家庭安全用電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　家庭安全用電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是利用8051單片機(jī)芯片技術(shù)，結(jié)合8255可編程并行I/O接口擴(kuò)展芯片和HD44780字符液晶顯示模塊及ISD2560語音芯片的家庭安全用電控制裝置。以電磁感應(yīng)線圈和變壓器的輸出電壓為檢測(cè)用電發(fā)生漏電、過載、短路和超壓故障時(shí)的電壓信號(hào)，由TA7666 電

2、壓比較集成電路把信號(hào)電壓分為5個(gè)級(jí)別，利用8051單片機(jī)芯片進(jìn)行電壓PID控制，運(yùn)用HD44780字符液晶顯示模塊和ISD2650語音芯片，使其具有字符顯示和語音提示功能，在嚴(yán)重故障時(shí)又能自動(dòng)提前跳閘。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)家庭用電的安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)，非安全狀態(tài)下的字符和語音提示以及嚴(yán)重故障時(shí)自動(dòng)提前跳閘的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 8051單片機(jī)芯片；HD44780字符液晶顯示模塊；ISD2560語音芯片</

3、p><p>　　Home security to use electric control system design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design is the use of the 8051 MCU technology, combined with HD44780 chara

4、cter LCD module and the ISD2560 speech chip power control device home security. Uses output voltage of the electromagnetic induction coil and transform -er as voltage signal of the examination family has the leakage, th

5、e overload, the short circuit and presses when the breakdown, voltage comparator integrated cir -cuits to the TA7666 is divided into five levels of signal voltage, through 8051 MCU controlling, utilizes</p><p&

6、gt;　　Keywords：8051 MCU controlling; HD44780 character LCD module; ISD2560 speech chip</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 安全用電控制系統(tǒng)的定義1<

7、;/p><p>　　1.2 家庭安全用電控制系統(tǒng)的介紹1</p><p>　　1.3 傳感器技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀及本設(shè)計(jì)的意義2</p><p>　　1.3.1 傳感器技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 本設(shè)計(jì)的意義3</p><p>　　2 家庭安全用電控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3</p>

8、<p>　　2.1 硬件組成及原理圖3</p><p>　　2.1.1 8051單片機(jī)4</p><p>　　2.1.2 8255可編程接口擴(kuò)展芯片5</p><p>　　2.1.3 ISD2560語音芯片7</p><p>　　2.1.4 HD44780字符液晶顯示模塊7</p><p>　　

9、2.1.5 磁感線圈9</p><p>　　2.2 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.3 5V穩(wěn)壓電源10</p><p>　　2.4過載故障保護(hù)電路工作原理13</p><p>　　2.4.1 升壓變壓器14</p><p>　　2.4.2 電磁開關(guān)14</p><p>　

10、　2.5 超壓保護(hù)電路工作原理15</p><p>　　3 家庭安全用電控制電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1 系統(tǒng)電路原理總圖16</p><p>　　3.2 語音芯片與8051 相結(jié)合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)17</p><p>　　3.3 HD44780與單片機(jī)的接口電路19</p><p>　　3.4 電壓

11、信號(hào)的PID控制21</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)21</b></p><p>　　4.1 主程序設(shè)計(jì)總述21</p><p>　　4.2 過載保護(hù)電壓比較軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.3 超壓保護(hù)電壓比較軟件設(shè)計(jì)24</p><p><b>　　結(jié) 論2

12、5</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　謝 辭27</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 安全用電控制系統(tǒng)的定義</p><p>　　安全用電控

13、制系統(tǒng)是一種安裝在家庭用電線路上，用來檢測(cè)家庭用電的安全性，自動(dòng)檢測(cè)并控制的裝置，是家庭用電的保護(hù)神。它與家庭用電的電路配接在一起，從而可以起到檢測(cè)安全隱患、自動(dòng)控制斷電，以達(dá)到保護(hù)電路的目的。</p><p>　　1.2 家庭安全用電控制系統(tǒng)的介紹</p><p>　　對(duì)于電網(wǎng)短路和線路故障檢測(cè)保護(hù)已有不少研究，市面上的電器短路、過載、超壓的保護(hù)器功能單一，容易損壞，沒有提示功能，不夠人

14、性化。隨著人們生活水平的不斷提高，用電設(shè)備也不斷增加，產(chǎn)生了盲目用電現(xiàn)象，這給人們?cè)斐蓸O大的安全隱患。其中危害性最大的用電故障有三種：輸入電壓過高、室內(nèi)線路嚴(yán)重過載、用電器短路。本文設(shè)計(jì)的家庭安全用電控制系統(tǒng)的目的就是為了防止這三種故障帶來的危害，并且克服了以往保護(hù)器功能單一的缺點(diǎn)，電氣線路的常見故障有：絕緣損壞、接觸不良、過負(fù)荷、斷線、間距不足、保護(hù)導(dǎo)體帶電等，這些故障都有可能導(dǎo)致停電、觸電、火災(zāi)等多種事故。</p>&

15、lt;p>　　絕緣損壞后依據(jù)損壞程度的不同，可能出現(xiàn)短路、漏電這兩種危害。絕緣完全損壞將導(dǎo)致短路。短路時(shí)，流過線路的電流增大為正常工作電流的數(shù)倍到數(shù)10倍，而導(dǎo)線的發(fā)熱量又與電流的平方成正比，導(dǎo)致發(fā)熱量急劇增加，短時(shí)間就可能起火燃燒；發(fā)生弧光放電，高溫電弧可能灼傷附近的人員，也可能直接引起火災(zāi)；此外，在短路狀態(tài)下，一些裸露導(dǎo)體將帶有危險(xiǎn)的故障電壓，可能給人以致命的電擊。如絕緣未完全損壞，將導(dǎo)致漏電，漏電是電擊事故最常見的原因。此外

16、，漏電處局部發(fā)熱，局部溫度過高可能直接導(dǎo)致火災(zāi)，也可能使絕緣進(jìn)一步損壞，形成短路，引起火災(zāi)。如果導(dǎo)體接地，由接地電流產(chǎn)生的熱量和電弧，在接地處有可能導(dǎo)致起火燃燒。接觸不良造成連接處接觸電阻增大，在電流的作用下產(chǎn)生熱量，可以使金屬變色甚至熔化，很容易成為火源，引發(fā)電氣線路的絕緣層、附近的可燃物及積沉的可燃粉塵的燃燒。過負(fù)荷時(shí)，由于電線的發(fā)熱量與電流的平方成正比，發(fā)熱量往往超過允許限度，輕則加速絕緣老化，重則會(huì)使絕緣層燃燒而引起火災(zāi)事故。過

