CN106094627A - 一种智能开关系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能开关系统，所述智能开关系统包括分别与中央处理单元连接的显示电路、继电开关电路、蜂鸣器报时、电源电路部分、复位电路和温度采集电路；本系统基于单片机控制的作息时间定时唤醒和温度监控报警于一身的多功能智能开关的设计，完成了作息时间时的灯开闭，时间显示，复位电路以及对温度的监测，另外，按照本发明的电源电路，所述第二电源电路的输入电压比所述第二电源电路的额定输出电压稍大时，能使得所述第二电源电路开始动作，能防止起动时输出电压发生过冲。

Description

一种智能开关系统

技术领域

本发明属于智能控制技术领域，具体涉及一种智能开关系统。

背景技术

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。

单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

智能开关是诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭电灯、定时开关烘箱、通断动力设备、空调调控、甚至各种定时电气的自动启用等。

因此，研究智能开关及扩大其应用，有着非常现实的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种智能开关系统，实现了基于单片机控制的作息时间定时唤醒和温度监控报警于一身的多功能智能开关的设计。

一种智能开关系统，所述智能开关系统包括分别与中央处理单元连接的显示电路、继电开关电路、蜂鸣器报时、电源电路部分、复位电路和温度采集电路，所述电源电路包括：第一电源电路，对来自直流电源的电源电压进行降压，生成第一电压输出；第二电源电路，将所述第一电源电路的输出电压作为输入电压，生成比所述第一电压小的定电压、即第二电压输出；以及电压判定电路，进行所述第一电源电路的输出电压是否为比所述第二电压大的所设定电压以上的判定；所述电压判定电路在所述第一电源电路的输出电压成为所述所设定电压以上之前，使得所述第二电源电路的动作停止。

优选地，所述中央处理单元为AT89C52单片机。

优选地，所述温度采集电路采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。

优选地，所述显示电路包括MAX7219和两个4位数码管构成。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的一种智能开关系统，基于单片机控制的作息时间定时唤醒和温度监控报警于一身的多功能智能开关的设计，完成了作息时间时的灯开闭，时间显示，复位电路以及对温度的监测，另外，按照本发明的电源电路，所述第二电源电路的输入电压比所述第二电源电路的额定输出电压稍大时，能使得所述第二电源电路开始动作，能防止起动时输出电压发生过冲。

附图说明

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1是本发明一种智能开关系统的系统结构框图。

具体实施方式

为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

结合图1,所述智能开关系统包括分别与中央处理单元连接的显示电路、继电开关电路、蜂鸣器报时、电源电路部分、复位电路和温度采集电路。整个智能开关系统电路可分为七大部分：中央处理单元（CPU）、显示电路、电源电路部分、复位电路、温度采集电路、蜂鸣器报时、继电器电路，所述中央处理单元为AT89C52单片机；所述温度采集电路采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化，所述显示电路包括MAX7219和两个4位数码管构成，所述电源电路包括：第一电源电路，对来自直流电源的电源电压进行降压，生成第一电压输出；第二电源电路，将所述第一电源电路的输出电压作为输入电压，生成比所述第一电压小的定电压、即第二电压输出；以及电压判定电路，进行所述第一电源电路的输出电压是否为比所述第二电压大的所设定电压以上的判定；所述电压判定电路在所述第一电源电路的输出电压成为所述所设定电压以上之前，使得所述第二电源电路的动作停止。

AT89C52提供以下标准功能：8K字节FLASH闪存，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

因为单片机工作电源为+5V，且底层电路功耗很小。采用7805三端稳压片即可满足要求。

温度传感器DS18B20从设备环境的不同位置采集温度，单片机AT89C52获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备(空调)，当采集的温度经处理后高于设定温度的上时,单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备(空调)。

当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。

本系统通过中断的方式设置5个按键，分别为步进选择、加减键、模式选择键、移动键和模式切换键，实现温度上下限的手动设置，以及对上下限温度的录入、历史温度的查询和系统模式切换。

为实现对温度的智能控制，本系统还支持预设一组随时间变化而变化的温度上下限，控制环境温度随时间变化而不断调整，达到让环境温度跟随预先设定的温度值变化的效果，从而实现环境温度的变限控制。

工作原理如下：DS18B20低温系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固有频率的脉冲信号送给计数器1；高温系数晶振随温度变化其振荡率改变明显，产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃对应的一个基数值。计数器1对低温系数晶振产生的脉冲信号进减法记数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器2的值减1;再重新装入计数器1的预置值，然后重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行记数，如此循环直到计数器2记数到0后，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为被测温度值。

主机控制DS18B20完成温度转换需经初始化、ROM操作指令、存储器操作指令三条指令。单片机系统所用的晶振频率为6MHz，根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写3个子程序。所有的数据读写均由最低位开始，在数据线上加4.3kQ的上拉电阻，其它2个脚接地。由于采用单总线数据传输方式，DS18B20的数据I／O均由同一条线完成，因此，对读写的操作时序要求严格。为严格保证DS18B20的I／O时序，需要做较精确的延时。在DS18B820操作中，用到的延时有15μs、90μs、270μs、540μs。

