智能控制开关课设

长春工业大学

课程设计说明书

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课程设计名称单片机原理课程设计（）专业电气工程及其自动化

班级100308

学生姓名闫富裕

指导教师侯云海

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2013年1月7日

课程设计任务书

智能控制开关的设计

1.设计内容

智能化开关电源的主要功率变换电路仍然采用与传统开关电源相同的拓扑结构,但其反馈控制环路不采用传统的模拟控制方式,而是采用数字控制方式,即误差采样,脉冲宽度调制(PWM)的调制信号的计算、生成,遥感信号的接收、处理等控制部分电路均使用数字控制技术。通过智能化的数字控制技术,力求解决环路的稳定性、抗干扰性、电源远程控制性等问题。本开关电源主要技术指标:①交流输入电压85～265 V AC宽范围输入;②直流输出电压5～15 V连续可调;③输出电压调整率≤%;④具有输出短路控制;⑤具有电压显示功能及故障报警指示。

双控开关又叫双联开关,分为一位、二位或多位,其中两位或多位的双控开关内部由两组或多组一位双控开关组成。一位双控开关实际上是一个单刀双掷开关,每一只开关分别控制相应的灯组。如图l所示两地控制开关电路。图中的两只开关(S1和S2)均为一位双联开关,两只开关都能单独地、任意地控制照明电路的通和断。从线路中,不难看出,无论电路初始状态如何,只要改动任一只开关状态,照明电路将由断电状态变为通电状态或者相反。并由此电路图可看出,整个电路比较安全,符合安全规范,且线路简单明了,检修容易。

2.设计要求

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1.密码保护和设置；

2.实时显示和定时控制显示；

3.密码和定时断电保护；

4.准时对开关进行控制（开和关）。

3.设计方案

时间显示采用LCD1602，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时间控制电路和键盘输入以及掉电存储都通过89C2051的I/O口控制。

电源部分：电源部分由整流、滤波和集成稳压器组成，以保证系统稳定工作。

如图2-1所示。

图2-1 智能开关控制系统原理框图

以单片机作为中央控制单元,机在预先编制好的指令(即软件程序)的驱动下,控制整个硬件电路工作,完成系统各项功能。具有当地无线通讯口,能对下位机进行控制;同时也具备远程数据接口。键盘用于修改和设定定值,电压上下限、电流上限值等;LCD用于显示定值及各种运行状态。单片机获得电压、电流、相角值后进行分析计算出功率因数、三相不平衡参数等,判断是否正常。并通过周期值和设定值,控制开关的闭合与关断。

4.系统硬件设计

智能开关控制的原理框图如3-1所示。它由以下几个部件组成：单片机89C51、电源电路、掉电存储电路、开关控制、键盘输入和显示以及电源电路组成。

时间显示采用LCD1602，以降低对单片机端口数的要求，同时也降低系统的功耗。时间控制电路和键盘输入以及掉电存储都通过89C2051的I/O口控制。

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电源部分：电源部分由整流、滤波和集成稳压器组成，以保证系统稳定工作。

该产品的原理图如图1 所示, A T89c51 单片机作为本电路的核心 ,采用上电复位 ,时钟电路中晶振高达12MHz以满足从串口输出数据。为了向 CPU 提供准确的时钟 ,我们采用DS12887 作为时钟芯片。DS12887是美国达拉斯半导体公司(Dallas)生产的并行接口实时时钟/日历芯片 ,它内置晶振和锂电池 ,并带有128 字节RAM ,其中 14 字节用作时钟和控制寄存器 ,114 字节可被用户当作非易失性 RAM 使用。初始化后 ,可自动获得相应的年月日星期时分秒 ,且断电后

数据不丢失 ,可继续工作 ,充电一次可供内部使用 10 年 ,以便对被控设备进行分时间段的处理。系统利用独立式键盘输入修改值 ,采用串行口输出显示数据。输出时外接八位锁存存储芯片 74LS164 ,然后连接 7 段 L ED 数码管作为显示器。此方式具有低功耗、高亮度的特点 ,可满足设计要求。初始加电时,系统将执行初始程序所设置的时间及初始断、送电时间 ,用户可根据实际所需通过键盘重新设置(需输入正确的密码)参数 ,默认密码为 88 ,修改密码后断电不丢失。操作方便 ,可靠性高。

图3-1 智能开关控制系统原理框图

(1) AT89C51单片机及其引脚说明

AT89C51单片机是51系列单片机的一个成员，内部自带4K字节可编程FLASH 可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C51构成的单片机系统是具有结构简单、造价低廉、效率高的微控制系统，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。

AT89C51是一个有40个引脚的芯片，引脚配置如图3-2所示。与8031相比，AT89C51自带4K的ROM和128B的RAM，因此编写中小型系统就无需任何硬件进行扩展。

图3-2 AT89C51引脚配置

AT89C51芯片的40个引脚功能为：

VCC：电源电压。

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GND：接地。

RST：复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡放大器的输出。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE 只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号