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附件8 XXXX 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告 課題名稱： 基于單片機(jī)的智能插座的設(shè)計(jì) 姓 名： X X 學(xué) 號(hào)： 200XXXXXXXXX 專業(yè)年級(jí)： 200XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指導(dǎo)教師： X X 教務(wù)處制 一、課題意義 現(xiàn)代社會(huì)電子科學(xué)技術(shù)飛速的發(fā)展，電子產(chǎn)品已經(jīng)滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，但人們常用的電器插線板并不具備定時(shí)開啟和關(guān)閉以及過電流保護(hù)與斷電保護(hù)的功能?；蛟S就由于這些原因給我們帶來的很多沒必要的損失和不便，譬如：初高中上完晚自習(xí)后，空空的教室里還是燈火通明；深夜里的集體宿舍還因?yàn)槲搓P(guān)燈而一片嘩然；一些自制力較差的兒童等對(duì)象過分長(zhǎng)時(shí)間沉迷于電視和網(wǎng)絡(luò)等等。 所以，研究定時(shí)插線板，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。對(duì)教室和宿舍集體用電的智能控制及一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所處的環(huán)境要求也越高，所有參與關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行的設(shè)施都必須具有高可靠性與可用性。對(duì)電源插座而言，是所有設(shè)備用電的最后一道關(guān)口，如果它不夠穩(wěn)定，且缺乏足夠的保護(hù)功能，將有可能導(dǎo)致昂貴設(shè)備被毀，甚至整個(gè)系統(tǒng)崩潰。因此，電源插座的安全穩(wěn)定性是設(shè)備的有力保障之一。高精度、多功能、小體積、低功耗、智能化，是現(xiàn)代定時(shí)插線板發(fā)展的趨勢(shì)。 由單片機(jī)為核心的智能插座的主要特點(diǎn)： 1) 具有定時(shí)功能。當(dāng)前有的產(chǎn)品使用也很方便，多個(gè)電器設(shè)備可以同時(shí)使用。但是在使用的過程中具有一定的局限性。但智能插座則具有定時(shí)功能，可根據(jù)用戶的使用時(shí)間需要自行設(shè)定時(shí)間。 2) 過電流報(bào)警。 3) 斷路保護(hù)。 4) 制作簡(jiǎn)單，成本低廉。采用單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)功能，節(jié)約了大量線材和人工費(fèi)用，也不用技術(shù)專家指導(dǎo)，普通用戶就可以自行安裝，一步到位。 二、文獻(xiàn)綜述 1.課題的淵源及演進(jìn)過程 插頭插座是日常使用的最常見、最普通的電器附件。所有的電器要運(yùn)轉(zhuǎn)起來都少不了它，可以說插頭插座是電器和供電之間的橋梁。電的發(fā)明，特別是后來的電器出現(xiàn)，迫切需要一系列的接插件與之配合，以便于使用電能。最早是沒有插頭插座之類產(chǎn)品的，為了電氣連接，人們只能將電線絞擰在電源端子上。但是，隨著電器的大量出現(xiàn)，如果每次都要絞擰電線，已太不適合需要了，而且有大量的非專業(yè)人員加入使用行列，這樣就產(chǎn)生了很多的安全保障問題，弄不好就會(huì)造成嚴(yán)重的觸電事故。這對(duì)電氣連接提出了安全、方便、快捷的要求。在這種情況下，插頭插座產(chǎn)品就應(yīng)運(yùn)而生了。 早期的插頭插座都很簡(jiǎn)單，且尺寸不統(tǒng)一，可說是五花八門，可能在一個(gè)國家內(nèi)一個(gè)城市生產(chǎn)的一個(gè)插頭，到了另一個(gè)城市就插不上當(dāng)?shù)氐牟遄?。因此，后來世界各國都先后制定了自己統(tǒng)一的插頭插座標(biāo)準(zhǔn)，我國則在1967年就由廣州電器科學(xué)研究所為主制定了我國的第一個(gè)插頭插座國家標(biāo)準(zhǔn)GB1002-67《單相插頭插座型式、基本參數(shù)和尺寸》；又如，英國在1950就頒布了BS 546:1950《250V以下電路用的有接地觸頭的兩極插頭、插座和轉(zhuǎn)換器》。