必须在2019年尝试的30个物联网平台

一、什么是物联网网关？

网关就是为了不同协议之间转换难而诞生的一个产品，对内负责整个智能家居系统不同设备的协议转换，对外通过以太网或者WiFi进入互联网实现远程通信。

相比于互联网时代，物联网的通信协议更加多样，物的碎片化非常严重，网关的重要性也就由此凸显——物联网网关能够把不同的物收集到的信息整合起来，并且把它传输到下一层次，因而信息才能在各部分之间相互传输。物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换;既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。

比如电视机、洗衣机、空调、冰箱等家电设备;门禁、烟雾探测器、摄像头等安防设备;台灯、吊灯、电动窗帘等采光照明设备等，通过集成特定的通信模块，分别构成各自的自组网子系统。而在家庭物联网网关设备内部，集成了几套常用自组网通信协议，能够同时与使用不同协议的设备或子系统进行通信。用户只需对网关进行 *** 作。便可以控制家里所有连接到网关的智能设备。

网关在系统里面起着很重要的核心作用，网关有哪几种形态呢

我们这里也简单说说：

无线转无线：WiFi转433MHz、红外、ZigBee(家庭常见)

GPRS(2G、3G、4G)转433MHz、红外、ZigBee(工业常见)

无线转有线：WiFi转RS485、RS232、CAN(工业居多)

有线转无线：以太网转433MHz、红外、ZigBee(家庭常见)

有线转有线：以太网转RS485、RS232、CAN(工业居多)

二、物联网网关的历史

设备数据的采集、传输、监测是整个流程的关键步骤，在市场需求不断更新以及技术提升中，物联网智能网关就此出现，要更好地了解它的价值和出现的契机，要从设备机器数据的采集、传输、监测过程发展历程说起。

在发展早期，数据采集的意识才刚刚出现的时候，由于传感器的匮乏加上传输技术的落后，大多都是依靠人工进行数据计量。人工计量的弊端不言而喻，耗时耗力并且能够检测的范围是非常狭窄的，所以人工计量的方式很快就被淘汰。

1、初期的本地监测，数据采集的首次尝试

真正意义上的数据监测应该从本地监测开始。通过有线网络将设备总控和 PLC 或者 HMI 连接起来，进行本地的人机交互和信息交换，设备上的数据直接显示在 PC 或者 HMI 上面。

而PC需要近距离地安装在设备旁，同时需要人员一天 24 小时的监控以及反馈。此时，人工的力量还是占了主导地位，本地监测的实际意义不大，只是停留在简单的数据统计工作上。

2、以太网出现，延伸物理传输距离

由于本地监测局限性太大，人们开始把以太网等有线宽带技术运用在数据采集、传输上，数据的传输在范围上有了一定的延伸。当设备节点接入传感器，通过一定的转换到达以太网，再到达终端显示。就传输范围而言，在原有范围基础上是有了一定的拓展。

但是中间存在的协议标准差异导致通信并不能畅通无阻，且有线网络的固有限制就是无法远程监测，这又一次给数据市场提供一个巨大的需求。

3、网关的出现，适配更多协议标准

伴随着 2G/3G/4G 网络、Wi-Fi、蓝牙等无线网络传输技术的出现，数据的远程传输问题出现转机，但多种通信协议的多重协议标准也阻碍了设备与设备之间的“对话”。此时为了能够适配更多协议标准，网关的出现非常及时，在通信协议和数据之间，网关是一个翻译器，与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应系统的需求。

网关的转换能力结合无线通信协议技术，大大提高了物联网延伸距离，但物联网技术也面临一些独特的挑战。其中一个挑战是，受限于系统内存、数据存储容量和计算能力，很多物联网节点无法直接连接基于 IP 的网络，这样就难以做到万物互联。而物联网网关可以填补这块空白，在基于IP的公共网络与本地物联网之间架起一座网络桥梁，使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间。

通俗来讲，有了网关，所谓的 M2M 不再是狭义上机器与机器的对话，而是设备、系统、人之间没有障碍的沟通。

4、现代物联网智能网关，推动设备预测性运维

现代物联网智能网关，在物联网时代扮演非常重要的角色，它不仅是连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备，物联网智能网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。此外物联网智能网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网智能网关可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制，特有的物联网边缘计算能力，让传统工厂在数字化转型的过程中实现了更为快速、精准的数据采集及传输。

三、物联网智能网关的特点

支持远程更新维护。例如 Ruff 的物联网智能网关可随时根据软件的升级，添加支持协议，对外提供基于 JS 语言的开发接口，只需下载相应的配置应用即完成对硬件产品功能的修改。在网关使用过程中出现了问题，也无需去现场进行维修只需利用 Ruff Explorer 远程管理工具在软件层面进行修改即可，从远端提前发现和解决隐患，使维护更智能，设备运行更稳定可靠。

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物联网终端属于传感网络层和传输网络层的中间设备，也是物联网的关键设备，通过他的转换和采集，才能将各种外部感知数据汇集和处理，并将数据通过各种网络接口方式传输到互联网中。如果没有他的存在，传感数据将无法送到指定位置，“物”的联网将不复存在。

