智能插座开题报告.doc

附件8 XXXX 本科毕业论文（设计）开题报告课题名称： 基于单片机的智能插座的设计 姓 名： X X 学 号： 200XXXXXXXXX 专业年级： 200XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师： X X 教务处制一、课题意义现代社会电子科学技术飞速的发展，电子产品已经渗透了社会的各个领域，但人们常用的电器插线板并不具备定时开启和关闭以及过电流保护与断电保护的功能。或许就由于这些原因给我们带来的很多没必要的损失和不便，譬如：初高中上完晚自习后，空空的教室里还是灯火通明；深夜里的集体宿舍还因为未关灯而一片哗然；一些自制力较差的儿童等对象过分长时间沉迷于电视和网络等等。所以，研究定时插线板，有着非常现实的意义。对教室和宿舍集体用电的智能控制及一些网络设备所处的环境要求也越高，所有参与关键设备运行的设施都必须具有高可靠性与可用性。对电源插座而言，是所有设备用电的最后一道关口，如果它不够稳定，且缺乏足够的保护功能，将有可能导致昂贵设备被毁，甚至整个系统崩溃。因此，电源插座的安全稳定性是设备的有力保障之一。高精度、多功能、小体积、低功耗、智能化，是现代定时插线板发展的趋势。由单片机为核心的智能插座的主要特点：1) 具有定时功能。当前有的产品使用也很方便，多个电器设备可以同时使用。但是在使用的过程中具有一定的局限性。但智能插座则具有定时功能，可根据用户的使用时间需要自行设定时间。2) 过电流报警。3) 断路保护。4) 制作简单，成本低廉。采用单片机就可以实现功能，节约了大量线材和人工费用，也不用技术专家指导，普通用户就可以自行安装，一步到位。二、文献综述1.课题的渊源及演进过程插头插座是日常使用的最常见、最普通的电器附件。所有的电器要运转起来都少不了它，可以说插头插座是电器和供电之间的桥梁。电的发明，特别是后来的电器出现，迫切需要一系列的接插件与之配合，以便于使用电能。最早是没有插头插座之类产品的，为了电气连接，人们只能将电线绞拧在电源端子上。但是，随着电器的大量出现，如果每次都要绞拧电线，已太不适合需要了，而且有大量的非专业人员加入使用行列，这样就产生了很多的安全保障问题，弄不好就会造成严重的触电事故。这对电气连接提出了安全、方便、快捷的要求。在这种情况下，插头插座产品就应运而生了。早期的插头插座都很简单，且尺寸不统一，可说是五花八门，可能在一个国家内一个城市生产的一个插头，到了另一个城市就插不上当地的插座了。因此，后来世界各国都先后制定了自己统一的插头插座标准，我国则在1967年就由广州电器科学研究所为主制定了我国的第一个插头插座国家标准GB1002-67单相插头插座型式、基本参数和尺寸；又如，英国在1950就颁布了BS 546:1950250V以下电路用的有接地触头的两极插头、插座和转换器。这些强制性标准的颁布，统一了每个国家内部插头插座的型式尺寸，从一定意义上也促进了贸易的发展。插头插座产品在不断地发展，最初只是满足简单的取电需要。如50年代到70年代末，我国各省、市都有胶木电器生产厂来生产插头插座，当时的插头插座产品均是清一色的黑色酚醛树脂粉末（即电玉粉）为主。后来，伴随人民生活水平的提高、安全意识的增强，以及对美观的需要，人们对插头插座也提出了更高的要求。如，为了防止小朋友拿小棒之类的物品去塞入插座插孔而触电，就要求在插座的插套前装上保护门；在洗手间里会有大量的水，为了安全就出现了防水、防溅型的插头插座；为了房间的美观及协调，于是出现了各式各样的彩色面板的墙壁插座，等等。目前，一大批智能型、遥控型、节能型的开关插座类产品正应运而生。如，具有遥控、定时功能的开关插座；具有集中控制、场景控制、遥控等功能的智能灯光控制系统；具有编程控制、远程控制等功能的智能家电控制系统等等。地面插座、转换器、工业用插头插座、防溅开关插座、防水开关插座、防爆开关插座、漏电保护插座、防雷保护插座等新产品争奇斗妍19。 插头插座类电器附件产品也从单一的功能性发展为功能性和装饰性相结合，并日益追求操作的安全性和舒适性。这些产品出现，预示着未来插头插座类产品的发展将越来越人性化。值得一提的是，由于对外贸易的增多，国外的电器纷纷进入国内市场，但它们配的是外国的插头，与我国的插座不相兼容，即插不进我国的扁型插座中，如，从英国进口的电器有配13A大方脚插头，而美国式的电脑插头又是两扁插销带一圆形接地插棒的插头。同时，国内人员出境旅游和办事的机会增加，我们的人员带出国的电器是配扁型的插头，到了国外也是插不进它们的插座中，因为英国是方形或圆形插座、欧洲国家主要是圆形插座。自节能内开关问世以来，节能开关得到了迅速的发展，目前市场上已经出现多种有节能保护了的开关和插座等等。人们从各种途径来减少各种电器的待机功能，比如现在已经在市场上热卖的“小管家”节能环保插座。当前，针对电脑、电视机用户的各类智能插座，不仅起到很好的节电效果，还兼具治理谐波、消除浪涌、稳压防雷作用，大大增强了电器设备的使用寿命。本文介绍了一种基于AT89S52单片机的定时开关插座设计方案。该系统是通过AT89S52的定时器0和定时器1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12232显示出来。