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。
參考文獻(xiàn):
[1] 李朝青. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社,2017.
[2] 王仲夏,馬甲甲,馬萬國.基于DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電腦知識與技術(shù),2017(12).
[3] 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M]. 清華大學(xué)出版社,2010.
[4] 王仲夏,馬萬國,張濤. 基于單片機(jī)高精度電子天平設(shè)計(jì)[J]. 電子測試,2017(6).
[5] 何希才,薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
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