扩展资料：

原理

物联网终端基本由外围感知(传感)接口，中央处理模块和外部通讯接口三个部分组成，通过外围感知接口与传感设备连接，如RFID读卡器，红外感应器，环境传感器等。

将这些传感设备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后，按照网络协议，通过外部通讯接口，如：GPRS模块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的指定中心处理平台。

物联网（英语：InternetofThings，缩写IoT）是互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。

物联网指嵌入式物理设备，如：汽车、家用电器等，具有计算机化系统，如软件、传感器等，通过智能感知、识别技术与计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

在这项技术中，每一个设备都能自动工作，根据环境变化自动响应，与其他或多个设备交换数据，不需要人为参与。整个系统由无线网络和互联网的完美结合而构建。物联网的主要目的是提高设备的效率和准确性，为人们节省金钱和时间。

物联网包括智能手机、耳机、汽车、灯泡、冰箱、咖啡机、安全系统、警报系统还有许多其他家庭和移动设备。

通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制，也可以对家庭设备、汽车进行遥控，以及搜索位置、防止物品被盗等，类似自动化 *** 控系统，同时透过收集这些小事的数据。

最后可以聚集成大数据，包含重新设计道路以减少车祸、都市更新、灾害预测与犯罪防治、流行病控制等等社会的重大改变，实现物和物相联。

扩展资料：

一、应用领域

智能家居、智慧交通、智能医疗、智能电网、智能物流、智能农业、智能电力、智能安防、智慧城市、智能汽车、智能建筑、智能水务、商业智能、智能工业、平安城市

二、应用案例

1、物联网传感器产品已率先在上海浦东国际机场防入侵系统中得到应用。机场防入侵系统铺设了3万多个传感器节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。而就在不久之前，上海世博会也与无锡传感网中心签下订单，购买防入侵微纳传感网1500万元产品。

2、ZigBee路灯控制系统点亮济南园博园。ZigBee无线路灯照明节能环保技术的应用是此次园博园中的一大亮点。园区所有的功能性照明都采用了ZigBee无线技术达成的无线路灯控制。

3、智能交通系统(ITS)是利用现代信息技术为核心，利用先进的通讯、计算机、自动控制、传感器技术，实现对交通的实时控制与指挥管理。

交通信息采集被认为是ITS的关键子系统，是发展ITS的基础，成为交通智能化的前提。无论是交通控制还是交通违章管理系统，都涉及交通动态信息的采集，交通动态信息采集也就成为交通智能化的首要任务。

-物联网

-物联网概念

物联网（IoT）是指具有嵌入式识别、传感和驱动功能的空间分布设备，通过互联网和Web扩展到物理领域。近年来，随着科技的迅猛发展，物联网技术不断升级与积累，产业链得到不断完善与成熟，将带动全球物联网市场的持续发展。

在应用方面，物联网应用前景广阔。首先，在智能家居方面，物联网可以实现智能家居设备之间的互通和联动，让人们能够在家中更加方便舒适地生活。其次，在工业自动化方面，物联网可以实现设备之间的信息交换和数据共享，提高生产效率和质量。除此之外，物联网在智慧城市、医疗保健等领域都有广泛的应用。

尤其值得一提的是，随着5G技术的推广，物联网的应用前景更加广阔。5G网络的高速低延迟性能将有助于物联网设备之间更加快速地进行数据交互，为物联网的广泛应用提供了更好的支持。

2010年8月26日,深圳经济特区成立30周年。这个拥有约900万常住人口、生产总值超过8000亿元的城市,在30年前仅仅是一个边陲小镇,只有26万人口、7辆汽车和2条水泥路。深圳的快速发展离不开地处改革开放前沿的深圳海关的支持,目前,深圳海关旅检业务占全国55%,加工贸易监管占全国1/5,快件监管业务占全国1/3,税收征管约占全国9%,运输工具监管约占全国70%。深圳口岸是全国最繁忙的主要口岸,深圳海关也是全国任务最繁重的海关之一。

