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家庭电路设计方案范文1
关键词：电磁密码箱，报警，蜂鸣器，STC89C52
一、总体方案设计
它是以STC89C52单片机为核心，配以相应硬件电路，完成密码的设置、存贮、识别、驱动电磁执行器并检测其驱动电流值、接收蜂鸣器送来的报警信号、发送数据等功能，单片机接收键入的代码，并与存贮在EEPROM中的六位密码进行比较，六位密码可以有298万多组密码供主人随意变换，保密性极高，可选密码组是连续排列的，如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁；如果密码输入不正确，则单片机通过通信线路向智能报警器发出报警信号。
密码箱主要由矩阵键盘、单片机、外部硬件等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电磁密码箱的电磁铁吸合线圈即可，当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈，单片机将每次开锁操作和此时电磁执行器的驱动电流值作为状态信息发送给单片机的芯片处理，同时将接收来自无限循环的密码识别程序的报警信息也发送给智能报警器，从而使整个密码箱正常运行。
二、硬件现及单元电路设计
1、单片机的时钟电路与复位电路设计
本系统采用STC系统列单片机，相比其他系列单片机具有很多优点。一般STC单片机资源比其他单片机要多，而且执行速度快；STC系列单片机使用串口对单片机进行烧写，下载程序较为方便；STC51单片机内部集成了看门狗电路；且具有很强抗干扰能力。本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，由于单片机P0口内部不含上拉电阻，为高阻态，不能正常地输出高/低电平，因而该组I/O口在使用时必须外接上拉电阻。
2、键盘电路设计
在单片机应用系统中，一般都会设置键盘，主要为了控制运行状态，输入一些命令或数据，以完成特定的人机交互。键盘是与单片机进行人机交互的最基本的途径，其以按键的形式来设置控制功能或输入数据，按键的输入状态本质上是一个开关量。对于简单的开关量的输入可以采用独立式按键，这种方法接口简单，但占用单片机I/O端口资源较多。对于输入参数较多、功能复杂的系统，需要采用矩阵式键盘进行输入控制。本系统采用4×4矩阵式键盘。
3、液晶显示电路设计
液晶显示器（LCD）是一种功耗很低的显示器，它的使用非常广泛，比如电子表、计算器、数码相机、计算机的显示器和液晶电视等。电子密码锁中需要显示的信息比较多，为了能直观的看到结果，并且为了设计显的美观，使用总线和排阻进行简化连接方式，本设计采用液晶显示屏LCD进行显示，
4、存储芯片电路设计
I2C总线（Inter Intergrate Circuit BUS）全称为芯片间总线，它在芯片间以两根连线实现全双工同步数据传送，一条数据线（SDA）和一条串行时钟线（SDL），可以很方便地构成器件扩展系统。I2C总线采用两线制，由数据线SDA和时钟线SCL构成，为了对数据进行存储，本系统使用串行EEPROM芯片，AT24C01系列是典型的I2C串行总线的EEPROM，本系统采用此芯片进行数据存储。
三、系统软件设计方案
1、主程序流图
如图所示为主程序流程图，用户才可以自行设定和修改6位密码，密码输错会有提示声。只有键入6位开锁密码完成正确才能开锁。
四、系统的安装与调试
安装步骤1.检查元件的好坏。按电路图买好元件后首先检查买回元件的好坏，按各元件的检测方法分别进行检测，一定要仔细认真。而且要认真核对原理图是否一致，在检查好后才可上件、焊件，防止出现错误焊件后不便改正。2.放置、焊接各元件按原理图的位置放置各元件，在放置过程中要先放置、焊接较低的元件，后焊较高的和要求较高的元件。特别是容易损坏的元件要后焊，在焊集成芯片时连续焊接时间不要超过10s，注意芯片的安装方向。
参考文献：
[1] 王千. 实用电子电路大全[M]. 电子工业出版社， 2004， 28-36
[2] 彭为. 单片机典型系统设计实例精讲[M]. 电子工业出版社，2 006， 69-88
[3] 张荣. 基于单片机的智能系统设计与实现[M]. 电子工业出版社， 2005， 35-38