這些強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的頒布，統(tǒng)一了每個(gè)國家內(nèi)部插頭插座的型式尺寸，從一定意義上也促進(jìn)了貿(mào)易的發(fā)展。 插頭插座產(chǎn)品在不斷地發(fā)展，最初只是滿足簡(jiǎn)單的取電需要。如50年代到70年代末，我國各省、市都有膠木電器生產(chǎn)廠來生產(chǎn)插頭插座，當(dāng)時(shí)的插頭插座產(chǎn)品均是清一色的黑色酚醛樹脂粉末（即電玉粉）為主。后來，伴隨人民生活水平的提高、安全意識(shí)的增強(qiáng)，以及對(duì)美觀的需要，人們對(duì)插頭插座也提出了更高的要求。如，為了防止小朋友拿小棒之 類的物品去塞入插座插孔而觸電，就要求在插座的插套前裝上保護(hù)門；在洗手間里會(huì)有大量的水，為了安全就出現(xiàn)了防水、防濺型的插頭插座；為了房間的美觀及協(xié)調(diào)，于是出現(xiàn)了各式各樣的彩色面板的墻壁插座，等等。目前，一大批智能型、遙控型、節(jié)能型的開關(guān)插座類產(chǎn)品正應(yīng)運(yùn)而生。如，具有遙控、定時(shí)功能的開關(guān)插座；具有集中控制、場(chǎng)景控制、遙控等功能的智能燈光控制系統(tǒng)；具有編程控制、遠(yuǎn)程控制等功能的智能家電控制系統(tǒng)等等。地面插座、轉(zhuǎn)換器、工業(yè)用插頭插座、防濺開關(guān)插座、防水開關(guān)插座、防爆開關(guān)插座、漏電保護(hù)插座、防雷保護(hù)插座等新產(chǎn)品爭(zhēng)奇斗妍[1～9]。 插頭插座類電器附件產(chǎn)品也從單一的功能性發(fā)展為功能性和裝飾性相結(jié)合，并日益追求操作的安全性和舒適性。這些產(chǎn)品出現(xiàn)，預(yù)示著未來插頭插座類產(chǎn)品的發(fā)展將越來越人性化。值得一提的是，由于對(duì)外貿(mào)易的增多，國外的電器紛紛進(jìn)入國內(nèi)市場(chǎng)，但它們配的是外國的插頭，與我國的插座不相兼容，即插不進(jìn)我國的扁型插座中，如，從英國進(jìn)口的電器有配13A大方腳插頭，而美國式的電腦插頭又是兩扁插銷帶一圓形接地插棒的插頭。同時(shí)，國內(nèi)人員出境旅游和辦事的機(jī)會(huì)增加，我們的人員帶出國的電器是配扁型的插頭，到了國外也是插不進(jìn)它們的插座中，因?yàn)橛欠叫位驁A形插座、歐洲國家主要是圓形插座。 自節(jié)能內(nèi)開關(guān)問世以來，節(jié)能開關(guān)得到了迅速的發(fā)展，目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)多種有節(jié)能保護(hù)了的開關(guān)和插座等等。人們從各種途徑來減少各種電器的待機(jī)功能，比如現(xiàn)在已經(jīng)在市場(chǎng)上熱賣的“小管家”節(jié)能環(huán)保插座。當(dāng)前，針對(duì)電腦、電視機(jī)用戶的各類智能插座，不僅起到很好的節(jié)電效果，還兼具治理諧波、消除浪涌、穩(wěn)壓防雷作用，大大增強(qiáng)了電器設(shè)備的使用壽命。本文介紹了一種基于AT89S52單片機(jī)的定時(shí)開關(guān)插座設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)是通過AT89S52的定時(shí)器0和定時(shí)器1實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的24小時(shí)制或者100小時(shí)制的時(shí)鐘走時(shí)，并通過液晶12232顯示出來。繼電器的通、斷通過比較繼電器控制變量ray的值來確定。 定時(shí)時(shí)間的開始或者停止是通過每分鐘比較一次開始時(shí)間數(shù)組begin和結(jié)束數(shù)組end來確定，并在開始時(shí)對(duì)ray進(jìn)行加1操作，在結(jié)束時(shí)對(duì)ray進(jìn)行減1操作(ray的值不會(huì)出現(xiàn)負(fù)值)；當(dāng)ray為0時(shí)繼電器開關(guān)斷開，非0時(shí)接通[10]。