“敢为天下先”的锐意创新精神,雕琢着深圳的巨变。新形势下,当热遍全国的物联网概念逐步寻求落地时,深圳海关正成为海关总署物联网应用的示范单位。

自动核放 5秒钟通关

深圳皇岗口岸,是全中国最大的公路口岸,素有“亚洲第一陆路口岸”之称。进出境车辆高峰时一天接近4万辆次,包括本地清关车、集中报关车、转关车、大小客车等。可是让记者感到吃惊的是,皇岗口岸并不像想象中那样车水马龙,堵塞不堪。上午10点,这里的进出关车辆并没发生排队现象,而且每条车道上,都没有工作人员值守,而是由系统对车辆自动核准出入。看似简单的抬杆、通行过程,背后是什么在支撑呢
深圳海关原副总工程师程仰贤告诉记者:“2002年深圳海关把自动感应技术和互联网技术相结合,全面应用了自动核放系统,把以前每辆车通道上平均的通关时间由2分钟缩减到了5~6秒钟。以前通道上由于人工收单、录入核单、盖章,通关车辆动不动就堵上2~3公里。自从实施了自动核放系统以后,堵车现象消失了。”现在程仰贤和他的同事们的手机24小时处于开机状态,一旦运行监控系统检测出问题就会告警进行短信通知,技术人员就会立即处理。从服务器、存储系统、网络系统到应用系统、数据交换系统的各种故障,大都能得到及时解决,使技术故障对通关业务的影响大大降低。
相关人员向记者介绍,抬杆放行这一个简单动作,后面的支撑技术却不少――公路口岸车辆自动核放系统主要应用RFID射频识别技术,集成了电子车牌、司机识别卡、电子地磅、电子栏杆、地感线圈、红绿信号灯、声音报警、LED显示、防闯关路障、红外感应、GPS和电子关锁通信设备等多项数据采集传感器和末端设备。
正是依靠多种技术的综合应用,才实现了在海关关员的监控下对进出境车辆进行自动、快速地验放。并且这些感应得来的数据真正进入了业务系统,参与判别与决策,做到了不仅有“感”,还有“知”。例如,电子车牌自动识别系统采集、识别进出境车辆的资料数据,登记进出境记录;司机卡自动识别系统采集、识别司机身份的资料数据;电子地磅的作用则是在车辆经过通道时,采集车辆和货物的重量,并与申报数据进行对碰;如果上述几个判别结果都符合条件,那么电子闸门被打开,若车辆数据异常或受布控的车辆经过时,报警器会发出鸣叫。
记者在皇岗口岸的海关监控室看到,屏幕上不断显示出各个通道通行车辆的信息,除了正常车辆外,还会在窗口下部显示车辆查控情况,比如“货物总重量申报不符”、“该车获控”等信息。据了解,有的车辆为了逃避关税,在入关时,装载的货物远多于申报的货物;而在出关时,为了享受出口退税的政策,又会使申报货物数量多于实际数量。如何快速查验这些情况除了采取开箱抽查外,通过电子地磅大致称出其重量也是种快速比对方式。此外,系统的风险分析数据库会将一些经常有问题的车辆或公司的车号提取出来,当这些车通关时,将获布控被抽查,这样就将风险分析前置,使信息与物流监控高度融合。
据工作人员介绍,目前全关的公路、海运、特殊监管区域、内陆车场卡口在运行通道累计339条,7×24小时不间断验放。其中,公路口岸自动核放系统日均验放进出境车辆4万辆次以上,电子车牌发放数量47万张,司机识别卡超过6万张。

电子关锁 RFID是 “心脏”

在自动核放出入境的车辆中,记者发现一类特殊的车辆,它们的尾部挂着一把电子关锁,其外形跟正常的锁类似,只是形体较大。但是据程仰贤介绍,这是内部带有RFID芯片的电子锁。
现行海关转关直通货物监管主要采用传统的一次性铅封方式,以排队领封、人工 *** 作、肉眼识别等方式对集装箱进行机械施封、验封、解封,运行成本高、安全性低。这种监管方式 *** 作效率低,远远不能满足海关大密度、高强度业务流量的监管要求。
2009年6月30日,按照广东分署的统一部署,深圳海关辖下的盐田港与黄埔海关辖下的车检场在广东省内率先正式启用电子关锁卡口联网,两地卡口联网试点车辆逐步推广使用电子关锁。
电子关锁的外形就像正常的锁,也为司机配有钥匙,司机将锁安置在车门或集装箱门上以后,通关时如果数据核对成功,当关员发送放行指令,过通道时卡口系统发出施封指令,电子关锁的RFID感应到这些信号以后则自动施封。电子关锁坚固耐用、防伪性强,属于机械与电子双重锁闭,具有机械锁定、电子施封双重功能。电子关锁作为无线终端,主要实现信息存储、无线通信、机构控制、状态监测等功能。
“电子关锁卡口联网的主要业务模式是国内海运转关,大鹏海关作为口岸海关,使用总署版卡口控制与联网系统。”程仰贤介绍说,在深圳盐田港,卡口系统自动对电子关锁验封、解封,无需耗费大量人力;试点车辆的《司机薄》不用经过海关批注、盖章,节省了《司机薄》流转的时间和成本。记者了解到,目前参与电子关锁卡口联网试点的车辆约4000多辆,从2009年6月30日到2010年7月31日,参与电子关锁卡口联网试点的车次累计超过17万辆次,目前电子关锁卡口联网试点车辆日均800车次以上。电子关锁卡口联网应用之前,每辆车平均每天只能跑一趟,现在每辆车平均每天可以跑15趟,效率提高了50%。
记者在皇岗口岸看到,一些司机仍然在监管场所排队购买铅封锁,售价大概10元钱一个,是需要等待关员手工施封验封的,这类锁无法保证通关车辆在全过程不被开启,而且容易被仿效。程仰贤介绍说:“现在铅封锁与电子关锁并存,电子关锁可以使每车次时间节省30分钟到1个小时,售价也不贵,还可以大大提高通关效率,未来有替代传统锁的趋势。由于卡口验放自动化程度高,海关允许车辆24小时通关,深受一些快件企业的欢迎。”联邦快递、EMS等都装备了电子关锁。据了解,为了使电子关锁行遍各个口岸,近期海关总署正在组织标准制定工作。
目前,电子关锁已经成为跨境快速通关的核心支撑技术。
现实工作中,当从事跨境公路货物运输业务的承运人或代理人,在车辆进境前或出口货物报关单申报前,向出境地或启运地海关申报载货清单电子数据,海关应用电子关锁和GPS卫星定位等监控手段进行途中监控,如果有人试图开启电子关锁或集装箱离开车体,报警信号会通过车载设备传给监控中心,这样就能对车辆及其所载货物进行实时监控。
据了解,跨境快速通关于2007年8月启运,截至2010年8月,共开展了46万车次的应用,使深圳海关成为大通关链条中最快捷、最方便的一环。目前跨境快速通关主要应用于香港、澳门到全国海关货运、快件监管,业务量日均140车次左右。

