遥控定时插座论文.doc
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1、 山东大学(威海)机电与信息工程学院挑战杯课题名称 遥控定时插座 专 业 测控技术与仪器 班 级 10级 学 号 201000800011 姓 名 胡旭东 2013年 3 月 20 日目录1摘要.32. 前言.43.市场前景.53.1 宏观环境分析. .53.2 微观环境分析53.3遥控定时插座与传统插座优劣势比较.53.4遥控定时插座市场营销策略.54.系 统 设 计.74.1系统设计任务.74.2系统设计方案选择.74.2.1单片机芯片的选择.74.2.2显示模块选择.74.2.3继电器选择.84.2.4按键的选择.84.2.5红外遥控控制方案选择.85.硬件电路设计及工作原理.95.1主
2、控制器MSP430.95.2升压电路105.3LCD显示电路125.4红外遥控电路165.5继电器电路186.软件设计.186.1计时程序的编写196.2 LCD显示电路的编写.216.3 主程序的编写.257.系统调试.277.1电路设计前期工作277.2软件部分的调试277.3设计结果287.4设计中存在的不足及其改进288. 结 束 语.299.参考文献29附录1 程序.301.摘 要随着家用电器的越来越普及和人们生活节奏的加快,人们对电器的依赖性进一步提高,对电器的定时需求也进一步增大。定时开关插座可对路灯、广告灯、电饭煲、饮水机、水族箱、电热水器、电热毯、抽水机排气扇空调机、防盗器、
3、台灯等多数用电器进行定时控制。本设计主要是解决普通家电的智能化控制,主要描述一个遥控定时插座的设计与制作。该定时插座可以弥补现实生活中普通插座功能的不足,能够通过外设按键或遥控器设置插座的供电时间,使外接电器可以按照一定规律工作,既可以达到智能控制的目的,又在很大程度上起到节能的作用。关键词MSP430;定时;插座;红外遥控;继电器;LCD1602AbstractThis paper mainly describes the design and production of a timing socket. The timing socket could compensate for the
4、shortage of the common socket .It also could set any timding in a day and six grouds of fast timing by the key.At the same time,it could also be remotly controlled through infrared remote control so that home applianes could work according to certain rules.In this way, it can achieve the purpose of
5、being intelligently controlled and will largely save the electric energy. Key WordsMSP430; Timing; Socket; Infrared; relay; LCD16022.前 言电,是现代人生活中,不可或缺的能源。近年来地球气候日益变暖,国家也越来越提倡节能减排、绿色环保,节约用电正作为一个新的方面纳入议题,各种节能、节电产品层出不穷,这在一定程度上也促进了我国节能环保事业的发展,然而,这些产品的节电程度如何,怎样在已有的基础上进一步做到节电,这仍旧是我们不断追求的。根据对现今市场上已经存在的节电设备
6、以及对部分用电产品的考查,我们提出了定时插座的想法,解决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。定时插座可对任何电器进行定时控制,方便我们的日常生活。3.市 场 前 景3.1 宏观环境分析 近年来,随着我国科学发展观的贯彻执行,绿色的发展理念正在被越来越多控制
7、能源消费总量,改善环境质量,维护人民健康。在倡导节能减排的宏观经济环境下,遥控定时插座一经推广,必然会受到企业的支持,因而有着广阔的发展前景。3.2 微观环境分析随着人们文化素质的不断提升,绿色消费理念在人们的脑海中逐渐萌芽。遥控定时插座在节能的同时也能减少消费者的电费支出,因而与传统的插座相比,遥控定时插座有着巨大的优势。3.3遥控定时插座与传统插座优劣势比较优势劣势遥控定时插座节电可保护电池,延长电池寿命能够实现远距离遥控成本相对较高传统插座成本相对较低费电损害电池无法远距离遥控3.4遥控定时插座市场营销策略在电器普及的今天,插座作为一种日常生活用品,存在于家家户户。因而我们所研发的遥控定
