基于ATMEGA8單片機的智能定時節(jié)能插座的設計

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摘要：現代社會，隨著人們生活水平和生活節(jié)奏的加快，人們對生活的質量和要求都有很大程度的提高。因此，我設計了一種節(jié)能的插座來實現節(jié)約電能且方便人們的生活。 

關鍵詞：電器；智能定時；節(jié)能插座  中圖分類號：te08文獻標識碼：a 文章編號：  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備早餐，晚上不得不冒著寒冷起來拔手機充電器，當全家外出旅游時能否有開關自動模擬有人在家一樣開一會電燈，以及越來越多的電子產品待機所帶來的能源消耗等問題。人們確實需要一種節(jié)能的插座來實現節(jié)約電能且方便人們的生活，然而這些都可以通過設計一個簡單廉價的插座加以解決，我的設計正基于這一點——為人們生活的實際需要。  一、設計思路  在本設計制作中，為了用戶的使用方便，我設置了便于用戶定時的四路鍵盤按鈕，分別可以用來進行模式設置，時間的加模式和時間的減模式，以及退出設置模式的輸入操作。用戶可以隨時對插座進行隨意定時，設定自己所需要的開啟時間和結束時間點。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，我設計了兩路定時插孔和一路普通插孔，兩路定時插孔和普通插孔相互獨立，而且我設計了相應的指示燈來方便用戶區(qū)分。單片機會根據用戶的時間點來控制兩路繼電器，通過繼電器的開啟和關閉來斷開或接通強電電路，從而控制兩路定時插孔的開與關。同時我設計用液晶顯示屏來顯示時間，產品美觀大方。  為了滿足設計的要求，設計共采用了五個電路模塊，總體設計思路如下圖1所示。其中atmega8單片機為控制系統(tǒng)的核心，時鐘電路模塊選用ds1302芯片完成。  圖1總體設計思路  二、硬件設計  2.1．單片機小系統(tǒng)設計  根據電路要實現的電路功能，采用atmel公司推出的一款新型avr高檔單片機atmega8，atmega8是一種非常特殊的單片機，它的芯片內部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路，具備avr高檔單片機mega系列的全部性能和特點。avr單片機的核心是將32個工作寄存器和豐富的指令集聯結在一起，所有的工作寄存器都與alu（算術邏輯單元）直接相連，實現了在一個時鐘周期內執(zhí)行一條指令同時訪問（讀寫）兩個獨立寄存器的操作。這種結構提高了全碼效率，使得大部分指令的執(zhí)行時間僅為一個時鐘周期，運行速度比普通單片機高出10倍。  2.2．時鐘電路模塊的設計  時鐘電路是為單片機提供準確的時鐘信號而達到在單片機實現定時控制時的時鐘參考。為了參考時間信號的準確性和長期使用性我采用時鐘芯片ds1302。它是美國dallas公司推出的低功耗實時時鐘芯片。它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5v～5.5v。采用三線接口與cpu進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或ram數據。ds1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的ram寄存器。ds1302是ds1202的升級產品，與ds1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。  2.3．外部控制電路模塊的設計  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、開關速度快、輸出接通電阻穩(wěn)定、抗干擾能力強、對外界干擾小、壽命長、工作可靠性高等突出的特點。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計  顯示模塊采用具有功耗小、重量輕，體積小、價錢低廉等優(yōu)點的nokia 3310點陣液晶顯示器。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，分辯率達到84*48點，而且具有spi串接口，占用io資源少，硬件連接方便，驅動簡單，顯示效果好等特點。  鍵盤輸入模塊設計采用軟件參數設置制作成菜單形式，大大減少了按鍵的用量，所以，硬件上沒有采用矩陣式鍵盤，數量也只設置成4個，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，我設計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設計原理圖后，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、軟件設計  為了實現能夠通過鍵盤的任意定時，而且避免系統(tǒng)在工作時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),我在設計軟件時使用了軟件看門狗技術。程序主要分為兩個部分主流程圖和中斷處理流程圖，它們分別完成設計中的時間設置和控制處理。設計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)的硬件設計、軟件設計與調試，系統(tǒng)的硬件制作和安裝調試，系統(tǒng)的各項性能都達到了預期的控制目標。制作的智能定時節(jié)能插座如圖6所示。  圖6智能定時節(jié)能插座  設計是為制作服務的，制作又是為用戶服務的，我的設計制作真正實現了它的設計價值，它可以給手機或mp3充電達到用戶省心，而又保護用電器節(jié)能的效果。它可以幫助人們自動做好早餐，中餐，晚餐，是做家務的好幫手。它還可以有效防止待機能耗，達到真正節(jié)能的目的。所以我充分地相信這是一個充滿市場前景的產品，相信以后會真正地傳替到千家萬戶之中，真正成為一個能為建設資源節(jié)約型的人性話社會做出它的貢獻。  參考文獻：  [1] 高吉祥.數字系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)設計[m].北京:電子工業(yè)出版社,2007  [2] 巴雷特，古爾(美)，周俊杰(譯).嵌入式c編程與atmel avr[m].北京:清華大學出版社,2003  [3] 張軍.avr單片機應用系統(tǒng)典型實例[m].北京:中國電力出版社,2005  注：文章內所有公式及圖表請用pdf形式查看。