物联网充当前海湾保税区“保镖”

2010年8月19日,是深圳前海湾保税港区封关运作一周年的日子,截至2010年8月,码头吞吐量已近180万标箱,进出口总值约46亿美元,海关监管货运量155万吨,审核各类报关单证11万份,上缴税款54亿元人民币。深圳前海湾保税港区是海关特殊监管区域,用地面积1174平方公里,包括深圳招商局海运物流有限公司全部用地,妈湾港5、6、7号泊位及堆场。但是,特殊监管场所之间的物流调拨监控问题一度困扰着保税港区。
在2009年前海湾保税港区建设时,由于特殊的地域限制,保税园区与保税港区之间需经过社会道路,无法实现封闭围网。这个时候,深圳海关通过综合运用电子关锁、GPS、CCTV(闭路电视监控系统)等技术手段实现了区域间的物流严密监控,建立起了电子围网。
在蛇口海关的监控中心里,记者看到一整面显示大屏,工作人员通过它实时、动态地监控着调拨物流的状态。监管场所之间的物流调拨均由调拨卡口进行验放,系统联动了集装箱自动识别系统、CCTV视频监控系统、GPS监控系统等相关系统,形成一个虚拟的电子闭合通道,目前日均调拨量约1100多车次。
蛇口各码头与集中查验场之间、蛇口各大码头之间的调拨业务备案车辆在200部左右,日均调拨量约600车次。“特殊场所之间物流调拨应用的实现,简化了海关转关手续,也加强了对货物流转的监管。”程仰贤说。
此外,盐田、蛇口港还与英国、荷兰开展了智能集装箱的安全智能贸易试点,在集装箱上加装RFID电子标签和电子封志,结合GPS,在集装箱状态发生变化时可将信息传输到货主或海关系统上。

平台动“大手术”实现物联网进阶

深圳海关在物联网应用上走在了前面,可是他们也最先遇到了发展阶段的难题。
“深圳海关物联网应用起步较早,1996年下半年采用瑞典有源射频识别电子标签制作电子车牌,在深圳的皇岗海关,以4条空车通道进行试用,获得了成功。”程仰贤回忆说,“从1999年开始,我们改用美国无源RFID技术研发海关卡口自动核放系统。到现在已经有4方面的应用与物联网相关。”即前文介绍过的公路口岸车辆自动核放系统应用、跨境快速通关应用、电子关锁卡口控制与联网应用、特殊监管场所之间的物流调拨应用。深圳海关当之无愧成为物联网应用的先行者。
然而,“先行者”的烦恼接踵而至。随着物联网传感技术的发展,越来越多的末端传感设备进入深圳海关信息系统,如何让这些设备更好地联动起来仅仅靠原有系统是无法满足要求的,深圳海关技术处软件开发科科长李小绵深有感触:“物联网必须要与业务系统相融合,才能发挥优势。但现在往往新增一个传感功能,就得涉及很多程序改动。多种传感设备的引入,对IT系统架构提出了新的要求,现有的架构是10年前设计的,显然有些过时了。”
在这样的困扰下,深圳海关下决心对系统“动大手术”,采用一种新的OSGI(开放服务网关)框架,它具有标准化、模块化和动态化的特点。OSGI服务平台提供在多种网络设备上无需重启的动态改变构造的功能,为了最小化耦合度和促使这些耦合度可管理,OSGi技术提供了一种面向服务的架构,它能使这些组件动态地发现对方。程仰贤介绍说:“别看系统改造前后,功能是一样的,前台几乎不会有任何感觉,但是后台却是连架构都更新了。”这种“暗度陈仓”的改动,着实给深圳海关技术处出了道难题。
目前深圳海关物联网应用中传感和控制设备种类很多,有十六、七种设备,几十种类型,集成难度可想而知。据李小绵介绍,目前系统正在开发阶段,这是深圳海关承接的署级项目,准备2011年上半年完成开发与测试,下半年部署,届时深圳海关339条通道都将进行切换。今后新增各种物联传感设备时,仅需遵循统一标准即可灵活接入,各种新业务也可以通过热插拔的方式动态增加。“所有的程序都是由深圳海关技术处自己组织、控制开发的,没有外包给别的公司。”程仰贤介绍说,“海关业务特殊,需要自主开发,不依赖于任何一家公司,以保证系统的可靠性和安全性。”如果碰到一些项目实在人手不够,会很有限度地借助一些外面的力量。
在新的历史节点,深圳海关不断完善整合各项业务,优化通关环境,而信息系统在深圳海关的地位已经无法替代了,不断与业务的融合,才能发掘出更加高效的工作方式,助推深圳产业结构不断转型升级,为深圳实现新跨越做出新的更大贡献。