[4] 朱勇. 单片机原理与应用技术[M]. 清华大学出版社， 2006， 14-16
家庭电路设计方案范文2
【关键词】气体传感器;单片机;声光报警
1.系统总体设计方案
采用单片计算机及信号采集和处理电路设计一套厨房煤气监测报警系统。系统的主要构架为通过燃气传感器获取空气中可燃气体浓度信号，并用放大器对信号进行滤波、放大等方面的处理再经过A/D转换器，把模拟信号转化成数字信号送入单片机进行比较处理，最后将处理后所得信息转换成了直观的信号进行显示和报警。
1.1 信号采集端的选择
选用MQ5燃气传感器作为信号采集端，它适用于家庭或工业上对液化气，甲烷，煤气的监测装置。它具有优良的抗干扰能力，具有对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度;对乙醇，烟雾几乎不响应。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。
1.2 放大电路及主控模块的选择
传感器获得的微弱的电压信号需要经过放大和滤波等方面的处理才能输给单片机进行分析。通过对各类放大器的特点进行科学比较及分析最终选取了通用的放大器LM324。该设计采用SPCE061A型单片机。该单片机易扩展、可靠性高、功耗低、处理速度高，能够很方便地完成普通单片机的功能，A/D转换功能直接利用了凌阳61单片机的相关扩展功能实现的。通过单片机对输入信号与设定值进行比较分析，并做出声光报警等一系列的输出。
图1 MQ5连线及等效电路
2.模块设计
2.1 信号采集模块的设计
对于煤气报警器的实现，传感器的选择也相当的重要，是系统重要的组成部分之一，其性能对于系统的精确度和实现范围有着相当大的影响，也是体现煤气监控发展现状的标志。可燃气体的危险性主要视其爆炸极限，爆炸下限数值越小、爆炸下限与上限之间的范围越大，越危险。封装好MQ5有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。
使用图1电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
其中Ro表示的是测量气体在腔体内的等效电阻，RL是外接负载电阻，用来调整输出的模拟量电压范围，具体数值应根据A/D转换器的输入范围来确定。
2.2 信号放大模块的设计
本系统电路中放大电路原理图如图2所示，电路的电压放大倍数A仅由外接电阻决定：A=1+R2/R1。具体推导过程如下：
根据运放的“虚短”和“虚断”的特点可知，I-=I+=0。
所以：
而且：
V-=V+=Vi
由以上两式可求出：
所以本放大电路的放大倍数
A=1+
此放大电路为同相比例放大电路，它的放大倍数总是大于或等于1。
图2 放大电路原理图
2.3 语音报警电路的设计
用凌阳Compress Tool事先把所需要的语音信号录制并压缩好，本系统只需两个语音资料，整个语音信号经过凌阳SACM_S2000压缩算法压缩后占了16K存储空间，SPCE061A单片机具有32K闪存，使用内部flash即可满足要求。凌阳SPCE061A单片机自带双通道DAC音频输出， DAC输出为电流型输出，所以DAC输出经过SPY0030音频放大，以驱动喇叭放音。在它们后面接一个简单的音频放大电路的喇叭即可。
图3 光报警电路
2.4 光报警电路的设计
如图3所示为光报警电路原理图。其中，“灯指示”为红色电路的功能是当燃气泄漏后，检测空气中可燃气体浓度超过报警值时，在声音报警的同时进行的光报警。即IOB11输出为高电平“1”时，发光二极管导通指示灯亮，当输出低电平“0”时，发光二极管灭，如此反复便可使报警指示灯闪烁报警。同理，当检测到空气中可燃气体浓度达到提示限未达报警限时，“灯指示”为绿色的二极管闪烁。
3.设计总结
标准的C语言编程，丰富的语音资源函数为编程提供了很大的方便。 该设计方案结构简单，以单芯片实现了语音报警、灯光闪烁、浓度显示功能，相当于“普通单片机+A/D转换芯片+语音模块”的功能。但是比“普通单片机+A/D转换芯片+语音模块”更容易实现且控制灵活。整个系统反应灵敏，准确率高，是一个典型的煤气监测与报警系统。
参考文献
[1]余锡存，曹国华.单片机原理及接口设计（第二版）[M].西安电子科技大学出版社，2007.
