单片机的智能插座设计
目 录
一、 引言 1
（一） 智能定时开关插座的发展概况 1
（二） 项目主要研究内容 1
（三） 设计任务及要求 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） AD转换概述 4
（四） ADC0832模数转换器介绍 5
（五） LCD1602液晶介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
（三） ADC0832模数转换器电路设计 9
（四） 液晶屏电路设计 10
（五） 报警器模块设计 10
（六） 继电器及其驱动电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） ADC0832转换流程设计 14
（三） 液晶屏软件流程设计 14
（四） 继电器工作流程设计 15
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 部分程序 20
引言
智能定时开关插座的发展概况
随着经济的发展与电子技术的进步，智能家居已经被越来越多的人们所关注。智能家居结合了综合布线技术、医疗电子技术、网络通讯技术以及计算机技术等先进科学技术，融入了个性的需求以及满足人体工程学的原理，把家居生活中主要的以及常见的如灯光控制、煤气阀控制、地板采暖、窗帘控制、场景联动、健康保健、安防保安、卫生防疫以及信息家电等子系统合理的整合在一个主系统中，通过网络化的智能管理和控制，将一种全新的生活体验展现给用户。
智能家居是一种以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，他能够使生活变得更加舒适、节能、智能、安全和便利。其将网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术、音视频技术以及智能家居-系统设计方案安全防范技术高密度地集成，以提升家庭日程事务和住宅设施管理系统的高效性为首要目标，实现一种安全舒适并且优雅
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
系统合理的整合在一个主系统中，通过网络化的智能管理和控制，将一种全新的生活体验展现给用户。
智能家居是一种以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，他能够使生活变得更加舒适、节能、智能、安全和便利。其将网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术、音视频技术以及智能家居-系统设计方案安全防范技术高密度地集成，以提升家庭日程事务和住宅设施管理系统的高效性为首要目标，实现一种安全舒适并且优雅高调的家居生活，其对节能环保的概念也有阐述。
本文设计的智能插座也是属于智能家居的一部分，因为它融入了控制系统，能够实时地对家用电源进行管理。目前国外对智能插座的研究已经非常深入，大多采用多传感器的智能感控技术，将各种功能的小型传感器安装在智能插座的表面或者内部，通过对环境中的光照强度、温度、湿度以及供电电源的电压、波纹以及频率等相关参数进行采集，将数据传给嵌入在保护仪内部的微处理机进行处理，从而实现对插座的实时管理，对电器的保护起到重要作用。而在国内，对于智能插座的研究也渗入了各个高等院校，由于单片机以及智能技术在中国的普及，对于设计一种简单有效的智能插座已经不是难事。
项目主要研究内容
目前国际上对于智能家居的研究和开发正处于如火如荼的状态，各种新型的智能家居正在不断地投入到生产和人们的家居生活中，目前国外最著名并且技术最为成熟的当属美国的X-10家庭自动化系统，X-10目前已经在欧美国家成为一种标准协议，它主要的功能是通过一条通信协议能够将家庭中的所有电器进行集中管理，通过远程的信息交互，比如几乎人手一个的手机或者汽车，就可以直接实现对家中空调、电视以及窗帘等的开关，为人们的家居生活添加了极大的舒适性和方便性。而在国内，许多著名的电器企业也在不断地加大对智能家居的开发和研制，比如海尔电器以及美的电器，目前都已经研制出了通过手机就能遥控空调或者电视的方案。
设计任务及要求
1、完成智能插座系统的方案设计；
2、完成51最小系统、ADC0832模数转换以及液晶屏电路的硬件设计；
3、完成51单片机驱动AD以及液晶屏的软件设计；
4、完成仿真及功能调试。
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯片的管脚也多达上百个，并且是贴片式芯片，对于PCB的布局要求相当高；第三是目前网上关于STM32单片机的资料还不是很丰富，不能够保证毕业设计的顺利进行。
通过两个方案的分析和比较，可以发现51单片机虽然没有很丰富的内部资源，但是其能够极大地保证毕业设计各指标的完成，而STM32单片机虽然性能卓越，但是并不熟悉它的使用，因此本课题最终决定使用51单片机作为主控核心芯片。
AT89C51单片机
AT89C51单片机是一种常用的51内核单片机，它由半导体制造大商ATMEL公司于上世纪开发并推向市场，进入市场后迅速赢得了各界的一致好评，尤其是在高校的单片机类课程中，直到目前，它仍是教学的重点。AT89C51单片机是一种40管脚双排直插式FLASH器件，也就是说它内部的程序存储器件为FLASH型，这不同于掩膜型和RAM型，
一、 引言 1
（一） 智能定时开关插座的发展概况 1