采访手记 要“感”更要“知”

物联网发挥作用,除了传感器感应获取信息外,更重要的是后台的分析系统。这并不是短时间能够见成效的。程仰贤在海关技术处工作了28年,他回忆起自己1982年刚刚来到深圳海关时,都是自己动手用汇编语言写程序,敢于尝鲜、自给自足是深圳海关技术处的特点,所有的系统都是由自己人动手开发,维护,这对于100多人的班子来说并不轻松。而且随着业务系统对信息化的需求越来越大,压力也随之增加。目前除了跟物联网紧密相关的通关类业务外,技术处还开发了政务类系统、风险分析类系统和对外服务类系统。
深圳海关自主研发的智能布控系统就是建立在感知层之上的决策应用。智能布控系统是以风险管理部门建立的风险指标体系为支撑,按照设定的数学模型,对海量历史数据进行风险分析运算,筛选出高风险对象,对卡口自动核放系统直接下达布控指令,被控对象到达卡口时即行报警,由海关人员实施查验,非布控对象则可快速通关。物联网的这种应用,既加强了海关监管,又提高了通关效率。
物联网要真正发挥作用,就不能流于形式,一定得深度融合进业务系统。怎样鉴别物联网是花瓶还是饭碗看看业务数据是否流淌其中,还需要从“感”到“知”的畅通。(文/许泳)

物联网开发应用最重要的是各种接口的兼容性。

首先物联网终端设备数量比手机大得多，而且本身没有显示界面，通常只是能够通过特定网络协议回传数据的传感器（直接连入互联网或者通过网关设备），也就是说在物联网大数据汇聚的前端，数据的汇入是自动化进行的，应用开发的重点是后端的汇聚层。

物联网应用后端汇聚层需要有一个智能化软件系统（通常运行于数据中心），来管理物联网设备（包括固件升级等）、网络、处理海量数据，并提供给用户。

在设备层、汇聚层之外，物联网应用还需要一个分析层，负责处理物联网设备产生的大数据。

最后，是最终用户层，负责将有用的数据分析结果以可视化的方式展示到用户的终端设备中，这个层面的开发，可以是移动web网站也可以是一个手机APP。

由于设备层和汇聚层第三方专业产品和服务的完善，实际上今天的物联网应用开发，主要指的是分析层和用户层这两个层面，换而言之，未来物联网开发生态主要建立在成熟的云计算物联网平台上。成熟的物联网平台通常都提供汇聚层需要的大数据存储、实时信息总线以及于前端应用通讯的API。