[2]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计（第二版）[M].北京航空航天大学出版社.
[3]凌阳16位单片机应用基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[4]单片机制作专辑[J].电子制作，2008.
[5]单片机制作专辑[J].无线电，2003，3.
[6]何道清，张禾.传感器与传感器技术[M].科学出版社，2008.
家庭电路设计方案范文3
关键词：电子日历 单片机 时钟芯片 可控温式
中图分类号：TH714 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）04-0011-01
在这个电子系统应用很广泛的领域，为了能够使大家使用方便快捷的方式去享受生活，设计人员在最小的空间里实现最多的功能，以此来提高系统的速度与可靠性。比如银行、酒店、公交车等一些公共场所随处可见的电子日历。让大家更舒适、更便捷的体会生活，本文具体介绍和说明可控温车载电子日历的设计。
一、可控温车载电子日历的方案选择
1.整机设计方案的选择
电子日历的设计与实现方案主要有两种选择，一个是利用单片机编程来控制实现，另一个是利用数字电路而实现。利用数字电路来实现虽然在硬件各方面连接比较简单，但是实现数字电路一定要运用移位寄存器存储对字符数据，而后串行输入进数码像管之上，不仅仅如此，还需要相当一部分的扩展电路才能得以实现，并且设计出来的数字电路成本高、灵活性比较差且不容易调试。
2.温度传感器的选择
温度传感器采用DS18B20，因为DS18B20采用的是单线接口的方式，它连接微处理器时只要一根线就可以实现双向的通讯；它可以更宽的适应电压范围；且支持多地点组网测温；价格也比较低廉；另外在使用过程中它不需要任何的外部元件，全部的传感元件和转换电路均集成在一个譬如三极管的集成电路之内。
3.时钟芯片的选择
时钟芯片采用DS12887时钟，因为DS12887芯片是一种性能很高的时钟芯片，它可以自动的对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，并且精度很高，因为其自带晶体震荡器及电池，所以它可以在没有外部电源的情况下工作10年。另外它能够计算出2100年前的秒、分、时、日、周、月、年七种日历信息。
4.单片机芯片的选择
硬件核采用89S51芯片，因为AT89S51芯片是一个具有较低功耗、较高性能CMOS 8位的单片机，单片内含有4k Bytes ISP的能够反复擦写一千余次的只读Flash程序存储器，存储器件采用的是ATMEL公司的非易失性、高密度存储技术制造的，芯片内集成了通用的ISP Flash存储单元和八位中央处理器，作为功能强大的微型计算机――AT89S51能够为很多嵌入式的控制应用系统提供性价比很高的解决方案，另外还因AT89S51是现如今市场上的主流产品，它的价格也相对较低。
二、可控温车载电子日历的硬件设计
1.可控温车载电子日历电路的组成
电路主要由时钟芯片、CPU（AT89S51）、键盘、驱动电路、温度采集、显示电路组成。其中键盘调整可以对显示的内容进行切换及对时间进行调整。
2.可控温车载电子日历系统的硬件概述以及整机的工作原理
可控温车载电子日历的设计采用的CPU功耗低，性能高的CMOS 8位单片机AT89S51芯片；时钟芯片采用的是Dallas公司（美国达接斯半导体公司）推出的串行接口DS12887实时时钟芯片，是由CMOS技术制成的，它具有时钟芯片备份锂电池和内部晶振；LED灯显示部分采用了四个共阴型数码像管，显示采用的是动态扫描并行输出方式；驱动电路采用了ULN2003芯片。整机的工作原理：首先初始化时钟芯片DS12887，其次是CPU通过时钟芯片读出时间和日期信息，并从温度传感器处采集到温度送至驱动电路从而到达LED显示，其中键盘调整可以调整时间，调整时间时它的更改值写入到DS12887，同时允许DS12887时钟芯片更新时间并读出时间送LED显示，时间和温度值交替着显示在数码像管上。