17、載還會(huì)增大線路上的電壓損失。斷線可能造成接地、混線及短路等多種事故，導(dǎo)線斷落在地面或接地導(dǎo)體上，可能導(dǎo)致電擊事故；導(dǎo)線斷開或拉脫時(shí)產(chǎn)生的電火</p><p>　　1.3 傳感器技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀及本設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　1.3.1 傳感器技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試和自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。它的主要特征是能準(zhǔn)確地傳遞和檢測(cè)出

18、某一形態(tài)的信息，并將它轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的信息。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,其越來越廣泛的應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。傳感器是一種檢測(cè)裝置，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。它能感受到被測(cè)量的信息，將檢測(cè)感受到的信息，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)，來滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄以及控制等的要求。隨著人類探知領(lǐng)域的不斷深入，各種信息的傳遞速度將越來越快，處理信息的能力也將越來越強(qiáng)，因此，就要求相對(duì)應(yīng)的信息采集傳感技術(shù)也要跟上發(fā)展的

19、步伐，這也就決定了傳感器將越來越被廣泛運(yùn)用、無處不在。</p><p>　　在國外，光電傳感器技術(shù)已廣泛地運(yùn)用到各國軍事技術(shù)、航空航天、檢測(cè)技術(shù)以及車輛工程等諸多領(lǐng)域。例如，軍事上，國外激光制導(dǎo)技術(shù)迅猛發(fā)展，使導(dǎo)彈發(fā)射的精度和射中目標(biāo)的準(zhǔn)確性大幅度提高；美國在航空航天領(lǐng)域，研制出了新型高精度高耐性紅外測(cè)溫傳感器，使其在惡劣的環(huán)境中仍能高精度測(cè)量出運(yùn)行中的飛行器各部分溫度；國外的城市交通管理也大多運(yùn)用電子紅外光電傳

20、感器進(jìn)行路段事故檢測(cè)和故障排解的指揮；同時(shí)，國外現(xiàn)有汽車中常裝載有新型光電傳感器，如激光防撞雷達(dá)、紅外夜視裝置、測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃料特性、壓力變化并用于導(dǎo)航的光纖陀螺等。我國在傳感器技術(shù)研究方面，正在逐漸縮小與國外的差距，一批基于MEMS技術(shù)的新型傳感器正在進(jìn)入市場(chǎng)，在各領(lǐng)域中不斷拓寬應(yīng)用范圍，設(shè)計(jì)技術(shù)、材料控制技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、可靠性技術(shù)和測(cè)試技術(shù)不斷發(fā)展成熟，量產(chǎn)能力逐步提高。</p><p>　　在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈

21、的條件下，我國生產(chǎn)的傳統(tǒng)傳感器，如力學(xué)量傳感器、氣體傳感器、溫度傳感器、光學(xué)傳感器、電壓敏傳感器，產(chǎn)銷形勢(shì)穩(wěn)中有升，不僅在國內(nèi)市場(chǎng)的份額逐步增長(zhǎng)，還同時(shí)滿足了部分國外市場(chǎng)的需求。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，在各個(gè)需要監(jiān)控的指標(biāo)點(diǎn)安裝傳感器可以更加方便的監(jiān)控所需要的指標(biāo)，并且通過中控系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化得目的。在國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)中形成了一批骨干研發(fā)及生產(chǎn)單位。同時(shí)，由于改革開放，國內(nèi)巨大的傳感器應(yīng)用市場(chǎng)，引來了各國廠商，如西門子、日本

22、橫河公司、美國霍尼韋爾公司、日本歐姆龍公司、美國邦納、芬蘭維薩拉公司等，這些國外公司占據(jù)了中國傳感器市場(chǎng)重要份額。當(dāng)前，我國傳感器產(chǎn)業(yè)正處于由傳統(tǒng)型向新型傳感器發(fā)展的關(guān)鍵階段，它體現(xiàn)了新型傳感器向微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的總趨勢(shì)。</p><p>　　1.3.2 本設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　本設(shè)計(jì)避免了復(fù)雜的傳感器，而選用了較為簡(jiǎn)單且方便處理的硬件集成傳感

23、器系統(tǒng)，其原理是在供電的電線旁安置兩個(gè)串聯(lián)的電磁感應(yīng)線圈（形狀為矩形）來獲取由導(dǎo)線電流變化產(chǎn)生的信號(hào)電壓。該系統(tǒng)能較方便且靈敏的檢測(cè)出電壓變化，簡(jiǎn)單易行。</p><p>　　2 家庭安全用電控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 硬件組成及原理圖</p><p>　　家庭安全用電控制系統(tǒng)的硬件分別是：由降壓變壓器、二個(gè)相互串聯(lián)的感應(yīng)線圈、升壓變壓器、電磁開關(guān)

24、、5V穩(wěn)壓電源、超壓過流信號(hào)獲取比較電路、可編程接口擴(kuò)展芯片8255、HD44780字符液晶顯示模塊、ISD2560語音芯片、揚(yáng)聲器和電容電阻等元器件組成，系統(tǒng)使用一片8051為控制芯片?？刂坪吞崾鞠到y(tǒng)的</p><p>　　基本電路如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 家庭安全用電控制系統(tǒng)原理</p><p>　　2.1.1 8051單片機(jī)</p&

25、gt;<p>　　8051系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各種邏輯單元及其之間的互連構(gòu)成的。其主要由中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、串行接口、并行I/O接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線組成。8051是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh  Programmable and Erasable 

26、Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的8051是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。此外，8051設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)

27、數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p>　　VCC：供電電壓。    </p><p>　　GND：接地。     </p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流

28、。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。     </p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉

29、為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。   </p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P

30、2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平

31、，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>　　P3.0（ RXD）（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 （TXD）（串行輸出口）</p><p>　　P3.2（ /INT0）（外部中斷0）</p&

32、gt;<p>　　P3.3（ /INT1）（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 （T0）（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 （T1）（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 （/WR）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　P3.7 （/R

33、D）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以

34、不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信

35、號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 </p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編

36、程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出[11]。</p><p>　　2.1.2 8255可編程接口擴(kuò)展芯片</p><p>　　8255是一種通用的可編程并行I/O接口芯片，它是為Intel系列微處理器設(shè)計(jì)的配套電路，也可用于其

