开关功能，通过定时、远程遥控等操作，实现这些电子设备的智能开关功能。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和实时时钟模块的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能定时继电器开关控制系统。所谓“定时开关控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合实时时钟模块、显示器、时间处理模块、音频模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现定时开关系统的自动控制特性。定时开关控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——时钟模块不仅需要依靠经过反复推敲的理论基础，而且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将开关的切换通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现实时时间的检测输出。在实时时钟模块出现之前，准确的时钟系统几乎无法实现，人们的很多对于精确定时、计时的想法只能够停留在理论阶段。由于实时时钟模块这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的定时开关系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的定时开关控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的定时开关控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现为一款性价比非常高的智能型定时开关控制系统。
智能定时继电器开关的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的定时开关系统进行研究，由于基本的定时开关已经实现了普及化，现在几乎任何一台电器上都能够实现定时开关功能，然而要实现更高精度、更高灵敏度以及远程操控等功能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。前不久国外研发出了一种体积能够小到一个绿豆里大小的计步处理模块，这款高度集成的功能模块不仅内部嵌入了控制器模块，而且电源管理、传感器也被集成了进去，采用高速的SPI接口进行数据读写，因此能够满足高速的计步要求，尤其是在远程控制方面，以太网、GSM以及蓝牙等中远距离上，对于开关的控制十分卓越，大大突破了人们对于普通开关的想象；而国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到公共场合、家庭电器等设备中，将能够很大程度的节约人力物力，实现电器的统一开关和统一管理。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统开关系统的发展基础上，设计出一款能够实现开关功能的智能开关控制系统，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，第一章主要对开关系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章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；第三章将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；第四章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；第五章主要在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对开关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，下面是本系统实现的功能：
1、具有实时时间显示功能，系统时间可通过机械按键进行设置；
2、系统具有定时开启和关闭继电器的功能，开启/关闭时间可通过机械按键进行设置；
3、系统实时时间以及继电器工作状态可通过显示模块显示出来；
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。
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