3.数码像管显示电路设计的选择及工作原理
数码像管显示电路设计选择的是LED数码像管动态扫描，LED显示数码像管价格相对适中，显示数字是最合适的，并且其采用动态扫描法连接单片机时，占用的单片机口线比较少。
LED显示器的工作原理：数码像管显示电路采用的是LED动态显示方式，就是轮流一位一位的点亮显示器的每个位（扫描），对LED显示器的每一位来讲，间隔一段时间进行点亮一次。利用人的视觉暂留效应能够看到整个显示过程，但是首先要保证扫描速度够快，字符才不会闪烁。LED显示器的亮度不但与间隔时间和点亮时间的比例相关，还与导通电流相关。适当调整电流和时间的参数，便可以实现相对高和稳定的亮度显示。
三、可控温车载电子日历的软件系统设计
可控温车载电子日历的软件设计是采用单片机汇编语言程序设计来实现的。目前采用汇编语言程序来开发系统是非常高效、方便、易懂的。主程序主要是实现显示的初始化和调用各个子程序工作的功能，读取时间的子程序主要是实现初始化，时间信息的采集和显示段码的存取。在显示刷新子程序中采用LED动态显示方式，每从显示缓冲区中取出一个段码再由译码器送出，相应位码由ULN2003送出，轮流交替显示。
参考文献
[1]李光飞等.单片机课程设计实例指导.北京航空航天大学出版社.2004.
[2]孙进生.电子产品设计实例教程.冶金工业出版社.2001.
[3]李忠波.电子技术.机械工业出版社.2002.
家庭电路设计方案范文4
《探究熔丝熔断的原因》是苏科版九年级物理上册《家庭电路与安全用电》中的一节活动内容，是家庭电路知识的重要组成部分.本课内容分三部分：一是熔丝熔断的原因；二是熔丝的特性；三是熔丝的选择.教师如果仅用语言对这些概念、原理阐释，必将索然无味.若用探究的思路，让学生经历一个完整的知识发现、发展、完善、应用的过程，学生始终怀有一颗好奇心，探索心，创新心，方能情趣盎然，乐在其中.德国教育家第斯得惠指出：“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞.”笔者通过问题串设计营造情境，用问题推动课程向前发展.以问题的生成、解决、深化来不断激发学生的求知欲，引导探究步步深入.
1课堂实录
1.1以境激趣
课前先制作示教板，如图1，电路中有电源、闸刀开关、熔断器、“220 V 60 W”灯泡两只、插座一只）
师：（边讲边演示）上课前，先给大家说说老师家前天出现的一件事.下班回到家，我先打开了客厅灯L1（闭合开关S1），然后到厨房准备晚饭，打开厨房灯L2（闭合开关S2），待菜洗净后，准备用电磁炉炒菜，但当我把微波炉的插头插座的一瞬间，断电了！这是怎么回事呢？
1.2以趣导学
探究熔丝熔断的原因
师：电路哪部分出现了故障？应该怎样检修？
生1：断开总开关S和所有支路开关，然后再闭合总开关，按支路一条一条地检查.
【演示】教师在示教板上按学生所提方案操作，发现所有用电器都不能工作.
师：找到电路故障了吗？
众生：熔断器出问题了.
【演示】教师将熔断器（插入式）取下让学生观察，熔丝烧断了！
师：熔丝为什么会断？
生2：估计是使用的用电器太多.
生3：可能是使用了较大功率的电磁炉.
师：能否用实验桌上提供的器材设计电路，来验证我们的猜想？同桌之间先相互讨论，确定探究方案后，再动手操作.
【提供器材】学生电源（6 V）、开关四个、“6.3 V 0.3 A”小灯泡三只、一小段电热丝、电流表一只、安装有熔丝（额定电流为1 A）的底座一个，导线若干.
【实验操作】学生设计方案为：将所有用电器并联，熔丝和电流表串联在干路中，依次闭合各支路开关，当闭合电热丝所在支路开关时，熔丝熔断.
师：这个实验探究，能证实之前的猜想吗？
生4：当工作的用电器增多时，干路中电流增大，引起熔丝熔断.