37、他微處理器系統(tǒng)中。通過對(duì)它進(jìn)行編程，芯片可以工作于不同的工作方式。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用8255作為接口時(shí)，通常不需要附加外部邏輯電路就可以直接為CPU與外設(shè)之間提供數(shù)據(jù)通道，因此它得到極為廣泛的應(yīng)用。8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：與CPU連接部分、

38、與外設(shè)連接部分、控制部分。 </p><p>　　(1)一個(gè)并行輸入/輸出的LSI芯片，多功能的I/O器件，可作為CPU總線與外圍的接口。 </p><p>　　(2)具有24個(gè)可編程設(shè)置的I/O口，即3組8位的I/O口為PA口，PB口和PC口.它們又可分為兩組12位的I/O口，A組包括A口及C口(高4位，PC4~PC7)，B組包括B口及C口(低4位，PC0~PC3).A組可設(shè)置為基本的I

39、/O口，閃控(STROBE)的I/O閃控式，雙向I/O3種模式；B組只能設(shè)置為基本I/O或閃控式I/O兩種模式，而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定。</p><p>　　RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。 </p><p>　　CS:芯片選擇信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，即/CS=0時(shí)，表示芯

40、片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊;/CS=1時(shí)，8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，即/RD=0且/CS=0時(shí)，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 </p><p>　　WR:寫入信號(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，即/WR=0且/CS=0時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入825

41、5。 </p><p>　　D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 </p><p>　　PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 </p><p>　　PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一

42、個(gè)8位的I/O鎖存器， 一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。 </p><p>　　PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口， 每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。' </p><p>　　A1,A0:地址選擇線，用來選擇8

43、255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。</p><p>　　當(dāng)A1=0,A0=0時(shí),PA口被選擇；</p><p>　　當(dāng)A1=0,A0=1時(shí),PB口被選擇； </p><p>　　當(dāng)A1=1,A0=0時(shí),PC口被選擇； </p><p>　　當(dāng)A1=1,A0=1時(shí),控制寄存器被選擇。</p><p>　　2.1

44、.3 ISD2560語音芯片</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出、顯示以及對(duì)外圍設(shè)備的控制功能， 然而這些方法使得人機(jī)交流并不夠便利， 在智能儀器儀表或自動(dòng)控制設(shè)備中， 增加語音功能能極大地提高人機(jī)界面的友好性， 方便用戶操作。在許多場(chǎng)合，需要將語音系統(tǒng)和單片機(jī)結(jié)合在一起， 解決上述問題。目前語音服務(wù)行業(yè)越來越廣， 如電腦語音鐘、語音型數(shù)字萬用表、手機(jī)話費(fèi)查詢系統(tǒng)、排隊(duì)機(jī)以及公共汽車報(bào)站器等。美國IS

45、D公司生產(chǎn)的ISD 系列語音芯片采用模擬數(shù)據(jù)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)的專利技術(shù)(DSAST) ， 即將模擬語音數(shù)據(jù)直接寫入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需經(jīng)過A/D 或D/A 轉(zhuǎn)換， 因此能夠較好地真實(shí)再現(xiàn)語音的自然效果， 避免了一般固體語音電路因?yàn)榱炕蛪嚎s所造成的量化噪聲和失真現(xiàn)象。ISD2560 具有28 腳DIP 封裝形式，其基本功能如下：</p><p>　　( 1) ISD 系列具有抗斷電、音質(zhì)好、使用方便、無需專用

46、的語音開發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn)。</p><p>　　( 2) 片內(nèi)EEPROM容量480KB， 所以錄放時(shí)間長(zhǎng)， 錄放時(shí)間為90s。</p><p>　　( 3) 有10 個(gè)地址輸入端，尋址能力可達(dá)1024 位。</p><p>　　( 4) 語音最多能分600 段，設(shè)有OVF溢出端， 便于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)。</p><p>　　2.1.4 HD4478

47、0字符液晶顯示模塊</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)選用了HD44780字符液晶顯示模塊， HD44780有11條指令，單片機(jī)只需通過RS、R/W、DBO～DB7送入數(shù)據(jù)或指令便可顯示其指定內(nèi)容或顯示方式，表2.1為 HD44780的指令一覽表。表中的*為任意值，實(shí)際使用時(shí)通常取0。</p><p>　　液晶顯示模塊在各類測(cè)量及控制儀表中由于其功耗低、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、接口控制方便等優(yōu)點(diǎn)而

48、被廣泛的應(yīng)用。其中字符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。以HD44780為主控制驅(qū)動(dòng)電路及其擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路HD44100的液晶顯示模塊是以若干個(gè)5×8或5×11點(diǎn)陣塊組成的字符塊集。該字符塊集中的每一個(gè)字符塊為一個(gè)字符位，字符間的點(diǎn)距和行距均為一個(gè)點(diǎn)的寬度。</p><p>　　HD44780控制部分的時(shí)序發(fā)生電路主要用來產(chǎn)生計(jì)算機(jī)的響應(yīng)時(shí)序、DDRA M和CG

49、RAM的存取時(shí)序以及光標(biāo)和閃爍的產(chǎn)生時(shí)序等，時(shí)鐘頻率范圍為125k～350kHz，典型值為250kHz地址指針計(jì)數(shù)器AC是DDRAM和CGRAM共用的地址指針計(jì)數(shù)器，可用于指示當(dāng)前DDRAM和CGRAM的地址；字符發(fā)生器包括CGROM已固化好的字模庫（含有208種5×8點(diǎn)陣和32種5×11點(diǎn)陣字符字模數(shù)據(jù)）和可隨時(shí)定義的字模庫；80個(gè)字節(jié)的顯示存儲(chǔ)器DDRAM，可用于存儲(chǔ)當(dāng)前所要顯示的字符代碼；其地址由AC提供，并可

50、通過單片機(jī)直接對(duì)DDRAM進(jìn)行讀寫操作。</p><p>　　表2.1 HD44780的指令一覽表</p><p>　　它的內(nèi)部具有字符發(fā)生器ROM以及可顯示192種字符和64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM,因而可自定義8個(gè)5×8點(diǎn)陣字符或4個(gè)5×11點(diǎn)陣字符。而且模塊的接口信號(hào)和操作指令具有廣泛的兼容性，并能直接與單片機(jī)接口。另外，它還具有專用指令，可方便地實(shí)現(xiàn)各種不同的操

51、作。</p><p>　　2.1.5 磁感線圈</p><p>　　電流流過線圈時(shí)，其磁力線將穿過線圈本身，因而給線圈提供了磁通。如果電流隨時(shí)間而變化，線圈中就會(huì)因磁通量變化而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。</p><p>　　線圈中電流激發(fā)的穿過每匝的磁通近似相等，叫自感磁通。</p><p>　　線圈的自感電動(dòng)勢(shì)為：</p&g

