基于PIC单片机的远程时控开关_开题报告

一、文献综述

（一）课题的来源和选题的依据

    单片机在人们生活中的应用随处可见，小到一个电子表，大到轮船飞机，都离不开小小的单片机。众所周知，单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，使其广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

目前社会正逐渐由信息化向智能化转变，而在这一过程中单片机更是扮演着最重要的角色，新开发的智能化产品离不开单片机。但同时我们发现，在早期一些电气产品中，为了节省成本，没有在产品中增加自动控制功能，而这些产品已经大量应用于人们的生活和工业生产中，全部替换成新的智能控制产品不仅投入巨大，而且费时费力，有可能造成很大浪费，不符合政府提出的发展节约型社会的目标，本着这一目的，提出本课题，第一，利用低成本单片机和通信模块，实现远程控制和定时控制，自动控制，而电气控制部分仍由原来的设备实现。第二，提供远程报警功能，在自动打开或自动关闭的同时，通过无线连接，把当前状态实时上传，从而全面掌握所有设备的工作状态。第三，控制方式多样化，包括定时打开开关，定时关闭开关，定时发出正脉冲（脉冲宽度可调），定时发出负脉冲，某一时间段发出高低循环脉冲（如用在彩灯闪烁，高低脉冲宽度均可调），从而最大限度提高产品的应用范围。

基于产品功能和要求，我们确定以下三点：1高可靠性，由于产品主要用于强电控制，因此要求产品具有很高的可靠性，在强电和强磁环境下自稳定工作不受影响，2成本低，该产品作为控制开关的附加产品，如果价格高昂，就失去了它存在的意义，也不太可能得到大范围的应用，所以要求所使用的单片机具有极低的成本。3低功耗，能耗高的产品不但在使用过程中降低其经济价值，而且对环境造成不可逆损伤，在目前大环境下，只有低功耗产品才是未来发展的主要方向。由此可见，我们必须以最少的芯片完成全部功能，所以在本课题中我们选用PIC16F19197这款芯片做为主控芯片。

PIC16F19197是PIC面向控制领域推出的一款低功耗8位单片机，由极少外围电路组成最小工作系统，芯片包含LCD驱动模块，实时时钟，UART和SPI,I2C等通信接口，支持IO端口映射（此功能可简化PCB布线），具有多个低功耗工作模式，如休眠时最低电流仅为（50NA），而通信芯片选用近年来比较热门的WIFI芯片乐鑫ESP8266，该芯片具有功耗低，集成全部WIFI通信协议，使用简单方便等特点，且有官方提供完整开源通信固件，节省了开发时间和开发费用。

（二）国内研究现状

     时控开关目前虽然已经大规模的应用于智能家居，工业生产和仓储管理等无人监控的领域；同时目前已有部分的新推出的家用电器也已具备该功能了，但相对于目前数量更大的传统旧款的家用电器和老式的公共照明设施来说，仍停留在机械式的开关和简单的电子式定时开关。但无论以上两者的性能如何，它们都存在易磨损，安全性较差，需要大量手动操作，且在某些工作环境中还存在难以接触操作的问题。因此，虽然市场上都有各式各样的替代产品，但就目前来说，这些产品的功能都还存在很多不完善之处。在经过对该课题背景下的充分的产品需求的调研和仔细的可行性分析，该课题存在很大的改进和创新的空间。最重要的一点，在手机和WIFI如此普遍的前提下，如果同样一款产品不支持手机远程控制，在使用就存在巨大缺陷，相信已经有许多人看到这一产品的前景而早已投入研究当中。

（三）本课题在在工业生产和实际生活中的应用

      正如现在大多数电子厂都是密闭的洁净空间，都需要通过新风空调系统保证环境的恒温恒湿，长期以来这些设备的起停都由工作人员到每个控制柜前进行现场操作，不仅难以保证设备有效可靠同步工作，同时也增加了运行人员的工作量，本课题研究的时控开关为这个问题的解决提供了科学参考，时控开关可以根据需要把开启，关闭时间存入内部存储中，一旦到达预设时间，开关立即动作，设置的日期可以按周进行循环，比如周六，周日不启动，周一8点启动，17点半闭等，也可以在设备工作的中间增加一个关闭脉冲，比如在12点暂停半小时，让设备有个暂停休息的时间，管理人员只需要通过手机APP实时查看每个设备的状态即可，无需去现场检查每个设备，即搞高了设备工作的可靠性，也减轻了运行人员的工作负担。