师：根据学过的知识，干路中电流增大，说明电路总功率如何变化呢？
众生：用电器总功率增大.
师：除此之外，是否还可能有其它因素也会引起电流过大？
生5：（边说边演示）用一根导线将其中一小灯短路.同时为保护电表的安全，将电流表拆去.当闭合短路支路的开关时，熔丝立即熔断了，说明短路也会引起电流过大.
师：我发现这位同学不仅有思想，还很有安全意识，真棒！
【实验操作】其余小组进行实验验证.
师：当电路用电器总功率过大（也称之为“过载”）或发生短路时，熔丝会自动熔断，切断电路，避免火灾，故俗称保险丝.家庭电路中安装保险装置是避免事故发生的有效措施.
【出示图片】
了解熔丝的特性
师：通过熔丝的电流过大会使熔丝熔断，那么制作熔丝的材料，又该具备哪些特性呢？下面我们继续来探究.在每个小组桌上摆放着横截面积相同的铜丝、铁丝、熔丝各一根、酒精灯一个、火柴一盒.用火柴点燃酒精灯，然后将这三根金属丝放到外焰处加热，看看结果如何？
【实验操作】熔丝迅速熔断，铜丝、铁丝则完好.
师：通过这个对比实验，有什么启发？
生6：熔丝的熔点低.
师：除具备较低的熔点外，还需具备其他特性吗？同学们可分组讨论一下.
（同学们感觉理解难度较大，毫无头绪）
师：感觉问题困难的小组，可阅读书本后回答老师的问题.
众生：熔丝还应具有较大的电阻率.
师：我们实际生活中，常选用铅锑合金（或锌）材料，是因它们具有电阻率大且熔点低的特性.熔丝熔断的工作原理是什么？
生7：电流的热效应.
1.3学以致用
熔丝的选择与安装
师：为使电路既能在正常状态下顺利工作，又不会在电流过大时把电源、电能表烧毁或使导线过热而引起火灾，必须在电路中接入规格合适的保险丝.到底如何选择合适的规格呢？
师：保险丝的选择要受到电源、电路元件及导线的限制.在已经装好的电路中，设计时允许通过的电流是固定的，靠更换大容量保险丝来保持电路中过多的电器工作是很危险的，尤其在许多老房子内，这种做法常易引起电线着火.因此，应根据电路设计所允许的电流选择保险丝.熔丝的规格通常用额定电流来表示，它指熔丝正常工作时的最大电流.熔丝直径越大，额定电流就越大.我们选择熔丝的额定电流应等于或略大于电路的最大正常工作电流才适合.
师：接下来，就请同学们给家庭用电示教板安装新的熔丝（插入式熔断器），哪组先安装好就先上来试装.
【实验操作】动手将熔丝接入熔丝盒，然后校验电路是否恢复正常.
师：在我们城市生活中，目前使用的电路保险装置，有许多不再是插入式熔断器了，现代家庭中使用较多的是空气开关，起过载保护和过热保护作用，当电路出现故障时会主动“掉闸”，原理与熔丝不同.当电路中电流远大于正常负载电流时，短路电流导致脱扣器脱扣，动触头在弹簧作用下与静触头分开，使得电路断开.容量大的空气开关还带有过负荷保护，一般采用双金属片，当电路过负荷达到一定时间时，热量会使双金属片变形导致脱扣器脱扣从而断开电路.
师：通过这节课的学习，老师希望大家多来关心家庭电路中安全用电问题，能和家长一起定期检查家庭用电的安全隐患并及时排除.
2教学思考
课的开始，教师直接列举生活事例，问题的起点建立在形象、具体、可感的生活基础上，让学生直面电路故障这个问题，激发好奇心和探究欲.待学生查找出故障原因后，教师又进一步引导学生思考熔丝熔断的原因，把学生的思维引向深处.