通過控制繼電器的通斷可以達(dá)到控制插座通斷的目的。 2．國內(nèi)外對(duì)本課題的研究現(xiàn)狀和有待解決的問題 1) 對(duì)軟件的多次反復(fù)的調(diào)試； 2) 極性電容接反而造成爆電容的現(xiàn)象[11]； 3) LCD的亮度，太亮了增加能耗，白天較暗顯示不清楚； 4) 當(dāng)多組定時(shí)有重疊的部分時(shí)容易損壞負(fù)載的現(xiàn)象； 5) 穩(wěn)壓管散熱不佳問題； 6）繼電器正常工作允許通過的電流太小，電流偏大時(shí)會(huì)引起單片機(jī)系統(tǒng)重啟。 3．筆者對(duì)目前設(shè)計(jì)的評(píng)述 目前利用單片機(jī)作為核心元件的智能插座裝置比較少見,由于利用到單片機(jī)技術(shù)在實(shí)際上運(yùn)用會(huì)比較浪費(fèi)，另一方面單片機(jī)的成本也比較高，并且程序的編寫也是比較麻煩的，很少有設(shè)計(jì)者作這方面的設(shè)計(jì)。 現(xiàn)如今，往往由于某些特殊原因給我們的生活或工作帶來一些困擾和遺憾。比如：家中的水塔忘記抽水而造成生活的一時(shí)不便；學(xué)校的起床廣播因值班人員睡過頭而推遲廣播；家中的魚缸因太久沒有供氧造成魚兒缺氧死亡；許多球迷或者新聞愛好者因?yàn)殄e(cuò)過了開機(jī)時(shí)間而與精彩球賽或者新聞擦肩而過；一些小孩子過度沉迷于電視和網(wǎng)絡(luò)；夏天里風(fēng)扇的定時(shí)時(shí)間過短（一般為1個(gè)小時(shí)），不便于晚上分段定時(shí)使用等等。而上面的這些問題都可以通過定時(shí)開關(guān)插座的定時(shí)功能得到解決。 隨著電器產(chǎn)品待機(jī)能耗的迅速增長(zhǎng)，家庭和社會(huì)付出了太多的代價(jià)，中國節(jié)能認(rèn)證中心對(duì)家庭待機(jī)能耗做過的調(diào)查顯示，待機(jī)能耗占到家庭電力消耗的10％左右，僅以電視機(jī)為例，平均每臺(tái)電視機(jī)的待機(jī)能耗是8.07W，按每天待機(jī)2小時(shí)大約耗電0.016度[12]。定時(shí)開關(guān)插座能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)給電器供電，在工作時(shí)間之外把電器的電源切斷，這樣就能解決電器的待機(jī)損耗，達(dá)到節(jié)約用電的目的。 定時(shí)開關(guān)插座是一款能在特定時(shí)間段內(nèi)控制電器通、斷電的開關(guān)插座。能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)制時(shí)鐘走時(shí)模式，在24小時(shí)制時(shí)鐘模式，可以實(shí)現(xiàn)6組24小時(shí)內(nèi)的任意定時(shí)（任務(wù)計(jì)劃5組），定時(shí)時(shí)間范圍最小為1分鐘。 本文闡述了定時(shí)開關(guān)插座的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件算法設(shè)計(jì), 給出了自動(dòng)開關(guān)插座的設(shè)計(jì)和定型方案,它可以對(duì)家中一些需要在特定時(shí)間對(duì)電器進(jìn)行自動(dòng)斷、通電控制,而不需要拔掉插頭，減少電器的待機(jī)損耗，解決生活中的一些煩惱。 三、課題研究?jī)?nèi)容與方法 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、 智能插座的硬件結(jié)構(gòu)及電路連接圖 通過查找資料進(jìn)行方案論證和選擇，可以確定出定時(shí)開關(guān)插座系統(tǒng)的整體構(gòu)成，本系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖一所示。本設(shè)計(jì)是以AT89S52單片機(jī)為核心，以設(shè)置鍵盤設(shè)置時(shí)鐘時(shí)間、定時(shí)時(shí)間、模式選擇、開始、停止等功能。單片機(jī)控制繼電器來控制電器插座的通、斷，以達(dá)到控制電器的通、斷。