一种基于单片机的智能开关控制器的制作方法

本实用新型的基于单片机的智能开关控制器可以应用在电器设备的保护领域，以及一些电器设备的控制领域中。

背景技术：

随着电能的普及与制造业的发展，电器设备变得十分普遍，成了生活中不可或缺的一部分。然而这些电器设备通常只有在一定的外界条件下才能处于一个安全工作的状态，而且随着智能产业的发展，电器的功能也变得多样化，其工作在不同的模式下对外界工作环境会有着不同的要求。因而如何实现对电器设备进行保护和控制，使电器设备安全可靠地工作，显得极其重要。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于单片机的智能开关控制器，本基于单片机的智能开关控制器通过温湿度传感器及时钟芯片，来采集被保护电器设备当前工作环境参数，然后将这些参数与设定值进行比较，从而实现对电器设备的保护和控制。整个控制器具有简单可靠、成本低、适用范围广的特点。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于单片机的智能开关控制器，包含mcu控制模块、温湿度采集模块、实时时钟模块、存储模块、按键模块、开关控制电路模块和显示模块，所述温湿度采集模块、实时时钟模块、存储模块、按键模块、开关控制电路模块和显示模块均与mcu控制模块连接；

所述开关控制电路模块包括电阻r16、光耦nec2705、电阻r15、发光二极管led2、二极管d2、电阻r13、电阻r14、三极管q1、relay继电器和接线端子l1，所述电阻r16一端与mcu控制模块连接，另一端与光耦nec2705的引脚1连接，所述光耦nec2705的引脚2连接地线，所述光耦nec2705的引脚3、电阻r15的一端、二极管d2的负极和relay继电器的引脚1同时与5v电源连接，所述电阻r15的另一端和发光二极管led2的正极连接，发光二极管led2的负极、二极管d2的正极和三极管q1的集电极均与relay继电器的引脚3连接，所述光耦nec2705的引脚4通过电阻r13与三极管q1的基极连接，三极管q1的基极通过电阻r14与地线连接，三极管q1的发射极与地线连接，relay继电器的引脚5、引脚1和引脚4均与接线端子l1连接，所述接线端子l1用于连接电器设备的供电电路。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述mcu控制模块采用单片机stm32f103c8t6、电阻r4、电容r5、按键sw1、电阻r2、电阻r3、电容c1、电容c2、晶振y2、电容c3、电容c4、电阻r1和晶振y1，单片机stm32f103c8t6的引脚9、引脚48、引脚36和引脚24同时与3.3v电源连接，单片机stm32f103c8t6的引脚8、引脚47、引脚35和引脚23同时与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚44通过电阻r3与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚20通过电阻r2与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚7同时与电阻r4、电容c5和按键sw1的一端连接，电阻r4的另一端与3.3v电源连接，电容c5和按键sw1的另一端均与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚5同时与电阻r1、晶振y1和电容c3的一端连接，单片机stm32f103c8t6的引脚6同时与电阻r1的另一端、晶振y1的另一端和电容c4的一端连接，电容c3和电容c4的另一端均与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚3同时与晶振y2和电容c1的一端连接，单片机stm32f103c8t6的引脚4同时与晶振y2的另一端和电容c2的一端连接，电容c1和电容c2的另一端均与地线连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述温湿度采集模块包括温湿度传感器aht10、稳压芯片5333b、电容c9、电容c11、电阻r12、电容c10、电阻r10和电阻r11，所述稳压芯片5333b的引脚3与3.3v电源连接，稳压芯片5333b的引脚3通过电容c9与地线连接，稳压芯片5333b的引脚2同时与电容c11和电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端同时与电容c10和温湿度传感器aht10的引脚4连接，稳压芯片5333b的引脚1、电容c11的另一端、电容c10的另一端和温湿度传感器aht10的引脚5均与地线连接，温湿度传感器aht10的引脚2与单片机stm32f103c8t6的引脚13连接，且引脚2通过电阻r11与3.3v电源连接，温湿度传感器aht10的引脚3与单片机stm32f103c8t6的引脚12连接，且引脚3通过电阻r10与3.3v电源连接，温湿度传感器aht10的引脚1与地线连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述实时时钟模块包括ds3231时钟芯片、电阻r9、锗二极管d3、纽扣电池bat1、电阻r19、电容c7、电阻r7和电阻r8，所述ds3231时钟芯片的引脚2与3.3v电源连接，ds3231时钟芯片的引脚3和引脚4相互连接后通过电阻r9与3.3v电源连接，ds3231时钟芯片的引脚5至引脚13均与地线连接，ds3231时钟芯片的引脚14同时与电容c7的一端、纽扣电池bat1的正极和锗二极管d3的负极连接，电容c7的另一端和纽扣电池bat1的负极均与地线连接，锗二极管d3的正极通过电阻r19与3.3v电源连接，ds3231时钟芯片的引脚15通过电阻r8与3.3v电源连接，且引脚15与单片机stm32f103c8t6的引脚15连接，ds3231时钟芯片的引脚16通过电阻r7与3.3v电源连接，且引脚16与单片机stm32f103c8t6的引脚14连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述存储模块包括at24c32存储芯片、电阻r20和电阻r21，所述at24c32存储芯片的引脚1、引脚2、引脚3和引脚8均与3.3v电源连接，at24c32存储芯片的引脚4和引脚7均与地线连接，at24c32存储芯片的引脚5与单片机stm32f103c8t6的引脚28连接，且引脚5通过电阻r20与3.3v电源连接，at24c32存储芯片的引脚6与单片机stm32f103c8t6的引脚27连接，且引脚6通过电阻r21与3.3v电源连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述按键模块包括两行四列式矩阵键盘、电阻r6和按键k9，所述两行四列式矩阵键盘包括按键k1到按键k8，所述按键k1至按键k4的一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚42连接，所述按键k5至按键k8的一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚43连接，所述按键k1和按键k5的另一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚26连接，所述按键k2和按键k6的另一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚11连接，所述按键k3和按键k7的另一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚25连接，所述按键k4和按键k8的另一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚29连接；所述电阻r6的一端与3.3v电源连接，电阻r6的另一端与按键k9的一端连接，按键k9的另一端与单片机stm32f103c8t6的引脚19连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述显示模块采用1.3寸的oled液晶显示模块，oled液晶显示模块的vcc引脚与3.3v电源连接，oled液晶显示模块的gnd引脚与地线连接，oled液晶显示模块的sda引脚与单片机stm32f103c8t6的引脚21连接，且sda引脚通过电阻r17与3.3v电源连接，oled液晶显示模块的scl引脚与单片机stm32f103c8t6的引脚18连接，且scl引脚通过电阻r18与3.3v电源连接。