家庭电路设计方案范文5
【关键词】远程监控电子锁；电子锁；电子钥匙；短信远程监控；STC11L04E
引 言
电子锁是采取电子电路控制，以电磁铁或者微型电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具，相比传统的机械锁具，电子锁保密性、精度都有很大提高。在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的密码电子锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步[1]。
目前应用最广的电子锁有键盘输入式电子锁、接触式IC卡电子锁、指纹识别电子锁。键盘输入式电子锁机械按键容易磨损，密码记忆较为繁琐。接触式IC卡电子锁的IC卡容易消磁。指纹识别电子锁在手指沾水或掉皮的情况下，识别度很低。此外，上述电子锁无法进行实时的远程监控，并且在供电不足时，无法使用。该系统的提出，很好地解决了以上电子锁的不足。
1、系统设计方案
本文设计了一种具有可添加、废除电子钥匙、能远程监控的电子锁系统。该系统同时拥有马达插销和机械插销，开锁需要打开两种插销。插入钥匙，首先读取钥匙内部的电子密码打开马达插销，然后类似于普通机械锁一样，旋转钥匙打开机械插销。同一套电子锁的钥匙齿都相同，电子密码各异。电子密码由16位二进制构成，密码组合可达到65536种，最多同时支持30组电子钥匙。
外接直流5V作为系统电源，为防止停电出现无法正常运行的情况，系统配有锂电池及其充电电路。该电子锁定时从掉电模式唤醒，进行电压检测。当电池电压大于3.6V时，继续进入掉电模式；当电池电压小于3.6V时，自动打开马达插销，该锁即变为普通机械锁。
首次使用该系统，需要采集钥匙电子密码。此时系统最高权限管理员通过短信可设置不同钥匙所有者的人员信息。采集的电子密码和人员信息进行匹配后存储于STC11L04E内部的EEPROM。如果出现钥匙丢失的情况，可以使用剩余的正确钥匙将丢失钥匙废除并添加新钥匙。
电池电压大于3.6V，电子钥匙插入钥匙孔产生单片机中断，将单片机从掉点模式唤醒，并读取钥匙中的密码。若密码正确，则打开马达插销，将开锁人的信息通过短信告知系统最高权限管理员。若密码错误，则发出蜂鸣器和短信报警。
以下为系统的两种供电工作模式。
2、系统的硬件电路设计
本系统的硬件电路包括电子锁和电子钥匙两部分。其原理框图如图1所示。
2.1电子锁硬件电路设计
电子锁分为STC11L04E单片机电路、马达插销电路、GSM电路、蜂鸣器电路和电源及其电压检测电路等几部分。下面选取部分电路进行介绍。
2.1.1 电源及其电压检测电路
外接直流5V电源通过锂电池集成充电芯片CN3068输出4.2V为锂电池充电，锂电池电压经过压降为STC11L04E供电。即使电网停电，锂电池能保证该系统一定时间内的正常工作。图2为电源供电电路。
图2 电源供电电路
LM258作为电压比较器使用，判断锂电池电压。三端可调分流基准源TL431提供2.5V作为电压比较器的正输入端。可调电位器将锂电池电压分压，作为电压比较器的负输入端。锂电池电压降至3.6V时，LM258输出为高电平。此时马达插销动作，系统作为普通机械锁使用。由于此电路电流值小于STC11L04E的IO脚灌电流，采用IO脚控制接地，能最大限度降低系统的功耗。电压检测电路如图3所示。
图3 电压检测电路
2.1.2 STC11L04E单片机电路
STC11L04E [2]具有3.6V-2.4V的宽电压工作范围，指令执行速度是传统8051单片机的3到24倍，小于0.1uA的低功耗掉电模式，内部集成1K的EEPROM。综合考虑本系统的设计要求和各类芯片的性价比，STC11L04E是设计该系统的最优选择。
2.1.3 GSM电路
SIM900A工作电压范围3.4V-4.5V，通过串口与STC11L04E进行通信。STC11L04E的IO脚经三极管接至SIM900A的PWRKEY，通过控制三极管的饱和、截止，对SIM900A进行开关控制，使得模块在发送短信任务之外均为关闭状态。SIM900A高达2A的瞬态启动电流会导致电压跌落，因而需要在SIM900A的电源与地之间接200uF的大电容，以此保证SIM900A的顺利启动。同时，SIM900A外接天线、SIM卡座、网络状态指示灯。
2.1.4 马达插销电路