实际上今天已经有大量面向物联网应用开发的平台，例如Xively、Mnubo、BugLabs和ThingWorx等，这些平台通常能够兼容大量物联网产品厂商的设备。

基于AT89c51的简易时钟设计
摘要：本电子钟是采用电子电路实现对时、分进行数字显示的计时装置，广泛的应用于生活中。电子时钟主要是利用电子技术奖时钟电子化、数字化，拥有时间精确、体积小、界面友好、课扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟品类繁多，外形小巧别致。电子时钟数字化了时间显示。在此基础上，人们可以根据不同场合的要求，在时钟上加置其他功能，
本设计由以下几个部件组成：单片机AT89C51、四个八段码共阴极数码管显示、四个微动按钮等其它组件。在启动后开始从00时00分显示。可以手动校准时间，秒使用两个发光二极管的闪烁来提现，本设计设计简单易于实现。
关键词：AT89C51、倒计时。LED
Simple clock design based on AT89c51
Abstract: This clock is the use of electronic circuits to achieve the hours, minutes, digital display of timing devices, widely used in life Electronic clock main prize is the use of electronic technology electronic clock, digital, with a time accurate, small, friendly interface, expanded its performance and other characteristics, are widely used in life and on the job The market today, many kinds of electronic clock, compact and chic Digital electronic time clock display On this basis, one can according to the requirements of different occasions, plus set the clock on the other features
This design consists of the following components: microcontroller AT89C51, four eight out code common cathode LED display, four buttons, and other micro-components After starting 00 points from 00 shows You can manually calibrate the time, in seconds using two LEDs blink to mention is, the design is simple design easy to implement
Keywords: AT89C51, countdown LED
目 录
摘要 1
关键词 1
Simple clock design based on AT89c51 2
目录 3
第一章引言 4
11 时钟的概述 5
第二章电路工作原理分析 5
21 系统的硬件构成及功能 5
22硬件连接方式 6
第三章： 芯片介绍 6
31 MCS- 51介绍 6
34 LED数码管显示 10
341 LED数码管介绍 10
342 LED数码管编码方式 11
343 LED数码管显示方式和典型应用电路 12
第四章 部分电路介绍 13
41单片机的最小应用系统 13
411 单片机的时钟电路 13
412 复位电路和复位状态 14
413总线结构 17
42此设计显示电路 18
44看门狗电路 19
45 按键模块 19
第五章程序设计 19
第六章 原理图和印制板图的设计 20
( 一 ) 原 理 图 的 设 计 和 网 络 表 的 生 成 20
（二）PCB的制作和设计 21
第七章 原理图的protues仿真 23
71PROTUES介绍 23
72原理图仿真步骤 26
总 结 27
谢 辞 28
参考资料及文献 29
附录一：原理图 30
附录二：PCB 31
附录三 仿真 32
附录四：程序清单 33
第一章引言
数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字钟电路的设计，因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。
单片机具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。
11 时钟的概述
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展。在其推动下，电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展和信息化程度，同时也使现代电子产品性能进一步提升，产品更新换代的节奏也越来越快。
电子钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛的应用于生活中。电子时钟主要是利用电子技术奖时钟电子化、数字化，拥有时间精确、体积小、界面友好、课扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟品类繁多，外形小巧别致。电子时钟数字化了时间显示。在此基础上，人们可以根据不同场合的要求，在时钟上加置其他功能，比如定时闹钟，万年历，环境温度，温度检测，环境空气质量检测，USB扩展功能等。
本设计电子时钟主要功能为：具有时间显示和手动校对功能，24小时制。
本设计任务“
1：用4位LED数码管实时显示时钟计时功能；最小显示时间为00时00分，最大显示时间为23时59分；
2：能方便的校准小时和分钟。
3：了解单片机的基础知识；
4；掌握proteus的基本原理和使用方法；
5：掌握数码管和LED的显示的方法；
6：掌握单片机定时器的基本原理；
7：掌握单片机定时器的基本原理；
8：掌握绘图软件Proell99se的使用方法；
9：绘制程序流程图和编写出程序；
10：画出电路原理图并仿真运行
。
第二章电路工作原理分析
21 系统的硬件构成及功能
本设计由以下几个部件组成：单片机AT89C51、四个八段码共阴极数码管显示、四个微动按钮等其它组件。在启动后开始从00时00分显示。可以手动校准时间，秒使用两个发光二极管的闪烁来提现，本设计设计简单易于实现。
图1 99秒计时器系统原理框图
22硬件连接方式
数码管使用动态显示，P0口作为四个八位共阴数码管的段选输出端，为提高单片机输出能力 P0口作为输出口接了8个47K的电阻作为上拉电阻；P2口是四个八位共阴数码管和两个发光二极管的位选端，显示是事位和分位，四个微动开关做的按键分别连P10，P11，P12,P13完成时和分的加减调整。硬件连接如下：
41单片机的最小应用系统
单片计算机是一个最小的应用系统，但由于应用系统中有一些功能器件无法集成到芯片内部，如晶振、复位电路等，需要在片外加接相应的电路。对于片内无程序存储器的单片机，还应该配置片外程序存储器。
411 单片机的时钟电路
MCS-51单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。MCS-51单片机的时钟产生方式有两种。
(1) 内部时钟方式
利用其内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。最常用的是在XTAL1和XTAL2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激震荡器，如图3-1所示。