      另外也可以用在智能建筑的景观照明，以往景观照明也是由工作人员去现场逐个开启半闭，在不同在大楼之前很难形成整体效果，不同的建筑的景观照明归属人不同，有时候我们会看到有的打开了，有的没打开就是操作人员操作不当引起的，而使用远程时控开关后就不会存在这种问题，如果预时开关时间段一致，则全部景观照明会按预设的时间段准时开启，关闭，另外一个简单的例子，比如地球熄灯一小时活动，则完全可以在时控开关中把这个关闭时间段预先存储进去，完全不需要人工干预，管理人员同样也可以使用APP远程控制它们在特殊时段临时开启和关闭。

（四）本课题的主要研究内容和成果形式

研究内容：以PIC16F19197为主控芯片定时控制IO开关模块，ESP8266无线联网，手机APP远程控制三个方向为研究内容进行研究。主要是对单片机预设定时开关和WIFI通信等技术以及针对在远程操控中存在的延时，控制系统失联等问题进行优化设计；   成果形式：主要有硬件设计和软件设计两方面的成果， 硬件设计包括以PIC16F19197为核心的主控电路设计，以ESP8266为核心的WIFI射频电路设计，以及根据产品要求的配套电源转换电路（由市电转为可供系统使用的DC电源）。软件设计包括产品主控程序：用C语言编程的单片机嵌入式软件，通信程序：用C++编程的WIFI模块固件程序，手机APP:用JAVA编程的上位机应用程序等，另外还包括在研究过程中使用一些仿真软件，如Proteus ,MPLAB IDE等产生的一些数据和检测结果。

（五）拟解决的关键问题 

   1：自动远程校准时钟，由于时控开关对于时间精度要求比较高，虽然PIC16F19197内部有RTCC模块，但由于本着节约成本的目的，不会使用高精度的晶体振荡器，仅使用内部RC振荡器来供RTCC使用，在一段时间后必然存在误差，因此设备必须通过无线模块远程获取网络时钟，

  2：多个控制模式的优先问题。前面提到时控开关会有三种控制模式，开关，脉冲，循环，一旦这三种模式处于同一时刻，如何反馈控制输出是研究的重点。

  3：射频模块信号强度问题。设备内部集成有AC-DC模块，必然会对WIFI信号造成一定影响，所以要从电路设计上优化射频信号。

  4：多种控制方式的优先问题，时控开关包括三种控制方式，内部预设定时，手动操作，APP远程控制，如何协调三种控制方式的优先性也是一个难题。

  5：显示语言问题，虽然只是简单的时控开关，也应着眼于全球市场，产品中应添加多种通用语言，添加不同的字库将占用大量的FLASH资源。而单片机的FLASH是极其有限的，如何解决这一冲突同样是一个难题。

（六）研究的思路，方法和步骤

     首先搜集资料，进行大量的文献查验，集中进行分析研究，钻研每个环节所需要的知识点，重点对难题进行攻克。对整体实现方案做到心中有数，然后进行基本电路设计，通过Proteus进行仿真后修改，直到完全符合要求，硬件设计的同时进行软件开发,这样可以做到互相验证，硬件设计不足，可以使用软件修改（如抗干扰可以使用软件滤波）。基本工作完成后在测试中修改完善。

二、^范文提纲

 摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 当前国内外研究现状

1.3 远程时控开关的应用

1.31 远程时控开关在智能家居中的应用、

1.32 远程时控开关在智能建筑中的应用

1.33 远程时控开关在工业生产中的应用

1.34 远程时控开关在农业生产中的应用

1.4 设计的主要内容和章节安排

第2章 系统总体设计

2.1 总体结构

2.2 总体结构的工作原理

2.3 本章小结

第3章 主控制器与外围器件

3.1 PIC16F19197单片机

3.2 段位液晶显示模块

3.3 实时时钟模块

3.4 WIFI通信模块

3.5 继电器控制模块

3.6 AC-DC模块

3.7 本章小结

第4章 硬件设计

4.1 单片机最小系统设计

4.1.1 PIC16F19197最小系统

4.1.2 电源电路

4.1.3 复位电路

4.2 LCD显示电路设计

4.3 继电器控制电路

4.4 按键电路

4.5 WIFI电路

4.6本章小结

第5章 软件设计

5.1 主程序设计

5.2 段位液晶显示程序设计

5.3 内部实时时钟程序设计

5.4 按键设置程序设计

5.41 设置功能程序设计

5.42 定时设置开关程序设计

5.43 设置手动控制程序设计

5.5 远程通信程序设计

5.51 远程自动校时程序设计

5.52 WIFI配网程序设计

5.6 WIFI模块固件程序设计

5.7 手机APP程序设计

5.5 系统测试

5.6 本章小结

三、参考文献

（10篇以上）

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