该电路驱动芯片选用AE2501B，该芯片为集控制与电机驱动于一体的两功能推挽功率放大驱动器，具有较大的电流驱动能力。控制芯片的两个输入端的高低电平，可直接驱动直流电机的正反转运动。
2.2 电子钥匙硬件电路设计
密码钥匙如图4所示，将电路封装于普通钥匙的塑料手柄内。电子钥匙具有两个接触点，分别为钥匙齿和密码触点。钥匙齿与电子钥匙内部电路的地相连，插入钥匙孔后，接触钥匙孔内部的地，此时整个系统共地。密码触头接触琐圈，密码被读出。
采用电路简单、价格便宜的的单片机EM78P153作为电子钥匙的处理芯片。EM78P153具有2V至6V的宽电压工作范围，提供内部RC振荡器模式。在电源稳定之前，任何单片机均不能保证开始正常工作。EM78P153具有检测电压2.0V的电压检测器（POVD），这就免去了外部复位电路。电子钥匙电路图如图5所示。
由于利用电容的充放电特性，电子钥匙无需单独供电。为了保证在无电源情况下，EM78P153的正常工作，密码的“0”、“1”信号均有高低电平。如果高电平比低电平时间短，则为“0”信号；如果高电平比低电平时间长，则为“1”信号。此密码机制，不需要时间同步，而且在电压变化和内部RC晶振不稳定的情况下，也不会因为频率变化致使信号发生改变。
图4 电子钥匙示意图
图5 电子钥匙电路图
3、软件设计
系统上电后，首先进行电子钥匙密码管理和账户管理，判断锂电池电压，然后进入掉电低功耗状态。通过掉电唤醒定时器唤醒，判断锂电池电压后继续掉电睡眠，以此循环。如果锂电池电压低于3.6V，则打开马达插销，电子锁进入掉电模式且关闭掉电唤醒定时器和外部中断，该锁即变为普通机械锁。正常工作时，插入钥匙，触发外部中断可将系统从掉电睡眠唤醒。若钥匙匹配，打开马达插销，则可开锁。开锁后，SIM900A启动并向管理员发送开锁人员信息。此后系统等待关门时机械插销内缩带动的STC11L04E的外部中断，将马达插销关闭。
根据IO引脚的电平，判断是否需要进行电子钥匙密码和账户管理。P1.0为低电平，则为钥匙密码的初始化采集。将钥匙插入钥匙孔，密码采集后蜂鸣器鸣叫。管理员按照钥匙的顺序，可以通过中文短信的方式，发送配备钥匙的人员信息到系统的手机号码。人员信息将与对应的钥匙密码存储到EEPROM。P1.1为低电平，则为钥匙密码的废除和添加。
实现SIM900A的中文短信收发，需要通过AT命令 [3]对SIM900A进行网络初始化配置。“AT+CREG？”注册网络信息，“AT+CGATT？”检测是否附着网络，“AT+CMGF=0”设置短信PUD格式，“AT+CSCS=US2”选择16位通用多字节编码字符集。接收到账户管理人员信息短信时，通过串口读取数据并将短信内容按照格式进行分析和存储。发送短信，通过“AT+CMGS=”设定发送短信长度，串口得到“>”返回符后，按中文短信格式进行发送[4-5]。
图6为系统的程序流程概图。
图6 程序流程概图
4、结语
本文从软硬件介绍了基于STC11L04E的远程监控电子锁的设计方案。考虑可能出现停电的情况，系统在MCU选择、局部电路供电控制、程序低功耗均作了优化设计，从而使得电池具有最长的使用时间。实验测得，1080mAh锂电池充电饱满后断电，系统平均使用248次，之后作为普通机械锁使用。该系统凭借其电池使用时间长、电池殆尽作为机械锁继续使用、短信远程监控的特点，具有很好的发展前景。
【参考文献】
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家庭电路设计方案范文6
关键词：单片机；用电保护；智能
1 系统设计方案
1.1 实现目标
设计一种能够实现家庭过功率保护，在家庭电路过功率的情况下能够自动断电并在功率恢复后自动启动的智能多通道电功率分配系统。该系统还能通过按键直接设置上限功率，同时该系统不仅能够实时显示干路电流和功率，还能实时显示电路工作状态和危险信号，并做出有效反应。具有价格便宜、使用方便、性能可靠、功率可控等优点。
1.2 系统总体功能
通过电流互感器SCD211FK、峰值检测电路实时检测入户线上的电流、电压，将检测到的值通过数模转换电路ADC0809输入单片机AT89S52，AT89S52将电流、电压值反映到LCD液晶显示屏上。通过按键电路给系统设定一个功率上限值，当家用电器的功率超过给定值时，单片机AT89S52给继电器信号，促使其发生保护动作，切断电源，并在LCD液晶显示屏上显示。当家用电器的功率低于功率上限时，单片机AT89S52给继电器信号，使其恢复给家用电器供电。