当采集的温度经处理后超过规定温度上限时，单片机通过P1.4输出控制信号驱动三极管D1，使继电器K1开启降温设备(空调)：当采集的温度经处理后高于设定温度下限时，单片机通过P1.5输出控制信号驱动三极管D2，使继电器K2开启降温设备(空调)。

显示部分由MAX7219和两个4位数码管构成，具体工作原理如下：显示驱动器MAX7219为高集成化的串行输入／输出的共阴极LED显示驱动器，每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管，可以数片级联，与微处理器的相连只须3根线[8]。MAX7219内部集成有BCD码译码器、多位扫描电路、段译码器、位驱动器和用于存放每个数据位的8×8静态RAM以及每个工作寄存器，通过指令设置不同的工作寄存器，可以使MAX7219进入不同的工作状态[7]。串行接口的传输速率可达10MHz：独立的发光二极管段控制：译码与非译码两种显示方式可选；数字和模拟两种亮度控制方式；可以级联使用。本系统采用串行口向MAX7219传输数据，显示采用8位LEDMAX7219与89C52单片机的连接采用任意3个端口相连。系统在显示温度前，先对显示单元进初始化，即显示模式、扫描位数，显示亮度、显示控制，然后将显示缓冲区内的8个字节的待显示数据送到MAX7219的内部存储器，通过串行口向显示单元传送数据，并且结合P2.6向MAX7219传送加载信号。

该系统设置了五个按键，分别是模式控制键(MOD)、加键(ADD)、减键(SUB)，步进控制键(BUJIIN)和修改移位键(MOVE)，MOVE、ADD、SUB、BUJIN分别接单片机AT89S52P1.7、P1.6、P1.1、P2.5I／O口，且用一片74LS04，将MOVE、ADD、SUB的输入信号先“与”后再连接至AT89S52的P3.3(INT1)口，MOD按键输入信号直接接到AT89S51的P3.2(INTO)口。系统工作时，按键MOD对系统的工作模式进行循环切换，当系统处于工作模式一时，通过BUJIN键选择调整上下限的步进幅度，同时可通过ADD、SUBB键对上下限进行加、减调整：当系统处于模式二时，系统进入温度控制状态，当系统处于加温或降温状态时不允许进行模式切换：当系统处于模式三时，通过ADD和SUBB键对历史温度进行上翻和下翻查询。

复位电路，当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。

时钟电路：时钟电路是用来产生AT89C52单片机工作时所必须的时钟信号，AT89C52本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现，AT89C52在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式：内部时钟和外部时钟。我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号AT89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。

电路中的C1、C2的选择在30PF左右，但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率为在1.2MHZ～12MHZ之间，频率越高单片机的速度就越快，但对存储器速度要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容，采用的晶振频率为12MHZ。

时钟电路：时钟电路是用来产生AT89C52单片机工作时所必须的时钟信号，AT89C52本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现，AT89C52在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式：内部时钟和外部时钟。

我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号AT89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。

电路中的C1、C2的选择在30PF左右，但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率为在1.2MHZ～12MHZ之间，频率越高单片机的速度就越快，但对存储器速度要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容，采用的晶振频率为12MHZ。

语音报时电路：有源蜂鸣器内部带震荡源直接接上额定电源就可连续发声;而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，内部不带震荡源，用直流信号无法令其鸣叫，必须用2K~5K的方波去驱动它，并且需要接在音频输出电路中才能发声，其硬件电路比较复杂。有源要单片机普通IO端口直接高低电平驱动，如果你的单片机端口驱动能力不够也可以用三极管驱动，程序也简单。无源的话要频率驱动，不同频率驱动会发出不同的声音。I/O选择上最好是选择定时器的I/O输出，PWM输出或其他方便生成不同频率输出的端口。程序略复杂，看单片机是否方便编程输出频率信号。基于这些原因，有源蜂鸣器是最好的选择。

本发明提供的一种智能开关系统，基于单片机控制的作息时间定时唤醒和温度监控报警于一身的多功能智能开关的设计，完成了作息时间时的灯开闭，时间显示，复位电路以及对温度的监测，另外，按照本发明的电源电路，所述第二电源电路的输入电压比所述第二电源电路的额定输出电压稍大时，能使得所述第二电源电路开始动作，能防止起动时输出电压发生过冲。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能开关系统，其特征在于，所述智能开关系统包括分别与中央处理单元连接的显示电路、继电开关电路、蜂鸣器报时、电源电路部分、复位电路和温度采集电路,所述电源电路包括：第一电源电路，对来自直流电源的电源电压进行降压，生成第一电压输出；第二电源电路，将所述第一电源电路的输出电压作为输入电压，生成比所述第一电压小的定电压、即第二电压输出；以及电压判定电路，进行所述第一电源电路的输出电压是否为比所述第二电压大的所设定电压以上的判定；所述电压判定电路在所述第一电源电路的输出电压成为所述所设定电压以上之前，使得所述第二电源电路的动作停止。

2.根据权利要求1所述的智能开关系统，其特征在于，所述中央处理单元为AT89C52单片机。

3.根据权利要求1所述的智能开关系统，其特征在于，所述温度采集电路采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。

4.根据权利要求1所述的智能开关系统，其特征在于，所述显示电路包括MAX7219和两个4位数码管构成。