52、t;<p>　　令，稱為線圈的自感磁鏈，則：</p><p><b>　　根據(jù)畢薩定律：</b></p><p><b>　　寫成等式：</b></p><p>　　比例系數(shù)叫做線圈的自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感，依賴線圈本身的形狀、大小及介質(zhì)的磁導(dǎo)率而與電流無關(guān)。</p><p>　　若回路幾

53、何形狀、尺寸不變，周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率不變，則：</p><p><b>　　自感單位：亨利。</b></p><p>　　兩個(gè)鄰近的線圈分別通有電流，當(dāng)其中一個(gè)線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，在另一個(gè)線圈中會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。這種因兩個(gè)載流線圈中的電流變化而相互在對(duì)方線圈中激起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫互感現(xiàn)象。</p><p>　　兩線圈的形狀、相互位置保持不變時(shí)

54、，有：</p><p>　　式中，稱為兩線圈的互感系數(shù)。</p><p><b>　　互感電動(dòng)勢(shì)為：</b></p><p><b>　　自感線圈的串聯(lián)：</b></p><p>　　順接等效的自感線圈的自感為：</p><p>　　逆接等效的自感線圈的自感為：</p&

55、gt;<p>　　2.2 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)采集是利用通電導(dǎo)線周圍有磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁學(xué)理論，對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)與采集，并報(bào)告中央處理器進(jìn)行判斷處理以達(dá)到感知電流突變狀況的目的。通常安全用電隱患有以下幾種形式：</p><p>　　（1）輸入電壓過高造成的安全隱患；</p><p>　?。?）室內(nèi)線路嚴(yán)重過載造成的安全隱患；</p

56、><p>　?。?）電氣線路受損，導(dǎo)致無法正常用電；</p><p>　?。?）火災(zāi)引起的用電線路故障；</p><p>　　（5）家用電器功率過大造成的用電線路故障。</p><p>　　根據(jù)以上用電安全隱患的幾種形式，本設(shè)計(jì)特采用獲取故障檢測(cè)電壓、電壓信號(hào)的PID控制、過在故障保護(hù)電路和超壓故障信號(hào)傳輸來檢測(cè)家庭用電的安全狀況，因此做到了某一

57、線路的損壞不會(huì)影響系統(tǒng)正常的工作。在本安全用電控制系統(tǒng)中，傳感器是系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，起著感知電流電壓變化狀況的重要作用。 </p><p>　　由電磁學(xué)理論知，通電導(dǎo)線周圍有電磁場(chǎng)產(chǎn)生。在供電的電線旁安置兩個(gè)串聯(lián)的電磁感應(yīng)線圈（形狀為矩形）來獲取由導(dǎo)線電流變化產(chǎn)生的信號(hào)電壓。</p><p>　　由文獻(xiàn)【10】得，感應(yīng)線圈電壓計(jì)算公式為：</p><p>

58、　　其中，為真空磁導(dǎo)率，為交流電的角頻率，為用戶總線的最大額定電流（可變值），N為感應(yīng)線圈的匝數(shù)，為感應(yīng)線圈的長(zhǎng)，為感應(yīng)線圈距導(dǎo)線的距離，為感應(yīng)線圈的寬。</p><p>　　2.3 5V穩(wěn)壓電源</p><p>　　具有過壓保護(hù)的5 V 穩(wěn)壓電路，采用集電極輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓方式，具有：成本低、效率高、體積小、重量輕、紋波少和穩(wěn)定度高等特點(diǎn)。具有擴(kuò)流和過壓保護(hù)裝置，可用于實(shí)驗(yàn)室作電路實(shí)驗(yàn)，也

59、可作固態(tài)電路和微處理機(jī)的供電電源，還可用作專用儀器、儀表等其他電路的電源。電路如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 帶保護(hù)的5 V 穩(wěn)壓電源電路圖</p><p><b>　　電路工作原理：</b></p><p>　　閉合電源開關(guān)S，電網(wǎng)220 V 電壓經(jīng)變壓器降壓得到11.5 V 交流電，二級(jí)管VD1～VD4 橋式整流，電容C4

60、濾波，集成穩(wěn)壓器W7805 的穩(wěn)壓可獲得平滑的5 V 直流電壓。集成穩(wěn)壓器W7805 的最大輸出電流為1.5 A，圖中的大功率三極管VT 起擴(kuò)流作用，可使輸出電流大于1.5 A。這是一種并接式擴(kuò)流方式，即W7805 的①腳與VT 的基極相連，W7805 的②腳與VT 的集電極相連，這樣兩輸出電流之和可達(dá)到1.6 A。如果需要更大的電流，可采用2～3 只大功率管并聯(lián)。W7805 集成穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過熱和安全區(qū)保護(hù)電路。盡管如此，由W780

61、5 和三極管VT 等組成的穩(wěn)壓電源輸出端仍有可能發(fā)生瞬間過壓。為確保負(fù)載的安全，本電源又增設(shè)了過壓保護(hù)電路，該電路由穩(wěn)壓二極管VD7、電阻R3、晶閘管VS 和快速熔絲管FU 等組成。本電源正常工作時(shí)輸出電壓為5 V，晶閘管VS 呈截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)由于某種原因（如集成電路損壞或調(diào)整管擊穿）使輸出電壓超過限定值時(shí)（即≥5.6 V），穩(wěn)壓管VD7 擊穿，這樣電阻R3 上的電壓VR3 升高使晶閘管VS 觸發(fā)導(dǎo)通，引起熔絲管FU 熔斷，從而保護(hù)了負(fù)載

62、。在</p><p><b>　　元器件選擇及使用：</b></p><p>　　大功率三極管VT 為2SB683，其特性參數(shù)見表3.1所示。整流二極管VD1～VD4 選用1N4007 或全橋整流塊5 A/400 V 即可。單向晶閘管VS 型號(hào)為JCT02，其特性參數(shù)見表3.2所示。穩(wěn)壓二極管VD7 為2CW103。對(duì)發(fā)光二極管VD8 的型號(hào)無特殊要求。除電阻R1 標(biāo)

63、稱功率應(yīng)不小于3 W 外，其余均為1/2～1/4 金屬膜電阻。其他元器件按圖中所標(biāo)注的選用。</p><p>　　表2.2 2SB683的特性參數(shù)</p><p>　　表2.3 JCT02晶閘管的主要特征</p><p>　　大功率擴(kuò)流管2SB683 和穩(wěn)壓集成電路W7805 均屬功耗較大的器件，除采用標(biāo)準(zhǔn)大功率三極管外殼封裝外，還必須加裝足夠散熱面積的散熱器。