定時(shí)時(shí)間范圍內(nèi)導(dǎo)通電器插座，實(shí)現(xiàn)給電器供電，其他時(shí)間則斷開。電源提供給單片機(jī)5V直流電，有交流220V轉(zhuǎn)為直流5V供電和干電池供電兩部分，可對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不間斷供電。液晶顯示模塊，在設(shè)置鍵盤沒有輸入時(shí)，顯示時(shí)鐘、模式、定時(shí)時(shí)間、定時(shí)組別等信息；當(dāng)鍵盤設(shè)置開始時(shí)，顯示出當(dāng)前設(shè)置的變化。復(fù)位能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件復(fù)位[13]。 AT89C52 單 片 機(jī) 電源 設(shè)置鍵盤 液晶顯示 繼電器 復(fù)位 驅(qū)動(dòng)電路 晶振 圖一 系統(tǒng)原理框圖 2、 設(shè)計(jì)智能插座系統(tǒng)程序 這次設(shè)計(jì)可以用C語言編程序，也可以用匯編語言編程序，由于本次設(shè)計(jì)中程序涉及到定時(shí)和復(fù)雜的邏輯控制，系統(tǒng)用C語言編寫程序。此次設(shè)計(jì)所選用的單片機(jī)是AT89S52單片機(jī)，其C語言語法和結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)C語言基本相同，只是有了相應(yīng)的擴(kuò)充，用到的編譯軟件是Keil C[14]。下面結(jié)合我的程序編譯簡(jiǎn)要介紹以下Keil C的編譯環(huán)境的特點(diǎn)。 3、 析各元器件參數(shù)對(duì)插座的影響 硬件單元電路制作好后，在上電之前，應(yīng)該先用萬用表對(duì)各個(gè)獨(dú)立元件進(jìn)行檢查，在排除了虛焊、短路、斷路等問題后再通電進(jìn)行電路功能的調(diào)試[15]。 4、 析整個(gè)智能插座電路的工作流程 該系統(tǒng)采用51單片機(jī)AT89S52編程控制繼電器的通、斷來實(shí)現(xiàn)控制插座的通、斷電，而繼電器的通、斷由定時(shí)組別確定。在定時(shí)范圍內(nèi)繼電器導(dǎo)通，否則斷開。并用LCD12232顯示出時(shí)鐘及定時(shí)時(shí)間等信息。 方法：設(shè)計(jì)分析法、對(duì)比研究法 四、課題研究進(jìn)度安排 2011年11月3日至2011年11月26 日：查閱相關(guān)的資料，進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，初步形成控制系統(tǒng)模型，完成論文開題報(bào)告； 2011年11月27日至2012年 1月29日：進(jìn)行調(diào)研，對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)模型進(jìn)行論證，確定單片機(jī)控制系統(tǒng)模型； 2012年 1月30日至2012年 3月23日：進(jìn)行單片機(jī)控制系統(tǒng)的各模塊子電路設(shè)計(jì)，完成原理圖和PCB的制作，編制軟件，最終完成組裝和調(diào)試； 2012年3月24日至2012年 5月16日：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 五、主參考文獻(xiàn)目錄 [1]徐偉.智能插座在智能家居系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].中國儀器儀表，2010，(10) [2]黃界.基于AVR的智能節(jié)能插座的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010,(12) [3]王嘯東.智能避雷定時(shí)插座的設(shè)計(jì)[J].電工電氣，2010，(05) [4]張凱.新型數(shù)字節(jié)能功率分配型智能插座的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用，2009，(07) [5]溫鐵鈍 , 孫鍵國, 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