呂少秋 章浩

摘要：該系統(tǒng)是以STC15F104W單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)帶有紅外接收模塊，繼電器和電壓調(diào)壓模塊。信息采集部分采用高精度紅外接收頭VS1838B，紅外信息處理部分采用了STC15F104W芯片。該充電器結(jié)構(gòu)簡單，使用期限長，可應(yīng)用范圍廣，適用于各種商業(yè)地帶、家庭等場合，可成為人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ髦械闹?。并且此充電器的設(shè)計(jì)了帶有輸出電壓調(diào)節(jié)功能，更是向多數(shù)應(yīng)用人群提供了一個(gè)很好選擇。本次設(shè)計(jì)采用新型紅外接收裝置、電壓調(diào)節(jié)模塊、STC15F104W單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具有應(yīng)用效率高、低成本，易攜帶等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；繼電器；紅外接收；電壓調(diào)節(jié)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）22-0301-03

1概述

隨著社會進(jìn)步，人們對生活中的物質(zhì)品質(zhì)要求不斷提高，從而使得了高新技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)的越來越多的源于生活用于生活的新技術(shù)新理念的產(chǎn)生，越來越多的貼近人們生活的新產(chǎn)品伴隨著高新技術(shù)的發(fā)展脫穎而出，這一現(xiàn)象在電子產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)極具代表性，其中智能技術(shù)便是其中重要的一項(xiàng)并且極具深遠(yuǎn)意義。近年來電子產(chǎn)品及各種對電子元器件的開發(fā)研究均呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，因而家用電器也越來越朝著智能化和人性化的發(fā)展趨勢。對比普通家用電器與采用單片機(jī)控制的智能家用電器，運(yùn)用單片機(jī)的智能家居適用性大大提高，其擁有更為強(qiáng)大的功能，使用更加方便便捷，同時(shí)安全保護(hù)性和穩(wěn)定性有了極大的提高，最重要的是對能源的消耗不似普通家用電器的固定量的消耗，節(jié)能程度的有很大的提高，使家用電器的性能更加完善，更是讓我們的生活質(zhì)量有著明顯的提升。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)控制設(shè)計(jì)的充電器主要的功能如圖所示，充電時(shí)時(shí)，使用調(diào)整輸出電壓，確保充電電壓與該電子產(chǎn)品所需充電電壓一致；確認(rèn)電壓之后，使用紅外遙控進(jìn)行控制，使繼電器工作，進(jìn)行打開或關(guān)閉通訊口從而控制電壓的輸出。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)所具有的功能如圖1所示：

2.2控制系統(tǒng)原理圖

高精度紅外接收頭VS1838B探測得到信號，傳送給單片機(jī)芯片STC15F104W，由單片機(jī)芯片分析得出繼電器是否閉合，當(dāng)解析得出需要閉合的時(shí)候，COM口輸出相應(yīng)的電壓；若無閉合命令，則無電壓輸出。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)所具有的功能如圖2所示：

3硬件電路設(shè)計(jì)

3.1主控單元

本設(shè)計(jì)所采用的主芯片為STC15F104W。STC15F104W單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單片機(jī)，其無串口，可以方便快捷的使用外部中斷，內(nèi)部有集成的R/C時(shí)鐘，可以節(jié)約省去使用晶振的空間和價(jià)格，也可以使用I/O口充放電RC測量電壓實(shí)現(xiàn)AD功能。因此選STC15F104W這款功能齊全，方便有效的且小巧實(shí)惠的單片機(jī)。

3.2接收單元

本設(shè)計(jì)的接收單元為VS1838B紅外接收頭，將其的輸出端連接單片機(jī)STC15F104W的P3.5端口。因其具有小型化，內(nèi)部集成專用高增益前置放大IC及高速高靈敏度PIN光電二極管，長距離和寬角度接收，抗干擾能力強(qiáng)，低功耗等特點(diǎn)選用為本設(shè)計(jì)的信號接收模塊。故因VS1838B具有這些高效優(yōu)點(diǎn)，可保證在一定遠(yuǎn)距離的范圍內(nèi)接收到紅外信號（經(jīng)試驗(yàn)可達(dá)10米）。就是將所需要發(fā)送的信號轉(zhuǎn)譯為編碼通過紅外光波被VS1838B接收，通過對載波波形的讀取接收到發(fā)送的內(nèi)容，這樣做既實(shí)現(xiàn)了提高接收效率的目的又達(dá)到了降低電能功耗的目標(biāo)。

3.3降壓單元

本設(shè)計(jì)所采用的降壓模塊為DC-DC可調(diào)降電壓模塊，其降壓原理主要是通過降壓芯片，輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方波信號，控制電壓開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)對輸入電壓對輸出的時(shí)間長短的控制，即通過方波信號的占空比大小來決定輸出電壓的大小，與之成單調(diào)遞增或遞減關(guān)系。而在輸出端，采用電感和二極管，目的是保證儲能功能和續(xù)流功能。當(dāng)開關(guān)在關(guān)斷的時(shí)刻，為避免電路中出現(xiàn)斷路情況，加上電感。利用電感的特性，當(dāng)閉合電路電源端突然斷開的時(shí)候，電感內(nèi)會釋放其因電磁感應(yīng)所存儲的電能，電流通過二極管，對輸出端提供電壓，保證電能的連續(xù)輸出。當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，可在維持輸出同時(shí)通過電感感應(yīng)對電感進(jìn)行儲能。