本实用新型的优点在于：本实用新型设计了一种基于单片机的智能开关控制器，可根据不同电器设备的需求来改变控制精度，并在此精度下实现温控、湿控、时控三种控制方式；采用液晶显示屏，具有极其友好的人机交互性。整个控制器具有简单可靠、成本低、适用范围广的特点。此控制器可以实时采集并显示温度、湿度、时间参数，在打开控制的情况下，当温度、湿度、时间超出了设定的范围时，开关控制电路模块能够有效地断开电器设备；当重新满足工作条件时，自动闭合电器设备。此控制器工作可靠、成本低、人机交互性好，控制方式多样，控制精度可调的特点使其具有较高的应用价值，可广泛应用于电器设备的保护和控制行业中。

附图说明

图1为本实施例的电路原理框图。

图2为本实施例的电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。本实用新型仅仅是对本实用新型实施方式的描述，并不对本实用新型的范围有任何限制。

如图1所示，本实施例提供一种基于单片机的智能开关控制器，包含mcu控制模块、温湿度采集模块、实时时钟模块、存储模块、按键模块、开关控制电路模块和显示模块，所述温湿度采集模块、实时时钟模块、存储模块、按键模块、开关控制电路模块和显示模块均与mcu控制模块连接。

各个电路的连接方式如下：

如图2所示，所述mcu控制模块采用单片机stm32f103c8t6、电阻r4、电容r5、按键sw1、电阻r2、电阻r3、电容c1、电容c2、晶振y2、电容c3、电容c4、电阻r1和晶振y1，单片机stm32f103c8t6的引脚9、引脚48、引脚36和引脚24同时与3.3v电源连接，单片机stm32f103c8t6的引脚8、引脚47、引脚35和引脚23同时与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚44通过电阻r3与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚20通过电阻r2与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚7同时与电阻r4、电容c5和按键sw1的一端连接，电阻r4的另一端与3.3v电源连接，电容c5和按键sw1的另一端均与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚5同时与电阻r1、晶振y1和电容c3的一端连接，单片机stm32f103c8t6的引脚6同时与电阻r1的另一端、晶振y1的另一端和电容c4的一端连接，电容c3和电容c4的另一端均与地线连接，单片机stm32f103c8t6的引脚3同时与晶振y2和电容c1的一端连接，单片机stm32f103c8t6的引脚4同时与晶振y2的另一端和电容c2的一端连接，电容c1和电容c2的另一端均与地线连接。

