基于51单片机红外遥控定时开关智能家电插座设计
1 系统功能介绍
本系统设计的核心目标是实现对家电插座的智能化控制，用户可通过定时、手动操作以及红外遥控等方式对插座进行开关管理。系统采用STC8C52单片机作为主控核心，配合DS1302时钟芯片、LCD1602液晶显示器、继电器模块、蜂鸣器电路以及红外接收模块等，实现智能化、自动化的功能。其主要功能如下：
- 精准时间管理：通过DS1302实时时钟芯片实现24小时不间断计时，掉电后由纽扣电池继续供电，保证时钟不丢失。
- 信息显示：LCD1602液晶能够实时显示年、月、日、星期、时、分、秒，方便用户直观查看。
- 定时功能：可设置5组定时开启和5组定时关闭任务，每一组均可设置是否启用，所有定时信息掉电保存。
- 模式切换：具备自动与手动两种模式，自动模式下系统根据设定时间自动开关家电；手动模式下可通过按键或遥控器直接控制开关。
- 继电器控制：通过继电器实现插座通断，插座上可接驳风扇、台灯、电饭煲等家电，满足日常生活需求。
- 提示功能：蜂鸣器提示不同状态，开机或开启时短促提示，关闭时长鸣提示，用户无需查看显示屏即可通过声音确认状态。
- 红外遥控操作：支持使用普通红外遥控器进行操作，方便远程控制；不同按键对应不同功能，例如切换模式、修改时间或手动开关插座。
- 掉电保存：系统内所有定时与模式设定数据均可掉电保存，用户无需反复设置，提升系统的实用性与稳定性。
该系统结合了定时开关、手动控制、遥控器远程操作等功能，既能满足节能环保需求，又能为用户提供便捷与智能化的家居体验。
2 系统电路设计
本系统电路由多个功能模块组成，每个模块承担不同的任务。整体电路由STC8C52单片机控制，外围电路则为单片机提供输入与输出接口。以下将对各模块逐一进行介绍。
2.1 单片机最小系统电路
系统的核心是 STC8C52单片机。其工作电源为5V，采用标准的最小系统电路设计：
- 使用12MHz晶振电路为单片机提供时钟信号；
- 通过复位电路保证上电时单片机复位；
- 通过I/O口扩展与LCD1602、DS1302、继电器、蜂鸣器以及红外接收电路连接。
STC8C52具备EEPROM功能，可将定时设置信息掉电保存，这也是本系统的重要设计之一。
2.2 DS1302实时时钟电路
DS1302是一种低功耗实时时钟芯片，支持年、月、日、星期、时、分、秒的计时。
- 工作电源为5V，外接32.768kHz晶振用于时间计数。
- 芯片带有涓流充电电路，可连接一颗3V纽扣电池，保证掉电后仍能继续计时。
- 与单片机通过串行接口通信，只需3根引脚（CE、SCLK、I/O），接口简单。
该模块确保了系统具备可靠、持续的计时能力。
2.3 LCD1602液晶显示电路
LCD1602是系统的人机交互界面，显示内容包括：
- 当前时间（时、分、秒）；
- 日期（年、月、日）；
- 星期；
- 当前模式（自动/手动）；
- 当前继电器状态（开/关）。
LCD1602通过8位并行总线方式与单片机相连，配合使能信号与读写控制信号完成数据读写。
2.4 按键电路
系统设置与手动操作均依赖按键电路。按键数量一般为4~6个，主要包括：
- 模式切换键：在自动模式与手动模式间切换；
- 加键：在手动模式下直接打开开关，在设置模式下数据加1；
- 减键：在手动模式下直接关闭开关，在设置模式下数据减1；
- 确认键/设置键：进入设置状态或确认修改。
按键采用上拉电阻方式，低电平触发，避免误动作。
2.5 继电器控制电路
继电器用于控制家电插座的通断：
- 单片机输出控制信号驱动三极管放大后，驱动继电器线圈动作；
- 继电器触点用于控制220V市电的接通与断开；
- 为保证安全，控制部分与市电部分隔离设计。
继电器旁路并联一颗指示灯，直观显示继电器的动作状态。
2.6 蜂鸣器报警电路
蜂鸣器用于提示系统状态变化：
- 开机与开启时短促鸣响；
- 关闭时长鸣一声。
蜂鸣器通过单片机I/O口控制，加入驱动三极管电路增强驱动能力。
2.7 红外遥控接收电路
红外接收模块采用常见的 VS1838B 模块：
- 接收遥控器发射的红外信号，经内部解码输出数字信号；
- 与单片机I/O口相连，单片机根据接收到的红外码值执行不同操作。
遥控器按键功能分配为：
- “|<<”：切换模式；
- “>>|”：进入设置或换页；
- “—”：减小设置值或关闭开关；
- “+”：增大设置值或打开开关。
2.8 电源电路
系统电源部分设计为5V直流电：
- 输入为220V交流电，通过变压器+整流+稳压电路转换为5V直流；
- 采用7805稳压芯片或DC-DC模块提供稳定电源；
- 为单片机、LCD1602、DS1302等模块供电。
同时，DS1302外接一颗3V纽扣电池，确保掉电时仍能保持时钟计时功能。