1.3 工作原理
系统是基于单片机AT89S52控制系统，包括显示模块、传感器模块、峰值检测模块、AD转换模块、放大模块等。干路大电流通过电流互感器STC211FK能够转换成小电流输出，再经过精密运放OP07转换成电压信号，然后通过检波电路进行峰值检测，再有AD0809采样输出稳定值，进过软件计算可得到精确地功率，从而实现过功率保护。
2 单元电路设计
2.1 电流互感器放大电路
电流互感器放大电路中使用SCT211FK电流互感器。SCT211FK是一款高精密的电流互感器，输入额定电流为2mA，额定输出电流为2mA。其线圈扎数比为1：2000，可耐控冲击电流为100A*1秒。
2.2 数模转换电路
ADC模块中主要是逼近型数模转换器ADC0809芯片，ADC0809芯片内部具有锁存功能的8通道模拟多路开关，可对8通道0～5的输入模拟电压分式的进行转换，芯片内具有多路开关地址译码器和比较器、锁存电路、256R电阻T型网络、逐次逼近型寄存器、SAR树状电子开关、控制和时序电路等。ADC0809芯片输出具有TTL三台锁存功能的缓冲器，可以与单片机总线直接连接。
2.3 峰值检测电路
由运放LF353和二极管、电容构成的检波电路，用于检测入户电压峰值。LF353是JFET型标准线性运算放大器，用电压跟随器不仅能作为缓冲器，而且和很好的隔离作用，并且能提高直流特性。该电路利用二极管的单向导通能力和电容充放电特性，得到比较准确的峰值。
2.4 基于单片机AT89S52的单片机最小硬件系统
单片机运行工作起来，所必需的最基本电路组成。最基本电路构成有电源电路、时钟电路、复位电路。
2.4.1 复位电路。由电容串联电阻构成，由“电容电压不能突变”的性质可知，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且这个电高平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的52单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。本设计中C取10μ，R取8.2K。原则要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机器周期的高电平。
2.4.2 时钟电路。当单片机在工作时，从取指令到译码再进行微操作，必须在时钟信号控制下才能够有序的进行，时钟电路就是为单片机工作提供基本时钟的。单片机的时钟信号通常有两种产生方式：内部时钟方式和外部时钟方式。在单片机XTALL1和XTALL2引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。晶振的取值范围一般为0～24MHz，常用的晶振频率有6MHz、12MHz、11.0592MHz、24MHz等。
2.4.3 电源电路。AT89S51单片机的工作电压范围：4.0V～5.5V，所以通常给单片机外接5V直流电源。该电路输入家用220V交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5V直流电。方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载。
2.4.4 单片机最小系统电路。单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10～30uF，51单片机最小系统电容值越大需要的复位时间越短。系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。系统中的起振电容C2、C3一般采用15～30pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2ms。
3 结束语
本系统基于单片机AT89S52设计，适用于当家庭电路发生过功率时，实现自动断电保护。可以通过按键直接设置上限功率，超过上限功率系统将对家用电器实现自动断电。通过LCD液晶能够实时显示干路电流和功率，并且能实时显示电路工作状态和危险信号，以此来做出有效反应。
参考文献