64、如果散熱不良，穩(wěn)壓器的過熱保護(hù)電路將會(huì)限制正常的電流輸出。應(yīng)將發(fā)光二極管VD8 和熔絲管裝在本裝置的前后面板上，以便于顯示和更換。電路全部安裝完畢后，用一臺(tái)自耦變壓器接在本電路的輸入端，將電壓調(diào)到大于240 V，此刻，單向晶閘管VS 導(dǎo)通工作，導(dǎo)致保險(xiǎn)管FU 熔斷，無輸出電壓，這說明該電路工作可靠。然后，將自耦變壓器退出，接入負(fù)載即可投入使用。</p><p>　　2.4過載故障保護(hù)電路工作原理</p>

65、;<p>　　為了提高控制效果和減少感應(yīng)線圈的匝數(shù)，采用升壓變壓器T1。把信號(hào)電壓升高的方法進(jìn)行電壓提升，設(shè)升壓變壓器T1的變比為10／1，當(dāng)用電過載時(shí)，</p><p>　　流過進(jìn)戶火線的電流大大增加，由電磁感應(yīng)定律得，感應(yīng)線圈兩端的感應(yīng)電壓大大增加，通過對(duì)這個(gè)感應(yīng)電壓的檢測(cè)就能判斷出當(dāng)前是否出現(xiàn)過載現(xiàn)象，設(shè)這個(gè)信號(hào)電壓達(dá)到0.15V(升壓變壓器的次級(jí)輸出為1.5V)時(shí)開始報(bào)警提示，當(dāng)信號(hào)電壓超過

66、0.159V(升壓變壓器的次級(jí)輸出為1.59V)時(shí)立即跳閘并報(bào)警提示。為了使控制系統(tǒng)獲取過載控制的電壓信號(hào)，采用如圖2.3所示的電路。</p><p>　　圖2.3 過載故障信號(hào)電壓傳輸原理圖</p><p>　　集成電路TA7666原為錄音電平led顯示驅(qū)動(dòng)集成電路，內(nèi)部包含5個(gè)電壓比較器，1腳為信號(hào)電壓輸入端，3、4、5、6和7腳為信號(hào)電壓輸出端?，F(xiàn)在采用集成電路TA7666是為了得到

67、5個(gè)不同級(jí)別的信號(hào)電壓值。TA7666內(nèi)部的電壓比較器的基準(zhǔn)電壓是由8051單片機(jī)芯片根據(jù)用戶線的規(guī)格來確定，并通過單片機(jī)芯片的8腳(P17)輸出給TA7666。當(dāng)升壓變壓器輸出的電壓超過1.5V，整流后的大于1.1V的電壓，經(jīng)R16分壓后仍超過1V的電壓，經(jīng)TA7666內(nèi)部電壓比較器比較。3腳由高電變?yōu)榈碗娖?低電平為0.3V)，于是，二極管VD14導(dǎo)通，由R58和R59分壓得約為2V電壓加到8051單片機(jī)的P22IO口上。如果輸出的

68、電壓不斷變高，則TA7666的4，5，6，7腳依次由高電平變?yōu)榈碗娖?。這樣在單片機(jī)的IO 口：P22，P23，P24，P25，和P26依次檢測(cè)到低電平輸入，由8051單片機(jī)芯片內(nèi)部運(yùn)算識(shí)別從P00～P07腳輸出過載信號(hào)。由D0--D07腳輸入到8255擴(kuò)展電路內(nèi)，再由8255內(nèi)部識(shí)別，從存儲(chǔ)器中調(diào)出過載字符顯示信號(hào)．從8255的PA0～PA7腳輸出給HD44780的7～14腳，由</p><p>　　當(dāng)過載超過額

69、定5％就開始進(jìn)行安全提示。分五個(gè)級(jí)別提示(每個(gè)級(jí)差為10％)，最高為45％，當(dāng)過載不是很多，只是語音和文字提示，但沒有切斷電源，如果過載非常嚴(yán)重(如45％，此時(shí)集成電路TA7666的7腳高電平變?yōu)榈碗娖剑?051單片機(jī)芯片的IO口P26腳獲得低電平輸入)，由用電保護(hù)電路原理圖2.4可見．與門電路U8的輸人為低電平，輸出也為低電平，控制管Q1導(dǎo)通，電磁開關(guān)有電流通過而跳閘。</p><p>　　當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，電線電

70、流突然升得很大，磁感線圈的感應(yīng)電壓也很高．這會(huì)燒壞家庭用電故障提示器。為了防止這種情況發(fā)生，儀器上設(shè)計(jì)有兩個(gè)保險(xiǎn)絲，同時(shí)儀器上還設(shè)計(jì)有兩個(gè)超壓保護(hù)電路。短路故障發(fā)生時(shí)，TA7666的7腳為低電平，經(jīng)門電路使保護(hù)二極管的控制端為高電平，于是二極管短路導(dǎo)通，確保儀器安全。</p><p>　　負(fù)載短路時(shí)，電線電流變得很大，使磁感線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓升得很高，這時(shí)，磁感線圈獲得的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.15V，TA7666的3

71、,4、5,6、7腳同時(shí)輸出低電平．控制過程與前述相同，電磁開關(guān)立即切斷電源。保證用電戶電器設(shè)備的安全。</p><p>　　2.4.1 升壓變壓器</p><p>　　變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，可用來把某一數(shù)值的交變電壓變換為同頻率的另一數(shù)值的交變電壓。升壓變壓器就是用來把低數(shù)值的交變電壓變換為同頻率的另一較高數(shù)值交變電壓的變壓器。其在高頻領(lǐng)域應(yīng)用較廣，如逆變電源等。變壓器-----靜止

72、的電磁裝置，變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能，變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組；與負(fù)載相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組；一次繞組的電壓相量 U1、電流相量 I1 、電動(dòng)勢(shì)相量 E1、匝數(shù) N1和二次繞組的電壓相量 U2 、電流相量 I2 、電動(dòng)勢(shì)相量 E2 、匝數(shù) N2 同時(shí)交鏈一次，二次繞組的磁通量的相量為φm ,該磁通量稱為主磁通。物理

