摘要隨著家用電器的越來越普及和人們生活節奏的加快，人們對電器的依賴性進一步提高，對電器的定時需求也進一步增大。定時開關插座可用於電飯煲、飲水機、電視機、電腦、電動車電池的充電、定時開關電熱毯等需要定時供電的場合。定時開關插座的使用能夠做到節能、安全、方便等。
本文介紹了一種基於stc89c51微控制器的定時開關插座設計方案。該系統是通過stc89c51的定時器0和定時器1實現時鐘的24小時制或者100小時制的時鐘走時，並通過數碼管顯示出來。繼電器的通、斷通過比較繼電器控制變數ray的值來確定。
定時時間的開始或者停止是通過每分鐘比較一次開始時間陣列begin和結束陣列end來確定，並在開始時對ray進行加1操作，在結束時對ray進行減1操作(ray的值不會出現負值)；當ray為0時繼電器開關斷開，非0時接通。通過控制繼電器的通斷可以達到控制插座通斷的目的。
本文首先介紹定時開關插座設計要實現的功能，接著闡述系統電路的設計及原理說明，包括設計方案選擇、關鍵元器件介紹、電路設計說明（包括電源電路、鍵盤、微控制器控制電路、數碼管顯示、繼電器工作電路）軟體設計流程以及系統的測試。最後總結了定時開關插座設計完成的任務，分析系統的不足並提出了系統的應用展望。
關鍵詞：定時開關；繼電器；stc89c51微控制器；數碼管。
現如今，往往由於某些特殊原因給我們的生活或工作帶來一些困擾和遺憾。比如：家中的水塔忘記抽水而造成生活的一時不便；學校的起床廣播因值班人員睡過頭而推遲廣播；家中的魚缸因太久沒有供氧造成魚兒缺氧死亡；許多球迷或者新聞愛好者因為錯過了開機時間而與精彩球賽或者新聞擦肩而過；夏天裡風扇的定時時間過短（一般為1個小時），不便於晚上分段定時使用等等。
而上面的這些問題都可以通過定時開關插座的定時功能得到解決。
隨著電器產品待機能耗的迅速增長，家庭和社會付出了太多的代價，中國節能認證中心對家庭待機能耗做過的調查顯示，待機能耗佔到家庭電力消耗的10％左右，僅以電視機為例，平均每台電視機的待機能耗是8.07w，按每天待機2小時大約耗電0.016度。
定時開關插座能夠實現定時給電器供電，在工作時間之外把電器的電源切斷，這樣就能解決電器的待機損耗，達到節約用電的目的。
定時開關插座是一款能在特定時間段內控制電器通、斷電的開關插座。能實現100小時制時鐘走時模式，可以實現100小時內的任意定時，定時時間範圍最小為1分鐘。
本文闡述了定時開關插座的硬體電路設計、軟體演算法設計, 給出了自動開關插座的設計和定型方案,它可以對家中一些需要在特定時間對電器進行自動斷、通電控制,而不需要拔掉插頭，減少電器的待機損耗，解決生活中的一些煩惱。
本次設計要求實現乙個具有定時、按鍵設定及控制、定時時間顯示等功能的定時開關插座，具體要求及指標如下：
（1）可以設定三組定時時間值。
（2）設定的定時時間調整範圍為：0～99分鐘。
（3）具有開始/停止操作按鍵。
（4）具有定時時間顯示和時鐘顯示。
通過查詢資料進行方案論證和選擇，可以確定出定時開關插座系統的整體構成，本系統的系統框圖如圖2.1所示。本設計是以stc89c51微控制器為核心，以設定鍵盤設定時鐘時間、定時時間、開始、停止等功能。
微控制器控制繼電器來控制電器插座的通、斷，以達到控制電器的通、斷。定時時間範圍內導通電器插座，實現給電器供電，其他時間則斷開。電源提供給微控制器5v直流電，有交流220v轉為直流5v供電和乾電池供電兩部分，可對系統實現不間斷供電。
數碼管顯示模組，在設定鍵盤沒有輸入時，顯示時間等資訊；當鍵盤設定開始時，顯示出當前設定的變化。復位能實現系統的硬體復位。
圖2.1 系統設定框圖
現代自動控制裝置中，都存在乙個電子電路——電氣電路的互相連線的問題，一方面要是電子電路的控制訊號能夠控制電氣電路的執行元件（電動機、電燈、熱水器等），另一方面又要為電子線路的電器電路提供良好的電隔離，以保護電子電路和人身的安全。電子繼電器和光耦合器便能起到這一橋梁的作用。下面簡要介紹各個方案的特點。
方案一：採用繼電器作為控制220v通、斷的開關。固態繼電器(ssr)與機電繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器，但它具有與機電繼電器本質上相同的功能。
ssr是一種全部由固態電子元件組成的無觸點開關元件，他利用電子元器件的點，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極體，功率場效電晶體，單項可控矽和雙向可控矽等器件的開關特性，來達到無觸點，無火花地接通和斷開被控電路。選用srd-05vcd-sl-c繼電器最大電路可達到10a，即繼電器的正常工作範圍為0到2200瓦，可以給大部分家用電器供電。