3 程序设计
本系统的软件设计基于C语言，运行于STC8C52单片机环境。程序分为主程序与各功能模块程序。以下将对各部分进行详细介绍。
3.1 主程序设计
主程序负责初始化各模块，并在主循环中不断刷新显示、检测时间、响应按键与遥控输入。
#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "ds1302.h"
#include "key.h"
#include "relay.h"
#include "beep.h"
#include "ir.h"
void main() {
LCD_Init();
DS1302_Init();
Relay_Init();
Beep_Init();
IR_Init();
Key_Init();
while(1) {
LCD_DisplayTime();
Key_Scan();
IR_Scan();
Timer_Check(); // 检查定时开关
}
}3.2 DS1302时钟程序设计
用于读取与设置时间，并在掉电后保持时钟正常运行。
#include "ds1302.h"
void DS1302_ReadTime(TimeStruct *time) {
time->sec = DS1302_Read(0x80);
time->min = DS1302_Read(0x82);
time->hour = DS1302_Read(0x84);
time->day = DS1302_Read(0x86);
time->month= DS1302_Read(0x88);
time->week = DS1302_Read(0x8A);
time->year = DS1302_Read(0x8C);
}3.3 LCD1602显示程序设计
LCD1602用于实时显示时间与状态。
void LCD_DisplayTime() {
LCD_SetCursor(0,0);
LCD_Printf("Time:%02d:%02d:%02d", hour, min, sec);
LCD_SetCursor(1,0);
LCD_Printf("Date:%02d-%02d-%02d", year, month, day);
}3.4 按键扫描程序设计
按键检测用户操作，并执行模式切换、数据修改等功能。
void Key_Scan() {
if(KEY_MODE == 0) { Mode_Toggle(); }
if(KEY_ADD == 0) { Value_Add(); }
if(KEY_SUB == 0) { Value_Sub(); }
if(KEY_SET == 0) { Enter_Setting(); }
}3.5 继电器与蜂鸣器控制程序
通过继电器实现插座的开关，并用蜂鸣器提示。
void Relay_On() {
RELAY = 1;
Beep_Short(); // 短促提示
}
void Relay_Off() {
RELAY = 0;
Beep_Long(); // 长鸣提示
}3.6 红外遥控解码程序设计
通过定时器捕捉红外脉冲宽度，解码出按键值，完成对应操作。
void IR_Scan() {
unsigned char key = IR_GetKey();
switch(key) {
case IR_MODE: Mode_Toggle(); break;
case IR_ADD: Value_Add(); break;
case IR_SUB: Value_Sub(); break;
case IR_SET: Enter_Setting(); break;
}
}3.7 定时开关管理程序设计
用于检测当前时间与设定的定时时间是否匹配，若匹配则执行开关操作。
void Timer_Check() {
for(int i=0; i<5; i++) {
if(timer_on[i].enable && CompareTime(now, timer_on[i])) {
Relay_On();
}
if(timer_off[i].enable && CompareTime(now, timer_off[i])) {
Relay_Off();
}
}
}4 总结
本系统基于STC8C52单片机，结合DS1302实时时钟、LCD1602显示、继电器、蜂鸣器及红外遥控模块，实现了一款智能家电插座。系统功能完善，既能自动定时控制，又能手动与遥控操作，满足现代家庭的节能、智能需求。电路设计模块化清晰，程序设计结构合理，具有良好的扩展性与实用性。
本设计不仅适合作为家居生活的智能化改造方案，也可作为单片机课程设计、毕业设计的优秀选题，兼顾实用性与教学价值。
浙公网安备 33010602011771号