3.4繼電器驅(qū)動單元

本設(shè)計(jì)所采用的繼電器為單路輸出的電磁繼電器模塊。由繼電器核心模塊鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。其工作原理為在繼電器模塊的輸入端IN+即IN-分別加上+5V的電壓和GND，在控制端進(jìn)行分配高低電平。當(dāng)主控芯片單片機(jī)接收并且處理出所接收的信號，對I/O口進(jìn)行高低電平賦值，從而產(chǎn)生控制信號，當(dāng)控制信號與設(shè)定好的工作電壓相同時(shí)，模塊中會將線圈與電源的連接開關(guān)打開，線圈會與整個(gè)電路構(gòu)成回路，因電磁效應(yīng)產(chǎn)生電磁力，把銜鐵吸向鐵芯，從而實(shí)現(xiàn)常開端（即NO端）開啟。當(dāng)控制信號消失或與設(shè)定電壓不匹配時(shí)，繼電器的線圈即斷電，使得電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的力也隨之消失，銜鐵就會彈回原來的位置，銜鐵與鐵芯斷開，使常閉端（即NC端）開啟。這樣通過對繼電器中的銜鐵移動操作，實(shí)現(xiàn)了我們所需要的控制元器件 “單刀雙擲”開關(guān)，即目的在于用開關(guān)對電路進(jìn)行通斷控制。繼電器中的“常開端”為因銜鐵位于線圈切合，即與COM端而處于接連狀態(tài)，有電壓輸出，此時(shí)“常閉端”無電壓輸出；“常閉端”指線圈通電產(chǎn)生吸力使銜鐵與線圈切合，“常閉端”與COM端相連，有電壓輸出，“常開端”恰好相反。

3.5上拉電阻

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在主控元件單片機(jī)接收紅外信號時(shí)，添加一個(gè)上拉電阻，用來增強(qiáng)系統(tǒng)對紅外接收到的信號的強(qiáng)度，同時(shí)起到對該I/O口的保護(hù)及抗干擾。鑒于存在某些特殊情況，單片機(jī)對于已接收到的強(qiáng)度較弱的信號分辨力較低，我們需要接入一個(gè)上拉電阻用來增大電流用以加強(qiáng)輸入信號的強(qiáng)度。另外，單片機(jī)引腳因長時(shí)間處于未工作狀態(tài)下，位于引腳線路上的電阻上不能消耗過多的電能，注意到這一點(diǎn)對于電源設(shè)備的安全使用來說極為重要。再從單片機(jī)引腳抗干擾的角度來分析，用于信號的輸入引腳端口也應(yīng)接上拉電阻，而這在其待機(jī)的狀態(tài)下輸入常為高阻態(tài)。接入上拉電阻，可避免信號輸入導(dǎo)線被干擾，一旦信號輸入引腳受到了干擾，引腳輸入信號就非常容易因電磁感應(yīng)發(fā)生變化帶來的逆差或順差信號而被干擾。當(dāng)信號輸入引腳接入上拉電阻后，非常關(guān)鍵的一點(diǎn)便是可以給該I/O口提供一個(gè)“泄流通道”，防止因高電平而被干擾。即當(dāng)干擾信號過強(qiáng)，其強(qiáng)度甚至超過了VCC的標(biāo)值，那么出現(xiàn)在信號輸入通道上的干擾會通過由上拉電阻提供的“泄流通道”因電勢差被導(dǎo)入到VCC中去。因此，即便出現(xiàn)過強(qiáng)的干擾信號，也不會對系統(tǒng)運(yùn)行及系統(tǒng)本身造成損害，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能提供了強(qiáng)有力的保障。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖3為本次設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的紅外充電器的系統(tǒng)程序總體框圖。由于在本系統(tǒng)中，需要單片機(jī)進(jìn)行控制的器件較少，因而整體的運(yùn)行系統(tǒng)較為簡單。程序在編寫思路為在程序啟動時(shí)，首先對所有未提前申明的數(shù)據(jù)初始化，然后開啟中斷，依據(jù)單片機(jī)所接收到的信號對繼電器進(jìn)行控制電壓的輸出，之后關(guān)閉中斷，根據(jù)設(shè)置好的中斷入口返回。每當(dāng)接收到新的紅外信號時(shí)，對繼電器輸出相應(yīng)的控制信號。所以該系統(tǒng)的程序要不斷地進(jìn)行循環(huán)，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的目的。

5總結(jié)

本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想來源于電動車充電器，是一般家庭的生活和工作中的必需品。通過本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的啟發(fā)，我們要勇于發(fā)現(xiàn)日常的生活學(xué)習(xí)中的許多不同領(lǐng)域的東西，通過適當(dāng)?shù)母脑爝M(jìn)行合并使用，而這就需要我們對更多的知識有更加深入的了解，同時(shí)我們對相同的事物要敢于想象敢于發(fā)揮不同的觀點(diǎn)見解。當(dāng)有了想法，便要通過自己的努力去實(shí)現(xiàn)完成，不能一味地空想，這樣不僅能增加自己的所學(xué)所感，也能讓自己對書本所學(xué)知識與實(shí)際更容易的結(jié)合，動手能力也因得到鍛煉從而大大的提升。

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【通聯(lián)編輯：王力】