一種定時充電控制器的設(shè)計與研究

徐錦鋼++鄢妍

【摘 要】本文描述了一種基于單片機的定時充電控制器軟硬件設(shè)計方法，講述了該控制器的工作原理，重點闡述了液晶模塊、時鐘芯片的讀寫操作方式及繼電器通斷控制原理，給出了部分電路原理圖及C語言程序代碼。

【關(guān)鍵詞】單片機；繼電器；時鐘

引言

隨著我國經(jīng)濟社會持續(xù)快速發(fā)展，能源供應(yīng)緊張的問題日益顯現(xiàn)，綠色低碳節(jié)能的概念逐漸深入人心，充電式電動自行車已經(jīng)大量進(jìn)入普通百姓家庭，電動汽車的研究與應(yīng)用也正在逐步推進(jìn)，電瓶、電池的安全充電問題被人們所關(guān)注，過充電是影響電瓶、電池使用壽命的重要原因，本文設(shè)計的控制器可以精確控制充電時長，有效防止過充電。[1]。

1.控制器工作原理

單片機通過讀取時鐘芯片獲得時間信息，用戶通過按鍵設(shè)定預(yù)約充電時間及充電時長，設(shè)定的時間值通過液晶模塊顯示。設(shè)定完成后，按開始鍵充電。充電時間到，單片機發(fā)送指令給繼電器，控制繼電器斷開充電回路，停止充電。

2.硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件框圖和實物圖

系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示，主要包括STC89C52單片機、時鐘芯片（DS12C887）、12864型液晶顯示模塊、按鍵、繼電器、蜂鳴器、主控板電源。

芯片及電子元器件選型簡介：

1）單片機型號為STC89C52，具有8K片內(nèi)程序存儲器和256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。

2）時鐘芯片型號DS12C887，能自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時、分、秒等時間信息，自帶鋰電池，外部掉電時，內(nèi)部時間信息還能夠保持10年之久。

3）液晶顯示模塊為12864型，內(nèi)含有國標(biāo)簡體中文字庫，內(nèi)置128個16*8點ASCII字符集和8192個16*16點漢字，構(gòu)成本系統(tǒng)的人機交互界面。

4）繼電器采用直流控制交流型固態(tài)繼電器，輸出端接入220V市電交流回路，控制端與輸出端有光耦隔離保護(hù)，開關(guān)噪聲非常小。

2.2 單片機與時鐘芯片DS12C887的接口電路設(shè)計

時鐘芯片接口電路原理圖如圖2所示。DS12C887內(nèi)部自帶晶振，故無需外接晶振。AD0-AD7為信號線，通過10K的上拉電阻分別連至單片機的P0.0-P0.7端口。MOT管腳懸空決定了本系統(tǒng)的時鐘芯片采用Intel工作模式，此時DS管腳作為讀允許輸入端使用。R/W 管腳在Intel工作模式下作為寫允許輸入端使用。AS是地址選通輸入腳，在進(jìn)行讀寫操作時，AS 的上升沿將 AD0～AD7 上出現(xiàn)的地址信息鎖存到DS12C887上，而下一個下降沿到來時清除 AD0～AD7 上的地址信息。CS是片選輸入端，該管腳為低電平時，DS12C887工作。

2.3 單片機與12864液晶模塊的接口電路設(shè)計

圖3是單片機與12864液晶模塊的接口電路原理圖，圖中的“D0-D7”為液晶模塊的數(shù)據(jù)端口，通過10K上拉電阻分別與單片機的P0.0-P0.7連接，用以傳輸液晶模塊的信號數(shù)據(jù)和命令數(shù)據(jù)。RS端為“數(shù)據(jù)/命令”選擇端，高電平時，D0-D7傳輸信號數(shù)據(jù)；低電平時，D0-D7傳輸命令數(shù)據(jù)。RW為“讀/寫”選擇端，高電平時，單片機讀取液晶數(shù)據(jù)；低電平時，單片機將數(shù)據(jù)寫入液晶。EN為使能端，高電平時液晶模塊與單片機交互信息。PSB為串行/并行工作方式選擇端，本系統(tǒng)采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，所以將PSB固定接高電平。2、3引腳跨接一個10K歐姆的精密可調(diào)電阻，通過改變其阻值來調(diào)節(jié)液晶模塊的顯示亮度[2]。

3.程序設(shè)計

定時充電控制器的程序主要包括三個部分：DS12C887時鐘芯片的讀寫程序、繼電器通斷程序、人機交互程序。

3.1 程序流程圖

系統(tǒng)上電后，單片機復(fù)位初始化寄存器及外圍器件，讀取時鐘芯片，并在液晶屏上顯示時間信息。此時，系統(tǒng)等待用戶的按鍵操作，用戶可以通過按鍵校準(zhǔn)時間，設(shè)置預(yù)約充電時間和充電時長，按下確定鍵后，系統(tǒng)開始倒計時。當(dāng)預(yù)約時間到時，單片機向繼電器控制端發(fā)出高電平信號，繼電器合上充電回路，開始充電。當(dāng)充電時間到時，單片機向繼電器控制端發(fā)出低電平信號，繼電器斷開充電回路，充電結(jié)束[3]。

3.2 DS12C887時鐘芯片讀寫程序

3.3 繼電器動作程序

繼電器控制端獲得高電平時，輸出端閉合，否則輸出端斷開。

4.結(jié)束語

本文研究了定時充電控制器軟硬件設(shè)計問題，完整地設(shè)計了控制器的硬件電路，對關(guān)鍵的程序代碼做了詳細(xì)闡述，同時利用萬能電路板搭建硬件系統(tǒng)，通過實驗測試，取得了預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳詩一.節(jié)能減排、結(jié)構(gòu)調(diào)整與工業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變研究[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011-07.

[2] 彭偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例：基于8051+Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009-01.

[3] 李祖安，郭艷春.光MOS固體繼電器抗電離輻射研究[J].半導(dǎo)體光電，2012年第4期.

作者簡介：

徐錦鋼（1983-），江西高安人，碩士研究生，研究方向：嵌入式控制系統(tǒng)軟硬件研制。