方案二：採用光耦合器實現微控制器控制開關。耦合器（optical coupler，英文縮寫為oc）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。
光耦合器以光為媒介傳輸電訊號。它對輸入、輸出電訊號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。
本次設計開關部分可以用繼電器也可以用光耦合器。考慮到本設計繼電器足以滿足設計要求，而且繼電器比光耦合器便宜，故選用繼電器。
在模擬電子和數字電子中,常用顯示資料的有數碼管和液晶顯示器。
本實驗採用數碼管顯示方案，數碼管與液晶相比，雖然液晶能顯示更多的資訊，但成本過高，考慮製作成本因素，所以採用數碼管顯示的方法。
微控制器僅用於控制繼電器、鍵盤，實現時鐘和定時，用51結構的有atmel的at89cxx系列、at89sxx系列、at89c20系列（20引腳）或stc的所有微控制器都可以實現。根據在學校比較流行的學習微控制器是at89sxx系列，而且stc89c51微控制器便宜，購買方便，故微控制器選用stc89c51微控制器。
電源給微控制器及繼電器等使用5v直流電的器件提供電源，供系統正常工作。
本試驗中，採用220v交流電源經過變壓器變壓之後，採用三端穩壓管7805獲得微控制器及其他單元電路所需要的5v直流電源。
由於本實驗設計中，只用了4個按鍵，所以採用了按鍵與微控制器直接相連的方式，這樣可以節省下一些不必要的元器件。
本次設計中主要器件有繼電器、51系列微控制器at89s52、數碼管顯示模組、5v穩壓晶元7805，在介紹系統的硬體設計之前，下面先簡要介紹一下這些關鍵器件的原理及應用。
繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入迴路）和被控制系統（又稱輸出迴路），通常應用於自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種「自動開關」。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。
繼電器的輸入訊號x從0連續增加達到銜鐵開始吸合時的動作值xx，繼電器的輸出訊號立刻繼續增大，輸出訊號y將不再起變化。當輸入量x從某一大於xx值下降到xf，繼電器開始釋放，常開觸點斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入-輸出特性。
釋放值xf與動作值xx的比值叫做反饋係數，即kf=xf/xx。
觸點上輸出的控制功率pc與線圈吸收的最小功率p0之比叫做繼電器的控制係數，即kc=pc/p0。
（1）電磁繼電器的工作原理和特性
電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要**圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電後，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。
這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對於繼電器的「常開、常閉」觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處於斷開狀態的靜觸點，稱為「常開觸點」；處於接通狀態的靜觸點稱為「常閉觸點」。
AT89C51微控制器的基本結構
at89c51微控制器的主要工作特性 內含4kb的flash儲存器，擦寫次數1000次 內含28位元組的ram 具有32根可程式設計i o線 具有2個16位可程式設計定時器 具有6個中斷源 5個中斷向量 2級優先權的中斷結構 具有1個全雙工的可程式設計序列通訊介面 具有乙個資料指標dptr 兩種低功...
89C51微控制器硬體結構和原理
2 20h 2fh為可位定址區域，這16個位元組的每一位都有乙個位址，編址為00h 7fh。當然，位定址區也可以用作位元組定址的一般資料緩衝區使用。3 30h 7fh為堆疊 資料緩衝區。4 80h ffh高節的ram有21個特殊功能暫存器 sfr 訪問sfr只允許使用直接定址方式。其中11個具有位定...
89S51微控制器介紹
很多初學51微控制器的會有這樣的問題 at89s51是什麼?書上和網路教程上可都是8051，89c51等！沒聽說過有89s51，到底什麼是89s51呢？這裡，初學者要澄清微控制器實際使用方面的乙個產品概念，mcs 51微控制器是美國inte公司於1980年推出的產品，典型產品有8031 內部沒有程式...