基于ATMEGA8單片機(jī)的智能定時(shí)節(jié)能插座的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：電器；智能定時(shí)；節(jié)能插座 

中圖分類號(hào)：te08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)： 

引言： 

隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，各種各樣的用電器也涌入到人們的日常生活之中，人們對各種用電器和不可或缺的插座的要求也跟著水漲船高。在日常生活中，一些家庭瑣事常常困擾著人們的生活。人們不得不早起去準(zhǔn)備早餐，晚上不得不冒著寒冷起來拔手機(jī)充電器，當(dāng)全家外出旅游時(shí)能否有開關(guān)自動(dòng)模擬有人在家一樣開一會(huì)電燈，以及越來越多的電子產(chǎn)品待機(jī)所帶來的能源消耗等問題。人們確實(shí)需要一種節(jié)能的插座來實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能且方便人們的生活，然而這些都可以通過設(shè)計(jì)一個(gè)簡單廉價(jià)的插座加以解決，我的設(shè)計(jì)正基于這一點(diǎn)——為人們生活的實(shí)際需要。 

一、設(shè)計(jì)思路 

在本設(shè)計(jì)制作中，為了用戶的使用方便，我設(shè)置了便于用戶定時(shí)的四路鍵盤按鈕，分別可以用來進(jìn)行模式設(shè)置，時(shí)間的加模式和時(shí)間的減模式，以及退出設(shè)置模式的輸入操作。用戶可以隨時(shí)對插座進(jìn)行隨意定時(shí)，設(shè)定自己所需要的開啟時(shí)間和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)。在本制作中，為方便用戶在多用電器和不同需要的情況下來使用，我設(shè)計(jì)了兩路定時(shí)插孔和一路普通插孔，兩路定時(shí)插孔和普通插孔相互獨(dú)立，而且我設(shè)計(jì)了相應(yīng)的指示燈來方便用戶區(qū)分。單片機(jī)會(huì)根據(jù)用戶的時(shí)間點(diǎn)來控制兩路繼電器，通過繼電器的開啟和關(guān)閉來斷開或接通強(qiáng)電電路，從而控制兩路定時(shí)插孔的開與關(guān)。同時(shí)我設(shè)計(jì)用液晶顯示屏來顯示時(shí)間，產(chǎn)品美觀大方。 

為了滿足設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)共采用了五個(gè)電路模塊，總體設(shè)計(jì)思路如下圖1所示。其中atmega8單片機(jī)為控制系統(tǒng)的核心，時(shí)鐘電路模塊選用ds1302芯片完成。 

圖1總體設(shè)計(jì)思路 

二、硬件設(shè)計(jì) 

2.1．單片機(jī)小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

根據(jù)電路要實(shí)現(xiàn)的電路功能，采用atmel公司推出的一款新型avr高檔單片機(jī)atmega8，atmega8是一種非常特殊的單片機(jī)，它的芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路，具備avr高檔單片機(jī)mega系列的全部性能和特點(diǎn)。avr單片機(jī)的核心是將32個(gè)工作寄存器和豐富的指令集聯(lián)結(jié)在一起，所有的工作寄存器都與alu（算術(shù)邏輯單元）直接相連，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令同時(shí)訪問（讀寫）兩個(gè)獨(dú)立寄存器的操作。這種結(jié)構(gòu)提高了全碼效率，使得大部分指令的執(zhí)行時(shí)間僅為一個(gè)時(shí)鐘周期，運(yùn)行速度比普通單片機(jī)高出10倍。 

2.2．時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì) 

時(shí)鐘電路是為單片機(jī)提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)而達(dá)到在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制時(shí)的時(shí)鐘參考。為了參考時(shí)間信號(hào)的準(zhǔn)確性和長期使用性我采用時(shí)鐘芯片ds1302。它是美國dallas公司推出的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。它可以對年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5v～5.5v。采用三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級(jí)產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 

2.3．外部控制電路模塊的設(shè)計(jì) 

為了滿足電路的需求，我采用固體繼電器943-1c-5ds。它具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有與邏輯電路兼容、開關(guān)速度快、輸出接通電阻穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、對外界干擾小、壽命長、工作可靠性高等突出的特點(diǎn)。優(yōu)化了外部控制電路的特性。 

2.4.顯示模塊和鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì) 

顯示模塊采用具有功耗小、重量輕，體積小、價(jià)錢低廉等優(yōu)點(diǎn)的nokia 3310點(diǎn)陣液晶顯示器。它的控制芯片都是飛利浦的pcd8544（控制芯片直接集成在lcd玻璃的背面），指令相互全兼容，分辯率達(dá)到84*48點(diǎn)，而且具有spi串接口，占用io資源少，硬件連接方便，驅(qū)動(dòng)簡單，顯示效果好等特點(diǎn)。 

鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)采用軟件參數(shù)設(shè)置制作成菜單形式，大大減少了按鍵的用量，所以，硬件上沒有采用矩陣式鍵盤，數(shù)量也只設(shè)置成4個(gè)，使繁瑣的操作變?yōu)楹唵伟存I操作。用戶使用更方便。 

綜合上述各方面的考慮，我設(shè)計(jì)的總電路原理圖如圖2所示 

圖2電路原理圖 

 

2.6電路pcb板圖 

通過用protel設(shè)計(jì)原理圖后，我通過對元器件的封裝等步驟后得到了pcb板圖。再通過打孔，顯影，腐蝕等一系列步驟成功的制作了電路板。電路pcb板圖如下圖3所示 

圖3電路pcb板圖 

三、軟件設(shè)計(jì) 

為了實(shí)現(xiàn)能夠通過鍵盤的任意定時(shí)，而且避免系統(tǒng)在工作時(shí)受來自外界電磁場的干擾,造成程序的跑飛,而陷入死循環(huán),我在設(shè)計(jì)軟件時(shí)使用了軟件看門狗技術(shù)。程序主要分為兩個(gè)部分主流程圖和中斷處理流程圖，它們分別完成設(shè)計(jì)中的時(shí)間設(shè)置和控制處理。設(shè)計(jì)中主程序流程圖如圖4所示，中斷處理流程圖如圖5所示： 

圖4 主流程圖 

圖5中斷處理流程圖 

四、結(jié)論 

我通過對用戶需求的分析、通過方案論證、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試，系統(tǒng)的硬件制作和安裝調(diào)試，系統(tǒng)的各項(xiàng)性能都達(dá)到了預(yù)期的控制目標(biāo)。制作的智能定時(shí)節(jié)能插座如圖6所示。 

圖6智能定時(shí)節(jié)能插座 

設(shè)計(jì)是為制作服務(wù)的，制作又是為用戶服務(wù)的，我的設(shè)計(jì)制作真正實(shí)現(xiàn)了它的設(shè)計(jì)價(jià)值，它可以給手機(jī)或mp3充電達(dá)到用戶省心，而又保護(hù)用電器節(jié)能的效果。它可以幫助人們自動(dòng)做好早餐，中餐，晚餐，是做家務(wù)的好幫手。它還可以有效防止待機(jī)能耗，達(dá)到真正節(jié)能的目的。所以我充分地相信這是一個(gè)充滿市場前景的產(chǎn)品，相信以后會(huì)真正地傳替到千家萬戶之中，真正成為一個(gè)能為建設(shè)資源節(jié)約型的人性話社會(huì)做出它的貢獻(xiàn)。 

參考文獻(xiàn)： 

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用pdf形式查看。