摘 要：设计了一种基于AT89C51单片机的智能化多路控制开关，给出了系统的设计方案和硬件组成，实现精确的时间控制，并能组网工作。该系统具有成本低，可靠性强，功能强等特点。
关键词：单片机；智能化；多路控制；控制开关
中图分类号：TM564 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）18-0033-02
Abstract： An intelligent multiplex control switch based on AT89C51 microcomputer is designed， and the design scheme and hardware composition of the system are given. The precise time control can be realized and the network can be constructed. The system has the characteristics of low cost， great reliability and strong function.
Keywords： single-chip microcomputer； intelligence； multiplex control； control switch
1 概述
隨着人们生活水平的提高和科技的发展，智能化控制越来越被用户所期待，市场上逐渐涌现出一些智能产品，但多数需要和智能设备配套使用，这些系统往往结构复杂，架构庞大，价格高昂、维护成本也比较高，普通人难以承受。由于在智能系统中，使用最多的就是开关，例如控制灯、厨房的油烟机、电风扇、电插座等。因此，如果将生活中的传统开关升级为智能化开关，便能极大程度上提高人们体验和有效控制成本。[1-5]
现在学生所生活的宿舍公寓，有以下几个弊端，一是如果管理者想要开关走廊的灯，必须走到固定位置去按下开关，而不能随时随地的对灯光进行控制，二是无法调节走廊灯的亮度，例如能够照射进阳光的走廊和采光度不好的走廊的灯光是同一个亮度，这样便会造成不必要的浪费，三是传统开关无法实时了解设备的参数、工作状态等信息。本文设计的控制开关，是一种基于AT89C51单片机的智能化多路控制开关，可以运用在学生宿舍里，是由单片机AT89C51控制电路、按键与LCD显示电路和掉电存储电路以及电源电路组成，电路十分的简单，主要由51芯片编程实现，功能强大，时间精度高，是一款比较实用的智能开关。
2 系统方案设计
随着开关电源技术的成熟，在有些应用场合要求开关电源具有一定的智能，能实现精确的程序控制，并能组网工作，以便于实时了解设备的参数（如电压、电流）、工作状态（正常、故障）等信息。与传统开关相比，智能开关可达到安全、节能、舒适、高效的目的，因此智能开关在家居领域、办公领域、商务领域及公共设施领域均有较好发展前景。[6-7]
智能开关是以自动控制为主、人工控制为辅的系统。在一般的情况下，不需要有人的参与，自动实现开关和调光的功能。既可以减少管理人员的数量，也可以排除由于人为因素而出现的不定时开关，影响学校正常生活秩序的情况出现。[8-10]无论通过媒体还是市场得知，一套智能开关不仅复杂，且价格不菲，AT89C51单片机控制的智能开关电路结构十分简单，功能也很强大，实用性非常高。
对于采用模拟量反馈控制的开关电源，在这些场合使用时不可避免地存在这样一些问题：（1）负载在较大范围内变化时反馈环路不稳定，易产生自激振荡。（2）不能实现精确的程序控制。电池的充电设备、TG脉冲弧焊电源设备必须按照工作规程进行程序控制。对电源的输出要求可能为恒流恒压或恒压限流，这样所用的电源必须能够在各种工作状态之间自由转换，这是常规开关电源难以实现的。（3）伺服型开关电源常要求电源的输出受外电路控制，而远程控制信号通常为模拟信号，在传输过程中常常会受到外界干扰，导致控制失败。用数字控制方式代替模拟控制，上述问题可以得到很大的改善。[11-12]
设计使用AT89C51单片机，时钟电路将采集到的时间信息通过单片机在液晶显示屏上显示出时间。另外通过万维网接口，可以对学生宿舍控制室输入的工作模式进行采集。
系统整体设计框架图如图1所示。
系统可以按照默认设置进行工作，也可通过管理员（须密码）进入修改，通过按键输入新的时间参数，可设置不同的工作模式，并带时钟显示年月日星期时分秒。因此，既可以实时控制灯光，节省了劳动力，也能合理调节灯光亮度，环保、节约资源。该开关充分发挥了单片机的性能，具有成本低，可靠性强，应用范围广等优点。
3 系统结构设计
3.1 AT89C51单片机
AT89C51单片机最小系统图如图2所示。
选用AT89C51单片机，因为其具有体积小，低功耗，控制能力强，低电压高性能，扩展灵活的优点。AT89C51单片机最小系统图是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，主要包括单片机、电源、复位电路和晶振电路，复位电路主要由电解电容和电阻组成，用于电路复位，晶振电路主要由晶振和电容组成，为AT89C51单片机最小系统提供振荡频率。
3.2 液晶显示和时钟电源设计
液晶显示模块主要包括LCD显示屏、LED背光板、PCB板和铁框。其中LCD显示屏用于对数据进行即时显示，完成数据传输。
时钟电源模块包含三大部分，即时钟控制、USB接口控制和电源控制，主要由一个RAM组成，用于存放时间信息。
3.3 万维网接口设计
万维网是一个由许多互相链接的超文本组成的系统，通过互联网访问。在这个系统中，每个有用的事物称为一样“资源”，并由一个统一资源标识符标识，这些资源通过超文本传输协议传送给用户，而后者通过链接来获取资源。万维网接口主要由数据端D0-D7、复位端RESET和内部寄存器组成。数据端可无条件进行单向输入或单向输出工作方式，复位端可实现接口中具体某位置1或清0的功能，内部寄存器主要用于存储数据信息。
4 学生宿舍控制室框架设计
学生宿舍控制室，主要由控制室和走廊1、走廊2、走廊3、走廊4、走廊5、走廊6组成。智能开关与学生宿舍管理中心控制室通过网络连接，可以方便管理人员从主控制室控制开关，电路也能将灯的状态反馈到主控制室，方便宿舍管理人员的管理工作，即在主控制室中便能选择灯光是否工作与调节灯光亮度。
5 结束语
基于AT89C51单片机的宿舍智能化多路控制开关的设计，加深了对单片机的原理及应用的理解和掌握。而AT89C51单片机指令简单、外围电路清晰、硬件设计方便、接口操作简单、无方向寄存器、资源丰富等优点。
单片机渗透到各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，比如从导弹的导航装置，飞机上各种仪表盘的控制，计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与研究应用既是大势所趋，也是必不可少的。[13-14]
本次设计针对AT89C51单片机进行设计研究，系统实现了宿舍开关的多路实时控制，并带密码保护，可调时间，可设置不同的工作模式调节灯光亮度，充分发挥了单片机的性能。实践表明，该系统具有性能可靠、成本低廉、扩展性好、实用性强，是一款功能强大，应用范围广，经济实用的智能控制开关。在目前的国内开关市场中，智能开关还是新生事物，但其应用却十分广泛，本设计所做的智能开关成本低，可靠性强，在市场竞争中具有相当大的优势。未来，还可以广泛应用于部队、厂矿、机关、学校、医院等需要设置定时断电、送电的设备。
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