文 献 综 述

1．引言

现如今，往往由于某些特殊原因给我们的生活或工作带来一些困扰和遗憾。比如：家中的水塔忘记抽水而造成生活的一时不便；学校的起床广播因值班人员睡过头而推迟广播；家中的鱼缸因太久没有供氧造成鱼儿缺氧死亡；许多球迷或者新闻爱好者因为错过了开机时间而与精彩球赛或者新闻擦肩而过；夏天里风扇的定时时间过短（一般为1个小时），不便于晚上分段定时使用等等。而上面的这些问题都可以通过定时开关插座的定时功能得到解决。

随着电器产品待机能耗的迅速增长，家庭和社会付出了太多的代价，中国节能认证中心对家庭待机能耗做过的调查显示，待机能耗占到家庭电力消耗的10％左右，仅以电视机为例，平均每台电视机的待机能耗是8.07W，按每天待机2小时大约耗电0.016度。定时开关插座能够实现定时给电器供电，在工作时间之外把电器的电源切断，这样就能解决电器的待机损耗，达到节约用电的目的。

定时开关插座是一款能在特定时间段内控制电器通、断电的开关插座。能实现24小时制时钟走时模式，在24小时制时钟模式，可以实现二组任意定时，定时时间范围最小为1分钟。本文阐述了定时开关插座的硬件电路设计、软件算法设计, 给出了自动开关插座的设计和定型方案,它可以对家中一些需要在特定时间对电器进行自动断、通电控制,而不需要拔掉插头，减少电器的待机损耗，解决生活中的一些烦恼。

2.设计方案

本次设计要求实现一个具有定时、按键设置及控制、定时时间显示等功能的定时开关插座，具体要求及指标如下：

（1）可以设定二组24小时任意定时。

（2）设定1小时内已十分钟为单位的固定时间定时。

（3）具有五个操作按键。

（4）具有日期、星期、时钟。

（5）可以通红外遥控控制。

3.方案实现

通过STC89C52单片机控制信号输出，当到达设定是时间后，输出一高电平，经过三极管放大电流，使得继电器衔铁吸合，从而控制插座的通断。其次DS1302时钟芯片与STC89C52关联，通过外部时钟计时更加准确，且可以实现年月日星期的显示。设计5个独立按钮，因为本次设计中单片机管脚占用不是很多。在本次设计中加入一个红外模块1838T，可以通过遥控器设置定时，更加方便。

1）、关于核心处理器的选择

本设计是基于单片机的设计，将单片机作为核心的处理器。应用中的单片机种类繁多，包括51系列单片机、PIC系列单片机、AVR系列单片机等等。STC89C52是宏晶公司生产的40引脚双列直插芯片，具有许多独特的优点，即体积小、重量轻、单一电源、低功耗、功能强、价格低廉、运算速度快、抗干扰能力强、可靠性高等，所以特别适用于实时测控系统，应用领域很广，已成为传统工业技术改造，各类产品跟新换代，实现自动化智能化的理想模型。

其内部包含以下功能部件：

8位CPU；

振荡器和时钟电路；

8k字节的程序存储器EPROM;

256字节的数据存储器RAM；

可寻址外部存储器和数据存储器各64字节；

20多个特殊功能寄存器；

32线并行I/O口；

一个全双工串行I/O口；

3个16位定时器/计时器；

6个中断源，2个优先级，统计中断按优先顺序查询；

具有较强功能的位处理能力；

正是由于STC89C52单片机具有以上优点，所以成为本次毕业设计所选用的处理器。

2）、关于时钟模块的选择

方案一：时钟通过使用时钟芯片来实现，控制部分通过使用单片机来实现。时钟芯片种类非常多，有内置晶振及充电电池的，也有外置晶振的，现在流行的时钟芯片有DS1302、 DS1307、PCF8485、SB2068等。使用时钟芯片可以得到准确的时钟走时，可用简单的程序实现定时开关插座的定时功能。

方案二：时钟通过单片机的内部定时器来实现时钟。单片机的内部定时器可实现较为精确的时钟走时，定时50毫秒的误差率极小，可达到定时开关插座的使用要求。使用单片机内部定时器可简化硬件电路，可以节省开支，但是编程的难度有所提高。

本次设计的时钟走时用DS1302达到定时开关插座的使用要求，时钟芯片可以使时间更准确，单片机掉电DS1302时钟芯片的时间也会准确，所以选用方案一。

3)继电器的选择

继电器工作原理及特性

（1）电磁继电器的工作原理和特性

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的常开、常闭触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为常开触点；处于接通状态的静触点称为常闭触点。