晶体可在12~12MHz之间选择。MCS-51单片机在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz的石英晶体，而12Hz频率的晶体主要是在高速串行通信情况下才使用。C1和C2可在20～100pF之间取值，一般取30pF左右。
(2) 外部时钟方式
在由单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的合用外部振荡脉冲作为各单自片机的时钟。外部时钟方式中是把外部振荡信号源直接接入XTAL1或XTAL2。由于HMOS和CHMOS单片机外部时钟进入的引线不同，其外部振荡信号源接入的方式也不同。HMOS型单片机由XTAL2进入，外部振荡信号接至XTAL2，而内部反相放大器的输入端XTAL1应接地，如图3-2所示。由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故还要接一上接电阻。CHMOS型单片机由XTAL1进入，外部振荡信号接至XTAL1，而XTAL2可不接地，如图3-3所示。
图3-1内部时钟电路 图3-2HMOS型外部时钟电路 图3-3外部时钟电路
412 复位电路和复位状态
MCS-51单片机的复位是靠外部电路实现的。MCS-51单片机工作后，只要在它的RST引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能够有效地复位。
(1) 复位电路
MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。最简单的复位电路如图3-4所示。上电瞬间，RC电路充电，RST引线端出现正脉冲，只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位。
图 3-4 简单的复位电路
在实际的应用系统中，为了保证单片机可靠地工作，常采用“看门狗”监视单片机的运行。采用MAX690的复位电路如图3-5所示，该电路具有上电复位和监视MCS-51单片机的P33的输出功能。一旦P33不输出高低电平交替变化的脉冲，MAX690就会自动产生一复位信号使单片机复位。
图3-5 MAX690组成的复位电路
(2) 复位状态
复位电路的作用是使单片机执行复位 *** 作。复位 *** 作主要是把PC初始化为0000H，使单片机从程序存储器的0000H单元开始执行程序。程序存储器的0003H单元即MCS-51单片机的外部中断0的中断处理程序的入口地址。留出的0000H～0002H 3个单元地址，仅能够放置一条转移指令，因此，MCS-51单片机的主程序的第一条指令通常情况下是一条转移指令。
除PC之外，复位还对其他一些特殊功能的寄存器有影响，它们的复位状态如表3-6所示。
由表3-6可知，除SP=07H，P0～P3 4个锁存器均为FFH外，其他所有的寄存器均为0。此外，单片机的复位不影响片内RAM的状态（包括通用寄存器Rn）。
表3-6 寄存器的复位状态
寄存器 复位状态 寄存器 复位状态
PC 0000H TMOD 00H
ACC 00H TCON OOH
PSW 00H TL0 00H
SP 07H TH0 00H
DPTR 0000H TL1 00H
P0～P3 FFH TH1 00H
IP Xxx00000B SCON 00H
IE 0xx00000B PCON 0xx00000B
P0、P1、P2、P3共有4个8位并行I/O口，它们引线为：P00～P07、P10～P17、
P20～P27、P30～P37，共32条引线。这32条引线可以全部用做I/O线，也可将其中部分用做单片机的片外总线。
① 控制线
A、ALE地址锁存允许
当单片机访问外部存储器时，输出信号ALE用于锁存P0口输出的低8位地址A7～A0。ALE的输出频率为时钟振荡频率的1/6。
B、 程序存储器选择
=0，单片机只访问外部程序存储器。对内部无程序存储器的单片机8031， 必须接地。 =1，单片机访问内部程序存储器，若地址超过内部程序存储器的范围，单片机将自动访问外部程序存储器。对内部有程序存储器的单片机， 应接高电平。
C、 片外程序存储器的选通信号。此信号为读外部程序存储器的选通信号。
D、RST复位信号输入
② 电源及时钟
VSS地端接地线，VCC电源端接+5V，XTAL1和XTAL2接晶振或外部振荡信号源。
图3-7 片外3总线结构
413总线结构
单片机的引线除了电源、复位、时钟输入、用户I/O口外，其余引线都是为实现系统扩展则设置的，这些引线构成了单片机外部的3总线形式，如图3-7所示。
① 地址总线
地址总线宽度为16位，由P0口经地址锁存器提供低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。
由口的位结构可知，MCS-51单片机在进行外部寻址时，P0口的8根引绠低8位地址和8位数据的复用线。P0口首先将低8位的地址发送出去，然后再传送数据，因此要用锁存器将先送出的低8位地址锁存。MCS-51常用74LS373或8282做地址锁存器。
② 数据总线
数据总线宽度为8位，由P0口提供。
③ 控制总线
MCS-51用于外部扩展的控制总线除了它自身引出的控制线RES、 、ALE、 外，还有由P3口的第二功能引线：外部中断0和外部中断1输入线 和 ，以及外部RAM或I/O端口的读选通和写选通信号 和 。
34 MCS—51单片机的最小应用系统
构成最小应 MCS—51单片机的最小应用系统
用系统时只要将单片机接上外部的晶体或时钟电路和复位电路即可，如图3-8所示，这样构成的最小系统简单可靠，其特点是没有外部扩展，有可供用户选用的大量I/O线。
42此设计显示电路
数码管使用动态显示，P0口作为四个八位共阴数码管的段选输出端，因为P0口作为输出口接了8个47K的电阻作为上拉电阻；P2口四个八位共阴数码管的位选端，显示是两位时间的事时位和两位的分位。
43电源电路
由于该系统需要稳定的5 V电源，因此设计时必须采用能满足电压、电流和稳定性要求的电源。该电源采用三端集成稳压器LM7805。它仅有输人端、输出端及公共端3个引脚，其内部设有过流保护、过热保护及调整管安全保护电路，由于所需外接元件少，使用方便、可靠，因此可作为稳压电源。图4为电源电路连接图。
　
44看门狗电路
系统中把P16作为看门狗的“喂狗”信号；将MAX813的 RESET与单片机的复位信号RST连接。由于单片机每执行一次程序,就会给看门狗器件一个复位信号,这样也可以用手工方式实现复位。当按键按下时，SW-SPST就会在MAX813 引脚产生一个超过200ms的低电平,其实看门狗器件在16s 时间内没有复位,使7引脚输出一个复位信号的作用是相同的，其连接图如图6所示。
45 按键模块
下图为按键模块电路原理图，S1为时加，s2为时减，S3为分钟加调控键，S4是分钟减调控键。
LED_BIT_1 EQU 30H ; 存放8位数码管的段码
LED_BIT_2 EQU 31H
LED_BIT_3 EQU 32H
LED_BIT_4 EQU 33H
LED_BIT_5 EQU 34H
LED_BIT_6 EQU 35H
LED_BIT_7 EQU 36H
LED_BIT_8 EQU 37H ; 存放初始密码
SECOND EQU 60H
MINUTE EQU 61H
HOUR EQU 62H
TCNT EQU 63H
ORG 00H ;初始化程序 ,设置初始密码
SJMP START
ORG 0BH
LJMP INT_T0
START:
MOV DPTR,#TABLE
MOV HOUR,#0
MOV MINUTE,#0
MOV TCNT,#0
MOV TMOD,#01H
MOV TH0,#03ch ;定时50毫秒
MOV TL0,#03ch
MOV IE,#082H
SETB TR0

