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1、精选优质文档-倾情为你奉上广东环境保护工程职业学院毕 业 设 计（论 文）题目： 基于51单片机节能控制器的设计与实现系： 机电工程系 专 业： 机电设备维修与管理 班 级： 13机电设备维修与管理3班 姓 名： 何卫民 指导教师： 完成时间： 2016年4月17日 专心-专注-专业摘要随着现代工业的飞速发展，整个世界对能源的需求越来越大，而我们知道世界能源的总量是一定的，针对能源的日益匮乏，节能产品的开发成功迅速成为人们的首选。本课题设计节能控制器就是基于节能、节支的理念，以AT89C51O 为核心设计的一种节能装置。其核心实际是一台基于单片机的可控时钟，用1602点阵的液晶显示，时间控制点
2、可通过按键来实现电器的工作时间的可调性。同时其体积小、成本低，不仅适合嵌入到各种能耗大的工控设备中进行控制，也适合居民的家用电器节能控制。体现了实用价值高、应用前景广泛等特点。 关键词：节能节支；芯片AT89C51；单片机；可调性；液晶显示器 目录1前言随着我国经济高速发展，人民生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的1020，而城市公共照明则在照明耗电中占30，并且近几年随着让城市亮起来的口号的提出，全国路灯的数量仍在迅猛地增长。公共路灯节能的口号便由此而提出。通常的节能途径有两个：一个是采用节能光源；二是采
3、用合理的控制线路。本文在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现路灯节能。在供电系统中，为避免送电过程中的线路损耗和用电高峰时造成末端电压过低，供电部门均采用较高电压进行传输。因此路灯承受电压多高于灯具的额定电压。然而据调查我国小型城市晚上21：00后，大中城市00：00以后道路上几乎空无一人。从而造成了“人少车稀灯更亮”的不合理情况。为了避免这种情况，大多数城市和地区均采用了发达国家早已淘汰了的隔盏关灯的原始路灯控制方法。这种方法不仅导致路面照度分布不均，而且会减少路灯使用寿命。本文采用“全年分三季，一季分时段”的分时控制思想实现节能的目的。在不同的时段投入不同的供电电压运行，在保证路灯
4、正常照明的前提下，兼顾到了用电低谷期节能的效果。2 系统开发软硬件概述2.1单片机最小系统单片机最小系统，或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。下面给出一个51单片机的最小系统电路图（图2-1）：图2-1详细说明如下：（1）复位电路:由电容串联电阻构成，由图并结合电容电压不能突变的性质，可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教
5、科书推荐C取10u，R取10K。原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。至于如何具体定量计算，可以参考电路分析相关书籍。（2） 晶振电路：典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)，在本电路中，取12M。（3） 单片机：一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机。对于31脚(EA/Vpp)，当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。单片机的共40个引脚功总共40个脚，电源
6、用2个(Vcc和GND)，晶振用2个，复位1个，EA/Vpp用1个，剩下还有34个。29脚PSEN，30脚ALE为外扩数据/程序存储器时才有特定用处，一般情况下不用考虑，这样，就只剩下32个引脚，它们是：P0端口P0.0 - P0.7共8个；P1端口P1.0 - P1.7共8个；P2端口P2.0 - P2.7共8个；P3端口P3.0 - P3.7共8个；2.2 Proteus仿真软件简介Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件9。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPI
7、CE电路仿真相结合支持主流单片机系统的仿真。提供软件调试功能。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。2.3 Keil编译及调试软件简介目前流行的51系列单片机开发软件是德国Keil公司推出的Keil C51软件，它是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其6.0以上的版本将编译和仿真软件统一为Vision（通常称为V2）。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：Vision IDE集成开发环境（包括工程管理器、源程序编辑器、程序
8、调试器）、C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及Monitor-51、RTX51实时操作系统。3设计方案概述3.1本课题的设计要求由单片机的定时器定时，用1602液晶作显示终端(1602是字符型液晶，它是16*2的显示的。1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样。)；时间可以通过按键调节；通过对继电器的控制来实现电路的通断；工作时间完成，声光报警；方案论证与对比。3.2单片机的选择单片机选用美国Atmel公司生产的A
