基于单片机的定时开关插座的设计与制作

【摘要】定时开关插座可用于电饭煲、饮水机、电视机、电脑、电动车电池的充电、定时开关电热毯等需要定时供电的场合。定时开关插座的使用能够做到节能、安全、方便等。本设计以单片机为核心控制芯片，通过时钟电路来实现时钟的24小时制或者100小时制的时钟走时，并通过液晶12864显示出来，通过控制继电器的通断可以达到控制开关插座通断的目的。定时开关插座包括电源电路、键盘、单片机控制电路、液晶12864显示、继电器工作电路等。该定时开关插座能够设定六组定时时间值。具有开始/停止操作按键，并且具有定时时间显示和时钟显示等功能。该定时开关插在具有使用灵活，操作简单，成本低，使用安全等优点。

【关键词】定时开关插座;AT89S52;继电器

随着现代电器产品增多，而且大部分存在着待机能耗问题，并且呈日趋增长态势，家庭和社会为此浪费了太多的资源。中国节能认证中心对日常的家庭待机能耗做过详细的调查显示，仅待机能耗这一项就大约占到家庭电力消耗的10%。定时开关插座能够实现定时给电器供电，在不需要时可以把电器的电源准时切断，这样就能减少很大部分电器的待机损耗，从而达到节能的目的。

定时开关插座是能根据用户需要自定义时间来控制电器通、断电的开关插座[1][2]。能实现24小时制和100小时制两种时钟走时模式，在24小时制时钟模式，可以实现6组24小时内的任意定时，定时时间范围最小为1分钟;在100小时制时钟模式，可以实现6组100小时内的任意定时，定时时间范围最小也是1分钟。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。

图1 系统整体设计框架图

1.系统的硬件设计与实现

1.1 系统设计框架图

本设计是以STC12C5A60S2单片机为核心[3]，以设置键盘设置时钟时间、定时时间、模式选择、开始、停止等功能。单片机控制继电器来控制电器插座的通、断，以达到控制电器的通、断。定时时间范围内导通电器插座，实现给电器供电，其他时间则断开。电源提供给单片机5V直流电，有交流220V转为直流5V供电和干电池供电两部分，可对系统实现不间断供电。液晶显示模块，在设置键盘没有输入时，显示温馨提示请按下启动键：B/S进入人机交换界面等信息;当键盘设置开始时，显示出当前设置的变化。复位能实现系统的硬件复位。系统整体设计框架图如图1所示。

1.2 系统硬件设计设计原理

整个系统的硬件设计可以分为四个模块：电源电路、单片机最小系统及液晶显示、继电器工作电路、键盘电路。电源电路为整个系统供电，包括单片机STC12C5A60S2、继电器、键盘、LCD12864及其他电路[4]。电源电路分两个部分：（1）由220V交流电经变压器和7805稳压电路转为5V直流电给系统供电;（2）由3节干电池作为储备电源，在交流电失效时给系统供电，以确保单片机的正常运行。在电源电路给系统供电时，绿色指示灯点亮，只是当前供电正常。单片机最小系统部分是整个系统的智能控制部分，也是整个系统的核心部分。单片机在实现时钟的同时，也负责键盘检测，驱动液晶显示，实现定时功能。液晶在单片机的控制下显示时钟、定时组别及定时时间的信息。继电器在单片机的控制下实现通、断，从而达到控制插座通、断电的目的。

图2 主程序软件流程图

2.程序流程设计

在本次设计中，主程序主要是在单片机的控制下，对键盘的输入信息进行存储分析，驱动液晶显示出相关信息，并通过对比分析定时时间与时钟，控制继电器的通、断，从而达到控制插座的通、断电。在这个过程中，单片机首先进行初始化，包括设置单片机各个端口的方向，各个变量的初始化，液晶显示初始化、继电器断开以及单片机振荡频率的校准等。单片机每分钟对定时时间和时钟进行一次比较。

为了实现时钟走时与所在地时间走时一致和满足定时的要求，设定了时钟设置和定时设置功能。时钟设置和定时设置用同一个函数实现，通过判断按键的值和所按下的按键来确定所设置的内容。KEY5按键选择定时设置、时钟设置。KEY6、KEY7按键是实现定时组别的选择，KEY4、KEY8按键是实现左移右移功能。整个系统软件设计的流程图如图2所示[5]。

3.结论

本设计定时开关插座采用STC系列单片机STC12C5A60S2编程控制继电器的通、断来实现控制插座的通、断电，而继电器的通、断由定时组别确定。在定时范围内继电器导通，否则断开。并用LCD12864显示出时钟及定时时间等信息。当时钟走到定时开始时间时，继电器接通，插座给负载供电;时钟走到定时结束时间时，继电器断开，插座停止给负载供电。本次设计的定时开关插座自动化程度较高，符合定时开关插座的发展方向。系统适用于日常家庭电器供电，如：给电风扇定时供电，给水塔定时抽水等等，具有较高的实用价值。

参考文献

[1]姜志海，黄玉清，刘连鑫，冯占英.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.

[3]李瀚荪.电路分析基础[M].北京：高等教育出版社， 2006.

[4]张晓光.用PIC单片机制作的电源定时插座[J].电子制作，2010（05）.

[5]王港元.电子技能基础基础[M].成都：四川大学出版社，2001.

基金项目：贺州学院项目（项目编号：hzxyjpkc 1009;hzxyxyq201304）。

作者简介：张红燕（1978―），女，副教授，研究方向：电子通信系统设计和粒子滤波技术在移动通信中的应用等。