继电器的通、断通过比较继电器控制变量ray的值来确定。定时时间的开始或者停止是通过每分钟比较一次开始时间数组begin和结束数组end来确定，并在开始时对ray进行加1操作，在结束时对ray进行减1操作(ray的值不会出现负值)；当ray为0时继电器开关断开，非0时接通10。通过控制继电器的通断可以达到控制插座通断的目的。2国内外对本课题的研究现状和有待解决的问题1) 对软件的多次反复的调试；2) 极性电容接反而造成爆电容的现象11；3) LCD的亮度，太亮了增加能耗，白天较暗显示不清楚；4) 当多组定时有重叠的部分时容易损坏负载的现象；5) 稳压管散热不佳问题；6）继电器正常工作允许通过的电流太小，电流偏大时会引起单片机系统重启。3笔者对目前设计的评述目前利用单片机作为核心元件的智能插座装置比较少见,由于利用到单片机技术在实际上运用会比较浪费，另一方面单片机的成本也比较高，并且程序的编写也是比较麻烦的，很少有设计者作这方面的设计。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；一些小孩子过度沉迷于电视和网络；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12。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6组24小时内的任意定时（任务计划5组），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。三、课题研究内容与方法设计内容：1、 智能插座的硬件结构及电路连接图通过查找资料进行方案论证和选择，可以确定出定时开关插座系统的整体构成，本系统的系统框图如图一所示。本设计是以AT89S52单片机为核心，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，显示时钟、模式、定时时间、定时组别等信息；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13。AT89C52单片机电源设置键盘液晶显示继电器复位驱动电路晶振图一 系统原理框图2、 设计智能插座系统程序这次设计可以用C语言编程序，也可以用汇编语言编程序，由于本次设计中程序涉及到定时和复杂的逻辑控制，系统用C语言编写程序。此次设计所选用的单片机是AT89S52单片机，其C语言语法和结构和标准C语言基本相同，只是有了相应的扩充，用到的编译软件是Keil C14。下面结合我的程序编译简要介绍以下Keil C的编译环境的特点。3、 析各元器件参数对插座的影响硬件单元电路制作好后，在上电之前，应该先用万用表对各个独立元件进行检查，在排除了虚焊、短路、断路等问题后再通电进行电路功能的调试15。4、 析整个智能插座电路的工作流程该系统采用51单片机AT89S52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LCD12232显示出时钟及定时时间等信息。方法：设计分析法、对比研究法四、课题研究进度安排2011年11月3日至2011年11月26 日：查阅相关的资料，进一步学习相关知识，初步形成控制系统模型，完成论文开题报告；2011年11月27日至2012年 1月29日：进行调研，对单片机控制系统模型进行论证，确定单片机控制系统模型；2012年 1月30日至2012年 3月23日：进行单片机控制系统的各模块子电路设计，完成原理图和PCB的制作，编制软件，最终完成组装和调试；2012年3月24日至2012年 5月16日：撰写毕业设计论文，准备毕业答辩。五、主参考文献目录 1徐伟.智能插座在智能家居系统中的设计和应用J.中国仪器仪表，2010，(10)2黄界.基于AVR的智能节能插座的设计J.现代电子技术，2010,(12)3王啸东.智能避雷定时插座的设计J.电工电气，2010，(05)  4张凯.新型数字节能功率分配型智能插座的设计实现J.电子设计应用，2009，(07)5温铁钝 , 孙键国, 张天宏. 无线遥控智能插座的设计J. 测控技术 , 2003,(10) 6方佩敏. 智能插座DS1213BJ. 今日电子 , 1996,(Z1) 7王宏. 智能节电插座 省电就是省钱J. 现代营销(创富信息版) , 2008,(07)8杨妤. 打破行业格局 纽曼自创“节电插座”J. 中国品牌与防伪 , 2007,(10)9高全.节能插座J.生意通，2005，(10)10张运波，刘淑荣.工厂电气控制技术M.北京:高等教育出版社,2004.11燕庆明.电路分析教程M.北京:高等教育出版社,2007.12姚文轩.多功能智能插座设计J.企业技术开发，2010,(11)13张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用M. 北京: 高等教育出版社, 2010.14谭浩强.C程序设计M.北京:清华大学出版社，2005.15殷志坚.电子工艺实训教程M.北京:北京大学出版社，2007.9 注：本表装入学生资料袋。