73、公式為：</p><p>　　U1/U2=N1/N2 =I2/I1 </p><p>　　式中U1、U2為電壓，N1、N2為線圈匝數(shù)，I1、I2為電流。</p><p>　　2.4.2 電磁開關(guān)</p><p>　　電磁開關(guān)，顧名思義就是用電磁鐵控制的開關(guān)，也就是電磁鐵與開關(guān)的結(jié)合</p><p>　　體。當(dāng)電磁鐵線圈

74、通電后產(chǎn)生電磁吸力，活動(dòng)鐵芯推或拉動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)閉合，從而</p><p>　　接通所控制電路。電磁開關(guān)在各行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，最常見的是工業(yè)領(lǐng)域的接觸器。如果沒有特別說明，電磁開關(guān)是指汽車起動(dòng)機(jī)上的控制開關(guān)，是起動(dòng)機(jī)（直流電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)嚙合機(jī)構(gòu)、電磁開關(guān)）三大部件之一，其工作原理是線圈通電后產(chǎn)生電磁吸力，使活動(dòng)鐵芯移動(dòng)，從而一方面拉動(dòng)傳動(dòng)嚙合機(jī)構(gòu)使起動(dòng)機(jī)小齒輪前移與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈嚙合，另一方面推動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)接通，使直流電

75、動(dòng)機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。在機(jī)電傳動(dòng)領(lǐng)域，在實(shí)際生產(chǎn)中，常把異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)自動(dòng)控制線路裝成為一個(gè)成套的電氣設(shè)備，叫可逆磁力啟動(dòng)器，或稱為電磁開關(guān)，常用的型號(hào)有QC10系列等。</p><p>　　2.5 超壓保護(hù)電路工作原理</p><p>　　如果降壓變壓器T2變比為1/50，降壓變壓器T2的次級(jí)繞組兩端電壓設(shè)定安全值為 =5.5V，因此輸入用戶的相電壓也就最高不能大于265V

76、，當(dāng)干線電壓過高時(shí)，獲取的信號(hào)電壓超過5.5V，這樣單片機(jī)用電故障語音提示器就不僅僅提示，而且會(huì)使電路跳閘切斷電源。</p><p>　　開始安全提示的最低電壓為250V，超電壓分為四個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)差相差5V，最高為265V。電壓在265V以下都只是進(jìn)行安全提示，沒有跳閘斷電。只有在大于或等于265V時(shí)才立即跳閘斷電并安全提示。工作原理為：</p><p>　　當(dāng)干線電壓過高時(shí)，變壓器T2

77、輸出的電壓超過5V，經(jīng)整流濾波后加至TA7666，使3腳輸出高電平，由PC3輸入8255，8255得到干線電壓過高信號(hào)，從字符存儲(chǔ)器中調(diào)出原來存儲(chǔ)的電壓過高的字信息，由PA0～PA7輸出到HD44780字符液晶顯示模塊，于是，HD44780字符液晶顯示模塊開始顯示電壓過高、不安全的語句。同時(shí)，8255也從存儲(chǔ)器中調(diào)出干線電壓過高的語音信息，由PB0～PB7輸出送到ISD2560語音芯片，此時(shí)ISD2560語音芯片驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出5句“電壓

78、過高、不安全”的報(bào)警聲音，提示用戶注意用電的安全。但這只是提示。不切斷電。當(dāng)干線電壓超過270V時(shí)，變壓器次級(jí)輸出為5.6V。這時(shí)TA7666的5腳由原來高電平變?yōu)榈碗娖?。這時(shí)除字符和語音提示外。同時(shí)，或門電路也輸出切斷電源的控制信號(hào)，由電磁開關(guān)切斷干線電流。</p><p>　　當(dāng)干線電壓由220V變?yōu)?80V時(shí)，變壓器輸出的5V變?yōu)?.5V。TA7666的3、4、5、6、7全為低電平，電磁開關(guān)立即切斷電源以保

79、護(hù)用電設(shè)備。另外，由于TA7666的7腳是高電平，VD2的控制腳為高電平，VD2導(dǎo)通，保護(hù)儀器不受損壞。電路圖中的C1，C2為大電解電容，其作用是當(dāng)干線被切斷后，由于C1，C2充有電壓，使儀器上的信號(hào)保留一定時(shí)間，即延遲作用。</p><p>　　圖2.4超壓故障信號(hào)傳輸原理圖</p><p>　　3 家庭安全用電控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)電路原

80、理總圖</p><p>　　本系統(tǒng)以8051單片機(jī)為控制芯片，由HD44780字符液晶顯示模塊、ISD2650語音芯片以及必要的輔助電路組成一個(gè)基于8051單片機(jī)芯片的具有檢測(cè)及控制功能的系統(tǒng)，其電路原理框圖如圖8所示。在此系統(tǒng)中8051通過串口對(duì)HD44780字符液晶顯示模塊和ISD2650語音芯片進(jìn)行控制，在連接使用時(shí)，8051單片機(jī)利用8255擴(kuò)展一串口，通過這一串口與HD44780字符液晶顯示模塊、ISD

81、2650語音芯片進(jìn)行連接使用。檢測(cè)控制及其輔助電路都可以直接使用8255的I/O口。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)電路原理總框圖</p><p>　　3.2 語音芯片與8051 相結(jié)合的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　具體的接口電路如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 語音芯片與8051接口電路圖</p><

82、;p>　　A0～A9:作為地址線，與單片機(jī)的地址端口連接，共有1024 種組合狀態(tài)， 通過對(duì)A8， A9 的設(shè)置單片機(jī)可以控制語音芯片的工作方式；/CE:片選， 和單片機(jī)的P2.5 口相連，單片機(jī)可以選中芯片；PD: 節(jié)電控制，和單片機(jī)的P2.4 口相連；P/R: 錄放模式，和單片機(jī)的P2.2 口相連，單片機(jī)可以控制芯片處于錄音或放音的工作模式。以上三引腳再分別連一跳線，此跳線的一端接地，一端接電源，在軟件不變的情況下可以通過該跳

83、線控制語音芯片的工作方式，當(dāng)然也可通過開關(guān)方式控制。EOM: 信息結(jié)尾標(biāo)志，和單片機(jī)的P2.3 口相連，EOM在錄音時(shí)由芯片自動(dòng)插入該信息的結(jié)尾。</p><p>　　錄音時(shí)，連接J5 跳線；單片機(jī)通過端口線設(shè)置語音段的起始地址，再使PD </p><p>　　端、P/R 端為低電平啟動(dòng)錄音；結(jié)束時(shí)，斷開跳線連接，單片機(jī)又讓P/R 端回到高電平，即完成一段錄音的錄制。同樣的方法可錄制第二段