8、时插座的目标消费者为普通老百姓。任何需要插座的人都是我们的潜在顾客。针对改进的新产品,我们设计了如下市场营销策略。3.4.1产品策略 我们所研发的遥控定时插座属于在原有普通插座上加以改进而来的新产品。与传统插座相比,该款插座可以定时断电,减少了电能的损耗,延长了电器的电池寿命。同时,其附带的遥控板也可以实现远程控制,为消费者带来了巨大的便利性。为了是其能够在市场上顺利的得意推广,我们认为应该在保证以上功能的前提下提高产品质量,增强产品的安全性,并尽可能的将其打造成一个插座行业的知名品牌。3.4.2价格策略在定价时,我们采用成本定价和竞争导向定价相结合的定价方法,在考虑成本、保证利润的前提下,尽
9、量缩小与普通插座的价格差别。虽然我们所研发的遥控定时插座在成本上会高于普通插座,但是因为它属于日常消费品,有着众多的目标顾客和巨大的市场空间,因而可以通过大规模标准化批量生产减少其成本,尽量缩短其与普通插座的价差。3.4.3分销策略 在分销渠道的选择上,我们会利用普通插座的分销渠道,如各个商店、超市、小卖店等,做到只要有普通插座的地方就有遥控定时插座。3.4.4 促销策略 在新产品刚推入市场时,我们会选择公共关系和广告等促销策略。通过权威部门对节能减排的呼吁和在电视上做一些公益广告来达到初期扩大产品知名度的需要。4.系 统 设 计4.1系统设计任务 设计一个以单片机MSP430控制的定时开关插
10、座,要求能控制一路220V/10A的插座,使其可以在24小时内能预先设定定时范围,控制用电器具的自动关闭,同时还能通过红外遥控随时控制插座的开关,从而达到方便、智能、节电的目的。4.2系统设计方案选择4.2.1单片机芯片的选择与其余厂家的MCU比较可得,MSP430是一款非常低功耗的单片机。MSP430 单片机具有超低的功耗,是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。首先,MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时,芯片的电流最低会在165A左右,RAM 保持模式下的最低功耗只有0.1A。其次,独特的时
11、钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统:基本时钟系统、锁频环(FLL 和FLL+)时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器(32768Hz),也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下,打开和关闭,从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时开启的功能模块不同,即采用不同的工作模式,芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPM0LPM4)。在实时时钟模式下,可达2.5A ,在RAM 保持模式下,最低可达0.1A .4.2.2显示模块选择采用LCD1602液晶显示
12、。LCD1602液晶能够同时显示16*02即32个字符,1602液晶显示模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等。4.2.3继电器选择采用SONGLE SRD-05VDC-SL-C继电器。该继电器最大可以耐压交流250V,最大可通过10A的交流电流。继电器输出一般都是弱电控制的强电,普通继电器相当于一个单刀双掷开关,控制外部电路的有三个管脚,不通控制电流时(默认状态)中间管脚接通一个左边管脚,通入控制电流时中间管脚接通右边管脚,继电器的吸合是要电流作用于电磁铁,由于这个电流不小,所以单靠单片机
13、I/O口是不足以使继电器吸合的,应该加一个驱动(起功率放大作用,给继电器提供足够的电流),再单片机用I/0口来控制驱动。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用,实现小电压控制大电压的目的。4.2.4WiFi模块的选择 由于自主开发wifi模块成本较高,所以采用市场上已有的wifi模块TI CC3200方案:采用TI方案,品质和供货均有保证,基于ARM Cortex-M4内核,运行频率高达80MHz;超低功耗:在网功耗低至3.5mA,深度休眠最低25uA;插座采用无线通信与联网,然后数据通过云端进行控制,手机通过联网来进行管理。在传统插座端集成无线通信模组,连接到家里的路由器,通过路由