（2）热敏干簧继电器的工作原理和特性

热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

（3）固态继电器（SSR）的工作原理和特性

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另外两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。

固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，其中以光电隔离型最多。

（4）磁簧继电器

磁簧继电器是以线圈产生磁场将磁簧管发生动作的继电器，为一种线圈传感装置。因此磁簧继电器具有尺寸小、轻量、反应速度快、短跳动时间等特性。

当整块铁磁金属或者其它导磁物质与之靠近的时候发生动作，开通或者闭合电路。由永久磁铁和干簧管组成。永久磁铁、干簧管固定在一个不导磁也不带有磁性的支架上。以永久磁铁的南北极的连线为轴线，这个轴线应该与干簧管的轴线重合或者基本重合。由远及近的调整永久磁铁与干簧管之间的距离，当干簧管刚好发生动作（对于常开的干簧管，变为闭合；对于常闭的干簧管，变为断开）时，将磁铁的位置固定下来。这时，当有整块导磁材料，例如铁板同时靠近磁铁和干簧管时，干簧管会再次发生动作，恢复到没有磁场作用时的状态；当该铁板离开时，干簧管即发生相反方向的动作。磁簧继电器结构坚固，触点为密封状态，耐用性高，可以作为机械设备的位置限制开关，也可以用以探测铁制门、窗等是否在指定位置。

（5）光继电器

光继电器为AC/DC并用的半导体继电器，是发光器件和受光器件一体化的器件。输入侧和输出侧电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。

其特点为寿命为半永久性、微小电流驱动信号、高阻抗绝缘耐压、超小型、光传输、无接点等。主要应用于量测设备、通信设备、保全设备、医疗设备等。

3.1.3 继电器主要产品技术参数

（1）额定工作电压

额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压，也就是控制电路的控制电压，根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。

（2）直流电阻

直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。

（3）吸合电流

吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。

（4）释放电流

释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。

（5）触点切换电压和电流

触点切换电压和电流是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。

继电器的选用

（1）先了解必要的条件

①控制电路的电源电压，能提供的最大电流；

②被控制电路中的电压和电流；

③被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。

（2）查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。

（3）注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。

通过上面的性能了解和比较，及考虑的器件的性价比，本设计选择电磁继电器。

4）显示模块的选择

在模拟电子和数字电子中,常用显示数据的有数码管和液晶显示器。

方案一：采用LED数码管显示。虽然功耗低，控制简单，但却只能显示数字和一些简单的字符，而且显示信息少，需要较多位的数码管，占用了较多的单片机I/O口，没有较好的人机界面。

方案二：采用LCD1602液晶显示器。LCD液晶显示器是一种低功耗的显示器件，它广泛应用于工业控制、消费电子及便携式电子产品中。它不进省电，而且能够显示大量的信息，如文字、曲线、图形、动画等，其功能比数码管强大得多。

本次设计选择LCD1602，不仅可以显示时间日历，而且更加美观，功能强大。

4.结论

本设计以单片机为核心处理器，通过按键模块或遥控器设置定时，红外模块接收信号并传递给STC89C52，DS1302外部计时，220vAC转5vDC电源为继电器供电，当时间到达后，继电器吸合，插座通电，设定时间结束后，继电器释放，插座断电。从而实现设计目标。

5、参考文献

[1] 王港元.电子技能基础基础[M].成都：四川大学出版社,2001.

[2] 白驹珩,雷晓平.单片计算机及其应用[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3] 范风强,兰娟丽.单片机语言C51应用实战集锦[M].北京：电子工业出版社,2005.

[4] 沈红卫.基于单片机的只能系统设计与实现[M].北京：电子工业出版社,2005.

[5] 马忠梅,张凯.单片机的C语言应用程序设计[M]. 北京：航空航天大学出版社，2003.

[6] 汪德彪,郭杰.MCS-51单片机原理及接口技术[M].北京：电子工业出版社，2003.

[7] 张晓光.用PIC单片机制作的电源定时插座[J]. 电子制作2010年05期.

[8] 雷道仲,李书成,罗政球 .基于单片机定时开关的设计[J].科技广场，2009.

[9] 谭浩强.C语言程序设计[M].北京：清华大学出版社，2005.

[10] 康华光，陈大钦.电子技术基础模电部分[M].北京：高等教育出版社，2006.

[11] 戴佳,戴卫恒,刘博文.51单片机实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2008.

[12] 李瀚荪.电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[13] Chuck Hellebuyck.Programming PIC Microcontrollers with PICBASIC[M] 2002