基于STC12C5A60S2的智能插座實(shí)現(xiàn)

本文提出了一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)的智能插座的設(shè)計(jì)方案．該智能插座實(shí)現(xiàn)了過熱保護(hù)、防雷擊浪涌保護(hù)、按鍵設(shè)置、環(huán)境溫度檢測(cè)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、信息顯示等多種功能，并且可以通過光控、定時(shí)控制以及GSM遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電器的通斷電，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能以及智能化．從元器件的價(jià)格、體積等出發(fā)，選擇價(jià)格較低、體積較小的電子元器件，實(shí)現(xiàn)了小型化以及經(jīng)濟(jì)性．

硬件主要包括STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)、光控電路、晶閘管光耦控制電路、GSM遠(yuǎn)程控制模塊、DS1302時(shí)鐘部分、OLED顯示模塊及驅(qū)動(dòng)、按鍵模塊、DS18B20溫度檢測(cè)部分等，考慮到成本以及小型化，在選擇元器件時(shí)，主要選擇價(jià)格較低、體積較小的元器件．插座的系統(tǒng)框圖如圖l所示．

系統(tǒng)接于220V的交流電路，經(jīng)過電壓的轉(zhuǎn)換電路降為5V，同時(shí)向DS1302、STC12C5A60S2等芯片提供電能．DS1302為時(shí)鐘芯片，用于產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)間，通過相對(duì)應(yīng)的按鍵控制STC12C5A60S2可設(shè)置DS1302芯片，數(shù)據(jù)返回到STC12C5A60S2，STC12C5A60S2通過OLED的驅(qū)動(dòng)板使OLED將時(shí)間顯示在數(shù)碼管上．按下定時(shí)鍵時(shí)，可由按鍵設(shè)置家用電器開、關(guān)的時(shí)間，并且寫入STC12C5A60S2，同時(shí)STC12C5A60S2不斷從DS1302讀入時(shí)問，當(dāng)讀入的時(shí)間與STC12C5A60S2中設(shè)置的時(shí)間匹配時(shí)，晶閘管執(zhí)行開或關(guān)的指令，進(jìn)而控制用電器的開、關(guān)．同理，在GSM遠(yuǎn)程控制模塊、DS18B20溫度檢測(cè)部分以及光控部分，都是通過主控芯片STC12C5A60S2的控制，當(dāng)滿足設(shè)定的開或者關(guān)的狀態(tài)時(shí)，晶閘管執(zhí)行開或者關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)電器的開與關(guān)．

主控器主要由MCU、復(fù)位電路和振蕩器組成，是單片機(jī)工作的必要組成部分和控制中樞．STC12C5A60S2是一款高速、低功耗、超強(qiáng)干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快8—12倍，其內(nèi)部有集成的MAX810專用復(fù)位電路、2路PWM、8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（25萬次／秒）等．

光控模塊即通過光敏電阻對(duì)光強(qiáng)的感知實(shí)現(xiàn)插座的通、斷電．光敏電阻對(duì)光具有可變性，無光時(shí)阻值無限大，相當(dāng)于短路，隨著光照強(qiáng)度的增加阻值逐漸減小，根據(jù)這一原理可實(shí)現(xiàn)家用電器有光工作、無光停止工作的性能．本次所用的是F5硫化鎘光敏電阻MG45，靈敏度高，質(zhì)量可靠．該光敏電阻可用于光電自動(dòng)控制，亮阻為2~10KW，暗阻為1—10MW.圖2所示即為光控模塊的電路原理圖。

DSl302是可以涓流充電的時(shí)鐘芯片，它需要兩個(gè)電源以及振蕩電路才可以工作，通過單片機(jī)的控制，可以提供時(shí)間信息．DS1302的電路如圖3所示．此系統(tǒng)用時(shí)鐘芯片提供時(shí)間，通過STC12C5A60S2輸出給OLED顯示器顯示當(dāng)前時(shí)間，當(dāng)按下定時(shí)按鍵后，STC12C5A60S2從時(shí)鐘芯片讀一次數(shù)據(jù)，傳輸給顯示器．此時(shí)，通過按鍵可設(shè)置起始時(shí)問．設(shè)置好后再按下定時(shí)按鍵，起始時(shí)間被儲(chǔ)存在STC12C5A60S2內(nèi)部，同時(shí)可設(shè)置終止時(shí)間．當(dāng)?shù)谌伟聪露〞r(shí)按鍵后，終止時(shí)間被儲(chǔ)存在STC12C5A60S2內(nèi)部，同時(shí)顯示器顯示跳回當(dāng)前時(shí)間，當(dāng)前時(shí)間每增加一秒，STC12C5A60S2內(nèi)部都將起始時(shí)間與之進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)時(shí)間相同時(shí)，STC12C5A60S2輸出信號(hào)使用電器開啟，當(dāng)內(nèi)部終止時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間相同時(shí)，STC12C5A60S2輸出信號(hào)使用電器關(guān)閉．設(shè)計(jì)選用的是32.768KHz（3*8mm）的晶振、3.3V的紐扣電池．