84、，第三段等。值得注意的是，錄音時(shí)間不能超過預(yù)先設(shè)定的每段語音的時(shí)間。</p><p>　　放音時(shí)，根據(jù)需播放的語音內(nèi)容，找到相應(yīng)的語音段起始地址，并通過端口線送出。再將P/R 端設(shè)為高電平，PD 端設(shè)為低電平即連接跳線J4，并讓/CE 端產(chǎn)生一負(fù)脈沖啟動(dòng)放音，這時(shí)單片機(jī)只需等待ISD2560 的信息結(jié)束信號(hào)。信號(hào)為一負(fù)脈沖，在負(fù)脈沖的上升沿該段語音才播放結(jié)束，所以單片機(jī)必須要檢測(cè)到上升沿才能播放第二段，否則播放語

85、音就不連續(xù)。</p><p>　　單片機(jī)控制語音芯片定時(shí)播放的程序主要包括兩方面的主要內(nèi)容， 一是單片機(jī)對(duì)ISD2560 芯片控制字的寫入， 二是定時(shí)中斷的產(chǎn)生。定時(shí)播放的主要程序源代碼如下：</p><p>　　char data BUFFER[1]={0};//定時(shí)器計(jì)數(shù)變量</p><p>　　Sbit PR=P2^2; //定義播放/錄音的控制端口</

86、p><p>　　Sbit EOM=P2^2; //定義結(jié)束信號(hào)</p><p>　　Sbit PD=P2^4; //定義芯片電源開關(guān)</p><p>　　Sbit CE=P2^5; //定義片選</p><p>　　Void play(void)</p><p><b>　　{</b></p&g

87、t;<p>　　PD=1; //打開芯片電源開關(guān)</p><p>　　CE=0; //選中該芯片</p><p>　　PR=1; //開始播放</p><p>　　While (! EOM); //等待播放內(nèi)容結(jié)束信號(hào)</p><p>　　Delays(); //延時(shí)</p><p>　　PD=0; CE

88、=0; PR=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　Main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　EA=1;IT=1;ET0=1; //開中斷</p><p>　　TMOD=0x01

89、; //T0 方式1 計(jì)時(shí)1 秒</p><p>　　TH0=- 5000/256;TL0=- 5000%256;</p><p>　　TR0=1; //開中斷, 啟動(dòng)定時(shí)</p><p><b>　　For(;;);</b></p><p><b>　　}</b></p><p

90、>　　/* 定時(shí)計(jì)數(shù)器0 的中斷服務(wù)子程序*/</p><p>　　Void timer0(void) interrupt 1 using1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=- 5000/256; //定時(shí)器T0 的高4 位賦值</p><p>　　TL0=- 5000%256;

91、 //定時(shí)器T0 的低4 位賦值</p><p>　　BUFFER[0]=BUFFER[0]+1; //百分秒進(jìn)位</p><p>　　If(BUFFER[0]=1000)</p><p>　　Play(); //調(diào)用播放子程序</p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.3

92、HD44780與單片機(jī)的接口電路</p><p><b>　　數(shù)據(jù)線訪問方式：</b></p><p>　　字符型LCD與8051單片機(jī)的數(shù)據(jù)線接口電路如圖3.3所示，圖中，單片機(jī)PO口直接與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口相接，P1.5口用于控制RS寄存器選擇，P1.6口用于控制R/W讀寫選擇，P1.7口則用來控制E使能信號(hào)，使用該方法接口簡(jiǎn)單，編程方便。</p>

93、<p><b>　　地址線訪問方式：</b></p><p>　　字符型LCD與8051單片機(jī)的地址線接口電路如圖3.4所示，圖中，單片機(jī)P2口直接與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口相接，當(dāng)P1口被其它操作所占用時(shí)，可選用RS寄存器選擇，R/W讀寫選擇T1口控制E使能信號(hào)。此外，依據(jù)HD44780的接口特性，無論計(jì)算機(jī)對(duì)其操作為何種總線形式，計(jì)算機(jī)操作的流程都是一致的，即首先判斷標(biāo)志，然后再

94、進(jìn)行寫指令或數(shù)據(jù)以及讀數(shù)據(jù)的操作。</p><p>　　液晶顯示模塊的顯示方式有整屏顯示或單獨(dú)顯示兩種，整屏顯示是將所要顯示的數(shù)據(jù)一次性發(fā)送到顯示數(shù)據(jù)RAM中。而單獨(dú)顯示是在屏幕上的指定位置進(jìn)行。兩種方法都是在控制器空閑的條件下才能進(jìn)行操作，并在操作前都要進(jìn)行忙讀取標(biāo)志，以判斷控制器是否處于忙狀態(tài)，然后再進(jìn)行寫指令或數(shù)據(jù)以及讀數(shù)據(jù)的操作。該系統(tǒng)采用自定義符號(hào)以及20×2自動(dòng)翻屏顯示方式，如圖3.3和3.

95、4所示。</p><p>　　圖3.3數(shù)據(jù)接口方式</p><p>　　圖3.4 地址接口方式</p><p>　　3.4 電壓信號(hào)的PID控制</p><p>　　文中的控制對(duì)象是電壓信號(hào)，對(duì)電壓信號(hào)的每一個(gè)數(shù)據(jù)量都要進(jìn)行一次PID運(yùn)算。文中定義：</p><p><b>　?。罕硎灸繕?biāo)電壓；</b&

96、gt;</p><p><b>　?。罕硎井?dāng)前電壓；</b></p><p>　?。罕硎井?dāng)前電壓差(=-)。</p><p>　　PID運(yùn)算表達(dá)式如下：</p><p>　　PWM-0UT=P-OUT+I-0UT+D-OUT</p><p>　　其中P-OUT=*稱為比例項(xiàng)，是比例系數(shù)，比例項(xiàng)輸出

97、等于比例系數(shù)乘當(dāng)前電壓差。</p><p>　　I-OUT= *稱為積分項(xiàng)，是積分系數(shù)，積分項(xiàng)用于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，由當(dāng)前起前面N次采樣電壓差的和。</p><p>　　P-OUT= *稱為微分項(xiàng)，是微分系數(shù)，微分項(xiàng)用于減小系統(tǒng)超調(diào)量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，(=當(dāng)前電壓差一上次電壓差)。控制程序如下：</p><p>　　Void PID（）</p><

98、;p><b>　　{</b></p><p><b>　　=／100；</b></p><p>　　I-OUT=P-OUT；</p><p>　　P-OUT=一／100；；</p><p>　　U+ =( *P-OUT+ *(P-OUT一21-OUT+D-OUT))／100；</p>