所述温湿度采集模块包括温湿度传感器aht10、稳压芯片5333b、电容c9、电容c11、电阻r12、电容c10、电阻r10和电阻r11，所述稳压芯片5333b的引脚3与3.3v电源连接，稳压芯片5333b的引脚3通过电容c9与地线连接，稳压芯片5333b的引脚2同时与电容c11和电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端同时与电容c10和温湿度传感器aht10的引脚4连接，稳压芯片5333b的引脚1、电容c11的另一端、电容c10的另一端和温湿度传感器aht10的引脚5均与地线连接，温湿度传感器aht10的引脚2与单片机stm32f103c8t6的引脚13连接，且引脚2通过电阻r11与3.3v电源连接，温湿度传感器aht10的引脚3与单片机stm32f103c8t6的引脚12连接，且引脚3通过电阻r10与3.3v电源连接，温湿度传感器aht10的引脚1与地线连接。

所述实时时钟模块包括ds3231时钟芯片、电阻r9、锗二极管d3、纽扣电池bat1、电阻r19、电容c7、电阻r7和电阻r8，所述ds3231时钟芯片的引脚2与3.3v电源连接，ds3231时钟芯片的引脚3和引脚4相互连接后通过电阻r9与3.3v电源连接，ds3231时钟芯片的引脚5至引脚13均与地线连接，ds3231时钟芯片的引脚14同时与电容c7的一端、纽扣电池bat1的正极和锗二极管d3的负极连接，电容c7的另一端和纽扣电池bat1的负极均与地线连接，锗二极管d3的正极通过电阻r19与3.3v电源连接，ds3231时钟芯片的引脚15通过电阻r8与3.3v电源连接，且引脚15与单片机stm32f103c8t6的引脚15连接，ds3231时钟芯片的引脚16通过电阻r7与3.3v电源连接，且引脚16与单片机stm32f103c8t6的引脚14连接。

所述存储模块包括at24c32存储芯片、电阻r20和电阻r21，所述at24c32存储芯片的引脚1、引脚2、引脚3和引脚8均与3.3v电源连接，at24c32存储芯片的引脚4和引脚7均与地线连接，at24c32存储芯片的引脚5与单片机stm32f103c8t6的引脚28连接，且引脚5通过电阻r20与3.3v电源连接，at24c32存储芯片的引脚6与单片机stm32f103c8t6的引脚27连接，且引脚6通过电阻r21与3.3v电源连接。

所述开关控制电路模块包括电阻r16、光耦nec2705、电阻r15、发光二极管led2、二极管d2、电阻r13、电阻r14、三极管q1、relay继电器和接线端子l1，所述电阻r16一端与mcu控制模块连接，另一端与光耦nec2705的引脚1连接，所述光耦nec2705的引脚2连接地线，所述光耦nec2705的引脚3、电阻r15的一端、二极管d2的负极和relay继电器的引脚1同时与5v电源连接，所述电阻r15的另一端和发光二极管led2的正极连接，发光二极管led2的负极、二极管d2的正极和三极管q1的集电极均与relay继电器的引脚3连接，所述光耦nec2705的引脚4通过电阻r13与三极管q1的基极连接，三极管q1的基极通过电阻r14与地线连接，三极管q1的发射极与地线连接，relay继电器的引脚5、引脚1和引脚4均与接线端子l1连接，所述接线端子l1用于连接电器设备的供电电路。

所述按键模块包括两行四列式矩阵键盘、电阻r6和按键k9，所述两行四列式矩阵键盘包括按键k1到按键k8，所述按键k1至按键k4的一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚42连接，所述按键k5至按键k8的一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚43连接，所述按键k1和按键k5的另一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚26连接，所述按键k2和按键k6的另一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚11连接，所述按键k3和按键k7的另一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚25连接，所述按键k4和按键k8的另一端均与单片机stm32f103c8t6的引脚29连接；所述电阻r6的一端与3.3v电源连接，电阻r6的另一端与按键k9的一端连接，按键k9的另一端与单片机stm32f103c8t6的引脚19连接。