（二） 项目主要研究内容 1
（三） 设计任务及要求 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） AD转换概述 4
（四） ADC0832模数转换器介绍 5
（五） LCD1602液晶介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
（三） ADC0832模数转换器电路设计 9
（四） 液晶屏电路设计 10
（五） 报警器模块设计 10
（六） 继电器及其驱动电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） ADC0832转换流程设计 14
（三） 液晶屏软件流程设计 14
（四） 继电器工作流程设计 15
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 部分程序 20
引言
智能定时开关插座的发展概况
随着经济的发展与电子技术的进步，智能家居已经被越来越多的人们所关注。智能家居结合了综合布线技术、医疗电子技术、网络通讯技术以及计算机技术等先进科学技术，融入了个性的需求以及满足人体工程学的原理，把家居生活中主要的以及常见的如灯光控制、煤气阀控制、地板采暖、窗帘控制、场景联动、健康保健、安防保安、卫生防疫以及信息家电等子系统合理的整合在一个主系统中，通过网络化的智能管理和控制，将一种全新的生活体验展现给用户。
智能家居是一种以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，他能够使生活变得更加舒适、节能、智能、安全和便利。其将网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术、音视频技术以及智能家居-系统设计方案安全防范技术高密度地集成，以提升家庭日程事务和住宅设施管理系统的高效性为首要目标，实现一种安全舒适并且优雅
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
系统合理的整合在一个主系统中，通过网络化的智能管理和控制，将一种全新的生活体验展现给用户。
智能家居是一种以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，他能够使生活变得更加舒适、节能、智能、安全和便利。其将网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术、音视频技术以及智能家居-系统设计方案安全防范技术高密度地集成，以提升家庭日程事务和住宅设施管理系统的高效性为首要目标，实现一种安全舒适并且优雅高调的家居生活，其对节能环保的概念也有阐述。
本文设计的智能插座也是属于智能家居的一部分，因为它融入了控制系统，能够实时地对家用电源进行管理。目前国外对智能插座的研究已经非常深入，大多采用多传感器的智能感控技术，将各种功能的小型传感器安装在智能插座的表面或者内部，通过对环境中的光照强度、温度、湿度以及供电电源的电压、波纹以及频率等相关参数进行采集，将数据传给嵌入在保护仪内部的微处理机进行处理，从而实现对插座的实时管理，对电器的保护起到重要作用。而在国内，对于智能插座的研究也渗入了各个高等院校，由于单片机以及智能技术在中国的普及，对于设计一种简单有效的智能插座已经不是难事。
项目主要研究内容
目前国际上对于智能家居的研究和开发正处于如火如荼的状态，各种新型的智能家居正在不断地投入到生产和人们的家居生活中，目前国外最著名并且技术最为成熟的当属美国的X-10家庭自动化系统，X-10目前已经在欧美国家成为一种标准协议，它主要的功能是通过一条通信协议能够将家庭中的所有电器进行集中管理，通过远程的信息交互，比如几乎人手一个的手机或者汽车，就可以直接实现对家中空调、电视以及窗帘等的开关，为人们的家居生活添加了极大的舒适性和方便性。而在国内，许多著名的电器企业也在不断地加大对智能家居的开发和研制，比如海尔电器以及美的电器，目前都已经研制出了通过手机就能遥控空调或者电视的方案。
设计任务及要求
1、完成智能插座系统的方案设计；
2、完成51最小系统、ADC0832模数转换以及液晶屏电路的硬件设计；
3、完成51单片机驱动AD以及液晶屏的软件设计；
4、完成仿真及功能调试。
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯片的管脚也多达上百个，并且是贴片式芯片，对于PCB的布局要求相当高；第三是目前网上关于STM32单片机的资料还不是很丰富，不能够保证毕业设计的顺利进行。
通过两个方案的分析和比较，可以发现51单片机虽然没有很丰富的内部资源，但是其能够极大地保证毕业设计各指标的完成，而STM32单片机虽然性能卓越，但是并不熟悉它的使用，因此本课题最终决定使用51单片机作为主控核心芯片。
AT89C51单片机
AT89C51单片机是一种常用的51内核单片机，它由半导体制造大商ATMEL公司于上世纪开发并推向市场，进入市场后迅速赢得了各界的一致好评，尤其是在高校的单片机类课程中，直到目前，它仍是教学的重点。AT89C51单片机是一种40管脚双排直插式FLASH器件，也就是说它内部的程序存储器件为FLASH型，这不同于掩膜型和RAM型，
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