99、;<p>　　If(U<0)U=0：</p><p>　　If(U>255)U=255；</p><p>　　PWM-OUT=U；</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1

100、主程序設(shè)計(jì)總述</p><p>　　本系統(tǒng)主要由中央處理器、信號(hào)采集系統(tǒng)和液晶顯示及語音提示系統(tǒng)組成，各部分之間的相互關(guān)系如圖4.1所示。本系統(tǒng)不同于其它保護(hù)系統(tǒng)的地方就是增加液晶顯示和語音提示系統(tǒng)。它在檢測(cè)到過壓信號(hào)時(shí)及時(shí)給予字符提示和語音提示，以保證用戶處于非常安全的狀態(tài)。另外本系統(tǒng)還裝有自動(dòng)控制裝置，當(dāng)產(chǎn)生嚴(yán)重故障時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)提前跳閘且此時(shí)不再受人為控制。</p><p><

101、;b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)總流程圖</p><p>　　從上圖我們可以直觀的看出各系

102、統(tǒng)之間的關(guān)系如下：傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)傳給8051控制器，當(dāng)處理器檢測(cè)到信號(hào)并判定信號(hào)為正常的信號(hào)后便會(huì)發(fā)出命令給液晶顯示和語音提示系統(tǒng)，液晶顯示和語音提示系統(tǒng)收到命令后便送回信號(hào)進(jìn)行下一次電壓比較，同時(shí)，傳感系統(tǒng)將采集到的信息通知給液晶顯示和語音提示系統(tǒng)，系統(tǒng)便會(huì)通過8051控制器采取相應(yīng)的措施，如自動(dòng)跳閘。運(yùn)行初始化后，系統(tǒng)將處于不停地接收電壓信號(hào)的狀態(tài)中，同時(shí)系統(tǒng)也在等待檢測(cè)狀態(tài)和接收用戶查詢的消息中斷。一旦有中斷產(chǎn)生，控制器就會(huì)

103、轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的中斷子程序中去處理該程序。若系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)無效，則控制系統(tǒng)不進(jìn)行上述操作。</p><p>　　4.2 過載保護(hù)電壓比較軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中過載保護(hù)電壓比較工作流程如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 過載保護(hù)電壓比較流程圖</p><p>　　采用升壓變壓器把信號(hào)電壓升高的方法進(jìn)行電壓提升，設(shè)升壓變壓

104、器T1的變比為10/1，當(dāng)用電過載時(shí)，流過進(jìn)戶火線的電流大大增加，由電磁感應(yīng)定律得，感應(yīng)線圈兩端的感應(yīng)電壓大大增加，通過對(duì)這個(gè)感應(yīng)電壓的檢測(cè)就能判斷出當(dāng)前是否出現(xiàn)過載現(xiàn)象，設(shè)這個(gè)信號(hào)電壓達(dá)到V(升壓變壓器的次級(jí)輸出為1.5V)時(shí)開始報(bào)警提示，當(dāng)信號(hào)電壓超過0．159V(升壓變壓器的次級(jí)輸出為1.59V)時(shí)立即跳閘并報(bào)警提示。</p><p>　　4.3 超壓保護(hù)電壓比較軟件設(shè)計(jì)</p><p&

105、gt;　　本設(shè)計(jì)中過載保護(hù)電壓比較工作流程如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 超壓保護(hù)電壓比較流程圖</p><p>　　采用降壓變壓器把信號(hào)電壓降低的方法進(jìn)行電壓降低，設(shè)降壓變壓器T2的變比為1/50，降壓變壓器T2的次級(jí)繞組兩端電壓設(shè)定安全值為5.5V，因此輸入用戶的相電壓也就最高不能大于265V，當(dāng)干線電壓過高時(shí)，獲取的信號(hào)電壓超過5.5V，這樣單片機(jī)用電故障語音提示器就

106、不僅僅提示，而且會(huì)使電路跳閘切斷電源。開始安全提示的最低電壓為250V，超電壓分為四個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)差相差5V，最高為265V。電壓在265V以下都只是進(jìn)行安全提示，沒有跳閘斷電。只有在大于或等于265V時(shí)才立即跳閘斷電并安全提示。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是利用8051單片機(jī)芯片技術(shù)，結(jié)合HD44780字符液晶顯示模塊和I

107、SD2560語音芯片的家庭安全用電控制裝置。通過感應(yīng)線圈與變壓器輸出電壓來獲取超壓、過載和短路故障的檢測(cè)電壓。由TA7666 電壓比較集成電路把信號(hào)電壓分為5 個(gè)級(jí)別，運(yùn)用8051 單片機(jī)芯片進(jìn)行電壓PID 控制，使用HD44780 字符液晶顯示模塊和ISD2560 語音芯片進(jìn)行文字與語音提示用電故障，并且能適時(shí)自動(dòng)跳閘。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)家庭用電的安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)，非安全狀態(tài)下的字符和語音提示，以及嚴(yán)重故障時(shí)自動(dòng)提前跳閘，而且具有用電故障提示和

108、嚴(yán)重故障時(shí)跳閘準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)，為家庭用電提供了一種新的途徑與思路。</p><p>　　本系統(tǒng)是用8051 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多功能用電故障控制器，具有字符提示和語音提示功能，改變了目前漏電保護(hù)器和過載保護(hù)器功能單一，故障出現(xiàn)時(shí)沒有任何提示等缺點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程中遇到了很多想到和想不到困難，在老師和同學(xué)的幫助下都一個(gè)個(gè)得到了圓滿的解決，但由于本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)較大，個(gè)別部分實(shí)現(xiàn)難度較高，時(shí)間緊迫等原因，系統(tǒng)的部分流程

109、，如檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)情況跟預(yù)期效果還有一定的差距，起火情況還無法達(dá)到有效控制的效果，以后本人還需要做進(jìn)一步的改進(jìn)和設(shè)計(jì)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)正是適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需要應(yīng)運(yùn)而生的，充分利用了現(xiàn)代社會(huì)的科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化，對(duì)家庭用電安全問題的提高具有重大的意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1

110、]王季梅. 短路電流限流開斷器研制成功[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004， (10).</p><p>　　[2]張華，姜金昌. DSP 5617827在低壓線路微機(jī)保護(hù)裝置中的應(yīng)用[D].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展， 2005（02）.</p><p>　　[3]郭為群，朱利，王亞輝.YZ-RTOS:一個(gè)面向繼電保護(hù)裝置的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展， 2006 (04).</p>