晶閘管屬于半控型電力電子器件和脈沖觸發(fā)型器件，一旦導(dǎo)通，則需要在主電路使通過晶閘管的電流降到接近于0的某一數(shù)值以下．雙向晶閘管是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)結(jié)的普通晶閘管集成，晶閘管所能夠承受的電壓和電流容量很高，工作可靠，故在此智能插座中選用雙向可控硅和具有過零檢查的光耦晶閘管，通過雙向可控硅和光耦的結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的通斷電，設(shè)計(jì)選擇的元器件主要有：MOC3023MSOP-6、BT136S-600E的貼片雙向可控硅等．圖4是晶閘管與可控硅部分的原理圖．

GSM模塊主要使用TC351，TC351新版西門子工業(yè)CSM模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，當(dāng)供電電壓低于3.3V就會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)．模塊在發(fā)射時(shí)，電流峰值可高達(dá)2A，在此電流峰值時(shí)電源電壓（送人模塊的電壓）下降值不能超過0.4V．所以該模塊對(duì)電源的要求較高，電源的內(nèi)阻+FFC聯(lián)接線的電阻必須小于200m歐。

設(shè)計(jì)在電路之中并聯(lián)壓敏電阻MYN15-681K，它的標(biāo)稱電壓是680V，性能高，可用于防止供電電網(wǎng)中出現(xiàn)的過高浪涌電壓和雷擊對(duì)插座的傷害．此外還選取了OLED（128x64）、DS18820等．

DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的時(shí)鐘實(shí)時(shí)芯片．在程序設(shè)計(jì)的過程之中，必須特別注意時(shí)序．圖5是DS1302的程序流程圖．在讀寫數(shù)據(jù)的過程之中，RST/CE腳必須為高電平；對(duì)DS1302的操作歸根結(jié)底是對(duì)它的12個(gè)寄存器的操作．若要使其在重新啟動(dòng)單片機(jī)時(shí)，顯示的時(shí)間不是初始化的DS1302值，則需要在主函數(shù)中進(jìn)行判斷：若DS1302的秒寄存器值發(fā)生變化，則不進(jìn)行初始化；否則進(jìn)入DS1302的初始化函數(shù)．通過主控芯片的控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的功能．

DS18B20是一種單線數(shù)字化溫度傳感器，根據(jù)它1的通訊協(xié)議可知：MCU控制該芯片完成溫度轉(zhuǎn)換需要三個(gè)步驟．操作DS18B20時(shí)，最關(guān)鍵的就是復(fù)位、寫數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)，圖6是DS18B20的程序操作流程圖．單總線器件ROM的獲取，可借用讀數(shù)據(jù)函數(shù)提前讀出，先初始化，再讀ROM．通過微處理器的控制，從而將實(shí)時(shí)溫度存儲(chǔ)下來．通過比較實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定溫度，控制該智能插座的通斷電．

模塊主要包括GSM初始化、來短信檢測(cè)等．圖7為初始化GSM的程序流程圖．單片機(jī)通過兩個(gè)I/O口控制TC351的開關(guān)機(jī)、復(fù)位等，通過串口與TC35進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信速率為9600kbps，采用8位異步通訊方式，l位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位．GSM模塊僅是此系統(tǒng)的一個(gè)外圍電路，通過單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制．

系統(tǒng)有光控、時(shí)控、GSM控制、溫度過熱保護(hù)等功能設(shè)置了9個(gè)按鍵，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)整、定時(shí)操作、模式選擇、顯示設(shè)置等．光控主要是使該插座有光時(shí)工作、無光時(shí)斷電；時(shí)控是使此插座實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)電源，通過程序設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)多次定義通電時(shí)間和斷電時(shí)間；GSM控制主要是為了防止人離開房間之后忘了關(guān)閉電器或者是想在人未到房間時(shí)開啟電器等，故可以在此種情況之下實(shí)現(xiàn)通斷電；過熱保護(hù)主要是通過檢測(cè)溫度，若溫度超過一特定區(qū)間的值，則實(shí)現(xiàn)插座的通斷電，從而保護(hù)電器．

開發(fā)過程之中比較重要的幾點(diǎn)：（1）DS1302與MCU之間的連線不宜過長(zhǎng)；（2）DS1302在初始化的時(shí)候要進(jìn)行判斷，否則不能夠?qū)崿F(xiàn)掉電不掉時(shí)；（3）光控部分的電路可以使用光敏電阻和一個(gè)普通電阻串聯(lián)，簡(jiǎn)單易懂；

（4）選器件時(shí)應(yīng)該注意成本以及大小，兩者均需考慮．智能插座的實(shí)物外觀圖如圖8所示，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示．

本文設(shè)計(jì)的智能插座可實(shí)現(xiàn)光控、時(shí)控、GSM遠(yuǎn)程控制、過熱保護(hù)等功能，通過使用成本較低、體積較小的芯片使系統(tǒng)更加小巧、實(shí)惠．系統(tǒng)具有節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性、小型性、智能化等特點(diǎn)，這種多功能的智能插座應(yīng)具有良好的應(yīng)用前景．