14、器把数据分享到小米云端,手机通过登录小米云端进行控制。开放SDK:TI CC3200是一颗强大的MCU,可以直接用内部资源而省掉外部的单片机,支持用户根据TI的SDK自行开发,后期也支持利用“有人”封装的SDK二次开发;超小尺寸:只有一个拇指大小,18.22*26.65*2.8(mm);高速UART:波特率最高支持3M bps;Simplelink:一键联入Wi-Fi网络;4.2.5红外遥控控制方案选择本系统采用已编码的38kHz红外遥控器发射接收模块,介于自制红外编码发送接收模块的设计复杂,成本也会增加不少,因而采用已编码完成的红外遥控器和红外接收管实现红外控制的目的。5.硬件电路设计及工作
15、原理 定时插座系统在未设置任何定时的时候显示界面00:00:00,通过App应用可设置在24小时内的定时模式,控制插座的开关,从而控制外部电器的工作与否。红外遥控要实现的就是通过App应用控制定时开关插座的定时功能。 总体的硬件电路框图如下图所示:MSP430内部时钟计时模块继电器模块红外接收模块液晶显示模块WiFi网络模块5V稳压模块5.1主控制器MSP430MSP430系列单片机是一个16位的单片机,采用了精简指令集(RISC)结构,具有丰富的寻址方式(7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址)、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还
16、有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 运算速度快MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下,实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加运算)相配合,能实现数字信号处理的某些算法(如 FFT 等)。 超低功耗内部时钟计时模块:8031中的计数器除了可以作为计数之用外,还可以用作时钟,时钟的用途当然很大,如打铃器,电视机定时关机,空调定时开关等等,那么计数器是如何作为定时器来用的呢?一个闹钟,我将它定时在1个小时后闹响,换言之,也可以说是秒针走了(3600)次,所以时间就转化为秒针走的次数的,也就是计数的次数了,可
17、见,计数的次数和时间之间的确十分相关。那么它们的关系是什么呢?那就是秒针每一次走动正好是1秒。 图1 MSP430单片机引脚图5.2升压电路当前3.3V供电的系统已经十分常见了,并且差不多超过了5V供电系统的应用,而5V系统依然存在,这就造成了现在许多系统中出现3.3V供电和5V供电同时存在的现象,这也就给我们提出了对3.3V和5V两种电平进行相互转换的课题。3.3V向5V的转换因为3.3V和5V系统的逻辑电平是统一的,所以大多数场合是不需要做转换。但是在一些特殊的场合,特别是一些需要5V驱动的场合,就必须要求实现3.3V向5V的完全转换。比较简单的分离电路如下: 图2 电压转换电路图从图中我
18、们可以看出,关键在于二极管的应用。当逻辑低电平,即3.3IN = 0V时,二极管导通,5OUT = 0.6V符合要求,这是不难理解的。关键是当逻辑高电平,即3.3IN = 3.3V时,二极管能截至吗?如果能截至则5OUT = 5V。因为我们平常受发光二极管点亮需要几mA电流的影响,当我们一算导通电流是(5-3.3-0.6)/10K = 0.11mA时,则会认为此时电流太小二极管是不会导通的,即此时二极管是截至的。但是,如果我们翻一下模电的书,我们就会发现,二极管根本不存在导通电流这样一个概念,只是存在正向导通电压这样的特性。这其实要从二极管的基本概念和构造说起,二极管在物理上是一个PN结,PN
19、结之间只要加上超过门槛值的正向电压就可以出现电子的流动。这一点,我们从二极管的伏安特性曲线上也可以看出。图3 二极管I-V曲线普通的二极管比如IN4148的正向导通电压为1V,也就是说只要在二极管的正负极加上的正向电压超过1V则二极管就会导通。在上面的系统中5-3.3-0.6 = 1.1 1V。因此,当3.3IN = 3.3V时,图中的二极管肯定会导通的,输出 3.3V = 5OUT = 3.9V。那么,我们上面的电路不能实现3.3V向5V的转换了吗?通过上面的分析,我们可以发现用普通的二极管是肯定不能实现的,但是我们忘了我们还有另外一种熟悉的二极管,就是我们上面曾经提到过的发光二极管,它的基
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