基于ATMEGA8单片机的智能定时节能插座的设计

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摘要：现代社会，随着人们生活水平和生活节奏的加快，人们对生活的质量和要求都有很大程度的提高。因此，我设计了一种节能的插座来实现节约电能且方便人们的生活。 

关键词：电器；智能定时；节能插座  中图分类号：te08文献标识码：a 文章编号：  引言：  随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，各种各样的用电器也涌入到人们的日常生活之中，人们对各种用电器和不可或缺的插座的要求也跟着水涨船高。在日常生活中，一些家庭琐事常常困扰着人们的生活。人们不得不早起去准备早餐，晚上不得不冒着寒冷起来拔手机充电器，当全家外出旅游时能否有开关自动模拟有人在家一样开一会电灯，以及越来越多的电子产品待机所带来的能源消耗等问题。人们确实需要一种节能的插座来实现节约电能且方便人们的生活，然而这些都可以通过设计一个简单廉价的插座加以解决，我的设计正基于这一点——为人们生活的实际需要。  一、设计思路  在本设计制作中，为了用户的使用方便，我设置了便于用户定时的四路键盘按钮，分别可以用来进行模式设置，时间的加模式和时间的减模式，以及退出设置模式的输入操作。用户可以随时对插座进行随意定时，设定自己所需要的开启时间和结束时间点。在本制作中，为方便用户在多用电器和不同需要的情况下来使用，我设计了两路定时插孔和一路普通插孔，两路定时插孔和普通插孔相互独立，而且我设计了相应的指示灯来方便用户区分。单片机会根据用户的时间点来控制两路继电器，通过继电器的开启和关闭来断开或接通强电电路，从而控制两路定时插孔的开与关。同时我设计用液晶显示屏来显示时间，产品美观大方。  为了满足设计的要求，设计共采用了五个电路模块，总体设计思路如下图1所示。其中atmega8单片机为控制系统的核心，时钟电路模块选用ds1302芯片完成。  图1总体设计思路  二、硬件设计  2.1．单片机小系统设计  根据电路要实现的电路功能，采用atmel公司推出的一款新型avr高档单片机atmega8，atmega8是一种非常特殊的单片机，它的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备avr高档单片机mega系列的全部性能和特点。avr单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与alu（算术逻辑单元）直接相连，实现了在一个时钟周期内执行一条指令同时访问（读写）两个独立寄存器的操作。这种结构提高了全码效率，使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期，运行速度比普通单片机高出10倍。  2.2．时钟电路模块的设计  时钟电路是为单片机提供准确的时钟信号而达到在单片机实现定时控制时的时钟参考。为了参考时间信号的准确性和长期使用性我采用时钟芯片ds1302。它是美国dallas公司推出的低功耗实时时钟芯片。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5v～5.5v。采用三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或ram数据。ds1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的ram寄存器。ds1302是ds1202的升级产品，与ds1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。  2.3．外部控制电路模块的设计  为了满足电路的需求，我采用固体继电器943-1c-5ds。它具有与电磁继电器一样的功能外，还具有与逻辑电路兼容、开关速度快、输出接通电阻稳定、抗干扰能力强、对外界干扰小、寿命长、工作可靠性高等突出的特点。优化了外部控制电路的特性。  2.4.显示模块和键盘输入模块的设计  显示模块采用具有功耗小、重量轻，体积小、价钱低廉等优点的nokia 3310点阵液晶显示器。它的控制芯片都是飞利浦的pcd8544（控制芯片直接集成在lcd玻璃的背面），指令相互全兼容，分辩率达到84*48点，而且具有spi串接口，占用io资源少，硬件连接方便，驱动简单，显示效果好等特点。  键盘输入模块设计采用软件参数设置制作成菜单形式，大大减少了按键的用量，所以，硬件上没有采用矩阵式键盘，数量也只设置成4个，使繁琐的操作变为简单按键操作。用户使用更方便。  综合上述各方面的考虑，我设计的总电路原理图如图2所示  图2电路原理图    2.6电路pcb板图  通过用protel设计原理图后，我通过对元器件的封装等步骤后得到了pcb板图。再通过打孔，显影，腐蚀等一系列步骤成功的制作了电路板。电路pcb板图如下图3所示  图3电路pcb板图  三、软件设计  为了实现能够通过键盘的任意定时，而且避免系统在工作时受来自外界电磁场的干扰,造成程序的跑飞,而陷入死循环,我在设计软件时使用了软件看门狗技术。程序主要分为两个部分主流程图和中断处理流程图，它们分别完成设计中的时间设置和控制处理。设计中主程序流程图如图4所示，中断处理流程图如图5所示：  图4 主流程图  图5中断处理流程图  四、结论  我通过对用户需求的分析、通过方案论证、系统的硬件设计、软件设计与调试，系统的硬件制作和安装调试，系统的各项性能都达到了预期的控制目标。制作的智能定时节能插座如图6所示。  图6智能定时节能插座  设计是为制作服务的，制作又是为用户服务的，我的设计制作真正实现了它的设计价值，它可以给手机或mp3充电达到用户省心，而又保护用电器节能的效果。它可以帮助人们自动做好早餐，中餐，晚餐，是做家务的好帮手。它还可以有效防止待机能耗，达到真正节能的目的。所以我充分地相信这是一个充满市场前景的产品，相信以后会真正地传替到千家万户之中，真正成为一个能为建设资源节约型的人性话社会做出它的贡献。  参考文献：  [1] 高吉祥.数字系统与自动控制系统设计[m].北京:电子工业出版社,2007  [2] 巴雷特，古尔(美)，周俊杰(译).嵌入式c编程与atmel avr[m].北京:清华大学出版社,2003  [3] 张军.avr单片机应用系统典型实例[m].北京:中国电力出版社,2005  注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。