MOV LED_BIT_1,#00H ;段码存储区清0
MOV LED_BIT_2,#00H
MOV LED_BIT_3,#00H
MOV LED_BIT_4,#00H
MOV LED_BIT_5,#00H
MOV LED_BIT_6,#00H
MOV LED_BIT_7,#79H
MOV LED_BIT_8,#73H
MOV TMOD,#01H
MOV TH0,#0fdh
MOV TL0,#0fdh
MOV IE,#82H

A1:
LCALL DISPLAY ;调用时间显示

JNB P10,S1
JNB P11,S2
JNB P12,S3
JNB P13,S4

LJMP A1
S1: LCALL DLY_S ;去抖动
JB P10,A1
INC HOUR ;秒值加1
MOV A, HOUR
CJNE A,#24,J00 ;判断是否加到60秒
MOV HOUR,#0
LJMP A1
S2: LCALL DLY_S
JB P11,A1
K01: DEC HOUR ;SHI-
MOV A,HOUR
CJNE A,#0,J01 ;判断是否-0分
MOV HOUR,#24
LJMP A1
S3: LCALL DLY_S
JB P12,A1
K02: INC MINUTE ;小时值加1
MOV A,MINUTE
CJNE A,#60,J02 ;判断是否加到24小时
MOV MINUTE,#0
LJMP A1
S4: LCALL DLY_S
JB P13,A1
K03: DEC MINUTE ;小时值加1

MOV A,MINUTE
CJNE A,#0,J03 ;判断是否加到24小时
MOV MINUTE,#59
LJMP A1
J00: JB P10,A1 ;等待按键抬起
LCALL DISPLAY
SJMP J00
J01: JB P11,A1
LCALL DISPLAY
SJMP J01
J02: JB P12,A1
LCALL DISPLAY
SJMP J02
J03: JB P13,A1
LCALL DISPLAY
SJMP J03
INT_T0: MOV TH0,#3ch ;定时器中断服务程序
MOV TL0,#3ch ;对秒,分钟和小时的计数
INC TCNT
MOV A,TCNT
CJNE A,#20,RETUNE ;计时1秒
INC SECOND
MOV TCNT,#0
MOV A,SECOND
CJNE A,#60,RETUNE
INC MINUTE
MOV SECOND,#0
MOV A,MINUTE
CJNE A,#60,RETUNE
INC HOUR
MOV MINUTE,#0
MOV A,HOUR
CJNE A,#24,RETUNE
MOV HOUR,#0
MOV MINUTE,#0
MOV SECOND,#0
MOV TCNT,#0
RETUNE: RETI
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;DIS3闹铃设置子程序

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;DIS3
DISPLAY: ;显示时间控制子程序
MOV A,SECOND ;显示秒
MOV B,#10
DIV AB
CLR P26
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DLY_S
SETB P26
MOV A,B
CLR P27
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DLY_S
SETB P27
CLR P25
MOV P0,#40H ;显示分隔符
LCALL DLY_S
SETB P25
MOV A,MINUTE ;显示分钟
MOV B,#10
DIV AB
CLR P23
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DLY_S
SETB P23
MOV A,B
CLR P24
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DLY_S
SETB P24
CLR P22
MOV P0,#40H ;显示分隔符
LCALL DLY_S
SETB P22
MOV A,HOUR ;显示小时
MOV B,#10
DIV AB
CLR P20
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DLY_S
SETB P20
MOV A,B
CLR P21
MOVC A,@A+DPTR
MOV P0,A
LCALL DLY_S
SETB P21
RET
TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;延时
DLY_S: MOV R6,#5 ;延时程序
D1: MOV R7,#100
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D1
RET
DLY_L: MOV R5,#50
D2: MOV R6,#100
D3: MOV R7,#100
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D3
DJNZ R5,D2
RET
END
第五章程序设计
程序只要完成了初始化，计时，在计时过程中判断按键情况，做相应处理。流程如下。

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