9、T89C52芯片，AT系列单片机是当今世界上新型的电擦写8位单片机，该产品和Intel的MC-51系列单片机完全兼容，内部含有Flash存储器，有超强的加密功能，完全替代8751/52和87C51/52，低电压，低电流，低功耗，有DIP，PLCC，QRP封装形式，有民用级，工业级，汽车级，军品级等多种产品规格。它的特性表现在如下几个方面：（1）内部含Flash存储器由于内部含Flash存储器，编程错误亦无废品产生，因此在应用系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，大大缩短了应用程序的开发周期。（2）与80C51引脚兼容AT89系列单片机的引脚与80C51是一样的，所以当用AT89系列单片
10、机取代80C51时，可以直接代换。（3）可反复进行系统试验每次试验可以编入不同的程序，从而使设计不断优化，而且随应用系统的变化，还可以方便地进行程序升级。（4）价格低廉性能稳定相对于英特尔公司的MCS-51系列产品有更高的性价比。结合本课题的实际情况：芯片须有一定的内部ROM区以保存单片机程序；芯片中程序的读写必须方便，当调试中发现程序存在问题时便于改正和重写；鉴于Atmel单片机具有集成度高、系统结构简单、工艺特性好，可靠性和处理功能强、速度快等优点，可以满足本课题的需要，故本电路以AT89C52芯片为核心构成控制单元。3.3 本设计的方案简图该方案的系统由单片机、液晶、键盘扫描和继电器4部
11、分组成。单片机是整个系统的核心，其定时器的设置是实现所有功能的关键。整个系统的运行方式如：产生精确时钟及定时，LCD显示器输出扫描显示，同时控制继电器的工作与停止。一旦有中断响应就立刻进行键盘扫描，通过按键重置继电器的工作时段。中断返回后即按照设定的模式进入工作状态。框图如图3-1所示：SHAPE * MERGEFORMAT图 3-1 4系统硬件设计本设计的硬件电路主要包括最小系统、控制电路、显示电路、驱动电路四大部分组成。最小系统主要是为了使单片机正常工作；控制电路主要由开关和按键组成，由操作者根据相应的工作需求进行操作；显示电路主要是为了显示电机的工作状态和转速；驱动电路主要是对单片机输出
12、的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。4.1最小系统图4-1单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、复位电路、晶振电路。1) 复位电路由电容串联电阻构成，由图并结合电容电压不能突变的性质，可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐C取10u，R取10K。原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。至于如何
13、具体定量计算，可以参考电路分析相关书籍。2) 晶振电路典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)，在本电路中，取12M。3) 单片机IO口简介单片机：一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机。对于31脚(EA/Vpp)，当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。4.2电源的设计 4.2.1 电源系统框图图4-24.2.2电源原理图图4-34.2.3电源原理简述本系统设计为5V直流稳压电源给系统供
14、电，AC220市电经220V9V变压器变压，然后经桥式整流电路，再经电容滤波电路，经7805稳压管稳压，再进行二次滤波，输出较稳定的5V电压，给本系统供电。本系统在实际仿真过程中，为简化设计流程,就直接用系统中自带的5V电源，代替了电源的制作。4.3键盘电路4.3.1键盘原理图示图4-4键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生4个基本功能。（1）去抖动:每个按键在按下或松开时，都会产生短时间的抖动。抖动的持续时间与键的质量相关，一般为520mm。所谓抖动是指在识别被按键是必须避开抖动状态，只有处在稳定接通或稳定断开状态才能保证识别正确无误。去抖问题可通过软件延时或硬件电路解决。 （2）防串键：防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新的按键按下时产生的问题。常用的方法有双键锁定和N键轮回两种方法。双键锁定，是当有两个或两个以上的按键按下时，只把最后释放的键当作有效键并产生相应的键码。N键轮回，是当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。 （3）被按键识别：如何识别被按键是接口解决的主要问题，一般可通过软硬结合的方法完成。常用的方法有行扫描法和线反转法两种。行扫描法的基本思想是，由程序对键盘扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键。4.3.2按键定义及时间设置方法（1）键码产生：P2.4对应K1，SET(设置键)，P2.5对应K2