所述显示模块采用1.3寸的oled液晶显示模块，oled液晶显示模块的vcc引脚与3.3v电源连接，oled液晶显示模块的gnd引脚与地线连接，oled液晶显示模块的sda引脚与单片机stm32f103c8t6的引脚21连接，且sda引脚通过电阻r17与3.3v电源连接，oled液晶显示模块的scl引脚与单片机stm32f103c8t6的引脚18连接，且scl引脚通过电阻r18与3.3v电源连接。

为了实现能通过自动采样实现对设备进行保护和控制，本实施例设计了如图1所示的电路原理图。主要包含mcu控制模块、温湿度采集模块、实时时钟模块、存储模块、开关控制电路模块、按键模块、显示模块。

在mcu控制模块的电路中，采用stm32f103c8t6作为整个系统的cpu，控制各模块之间的协调工作。通过电阻r4、电容r5、和按键sw1来实现复位功能。通过电阻r2、电阻r3来实现启动电路。通过电容c1、电容c2和晶振y2来给单片机stm32f103c8t6提供外部低速时钟、通过电容c3、电容c4、电阻r1和晶振y1来给单片机stm32f103c8t6提供外部高速时钟。

在温湿度采集模块的电路中，主要通过温湿度传感器aht10来实现采集温湿度信号，该温湿度传感器aht10的供电主要采用稳压芯片5333b、电容c9、电容c11和电阻r12、电容c10组成得一阶低通滤波器以确保传感器aht10工作电压稳定平滑，确保其采样的精确度，通过电阻r10、电阻r11做上拉电阻，与单片机stm32f103c8t6进行可靠的通信。

在实时时钟模块的电路中，主要通过ds3231时钟芯片来实现，其负责向单片机stm32f103c8t6提供实时时间，此时间即为整个控制器时控功能的基准时间，该芯片的备用电源及其充电电路由锗二极管d3、纽扣电池bat1、电阻r19、电容c7来实现的。

在存储模块的电路中，采用at24c32作为整个系统的存储单元，通过电阻r20、电阻r21与单片机stm32f103c8t6进行稳定可靠的通信，其主要负责控制器在设定控制参数后对参数进行存储，以确保控制器再次接上电源时能够恢复断电前设定的控制参数。

在开关控制电路模块中，采用光电耦合器nec2705和电阻r13、电阻r14、三极管q1作继电器驱动电路，二极管d2起续流作用，通过电阻r15、发光二极管led2作开断指示灯。该开关控制电路负责执行单片机送来的开断信号。

在按键模块的电路中，采用两行四列式矩阵键盘（包括按键k1到按键k8），按键k1到按键k8的功能分别为：定时设置、温度控制设置、湿度控制设置、时间设置、设置位选择、加一键、减一键、确认键。另有由按键k9、电阻r6组成的一独立按键，用来清除控制请求、并重新闭合电路。

在液晶显示模块的电路中，采用1.3寸的oled液晶显示模块进行显示，综合使用汉字、字母、数字显示，使得人机交互友好性大大提高，采用合适的尺寸其满足了性能与成本综合。通过电阻r17、电阻r18确保其数据传输的可靠性。

经过测试，整个系统具有低成本、工作可靠、人机交互友好，其控制方式多样，控制精度可调，使得应用范围更为广泛，在电器设备的保护和控制中具有极大的应用空间。

本设计通过温湿度传感器及时钟芯片，来采集被保护设备当前工作环境参数，然后将这些参数与设定值进行比较，从而实现对电器设备的保护和控制。此设计成本低、体积小易于集成、控制方式多样、人机交互友好、控制精度可调、对控制和保护电器设备具有重要意义。测试表明，此控制器可以实时采集并显示温度、湿度、时间参数，在打开控制的情况下，当温度、湿度、时间超出了设定的范围时，开关控制电路模块能够有效地断开电器设备；当重新满足工作条件时，自动闭合电器设备。此控制器工作可靠、成本低、人机交互性好，及控制方式多样，控制精度可调的特点使其具有较高的应用价值，可应用于电器设备的保护和控制行业中。

以上所述，仅以本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可想轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之类。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。