基于單片機控制的紅外控制可調充電器

呂少秋 章浩

摘要：該系統(tǒng)是以STC15F104W單片機為核心，設計帶有紅外接收模塊，繼電器和電壓調壓模塊。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。該充電器結構簡單，使用期限長，可應用范圍廣，適用于各種商業(yè)地帶、家庭等場合，可成為人們日常生活工作中的助力。并且此充電器的設計了帶有輸出電壓調節(jié)功能，更是向多數(shù)應用人群提供了一個很好選擇。本次設計采用新型紅外接收裝置、電壓調節(jié)模塊、STC15F104W單片機設計實現(xiàn)，具有應用效率高、低成本，易攜帶等特點。

關鍵詞：單片機；繼電器；紅外接收；電壓調節(jié)

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

1概述

隨著社會進步，人們對生活中的物質品質要求不斷提高，從而使得了高新技術的不斷發(fā)展，促進的越來越多的源于生活用于生活的新技術新理念的產(chǎn)生，越來越多的貼近人們生活的新產(chǎn)品伴隨著高新技術的發(fā)展脫穎而出，這一現(xiàn)象在電子產(chǎn)品領域內極具代表性，其中智能技術便是其中重要的一項并且極具深遠意義。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控制的智能家用電器，運用單片機的智能家居適用性大大提高，其擁有更為強大的功能，使用更加方便便捷，同時安全保護性和穩(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量有著明顯的提升。

2系統(tǒng)方案設計

2.1控制系統(tǒng)設計

基于單片機控制設計的充電器主要的功能如圖所示，充電時時，使用調整輸出電壓，確保充電電壓與該電子產(chǎn)品所需充電電壓一致；確認電壓之后，使用紅外遙控進行控制，使繼電器工作，進行打開或關閉通訊口從而控制電壓的輸出。

根據(jù)系統(tǒng)設計的要求，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，傳送給單片機芯片STC15F104W，由單片機芯片分析得出繼電器是否閉合，當解析得出需要閉合的時候，COM口輸出相應的電壓；若無閉合命令，則無電壓輸出。

根據(jù)系統(tǒng)設計的要求，本系統(tǒng)所具有的功能如圖2所示：

3硬件電路設計

3.1主控單元

本設計所采用的主芯片為STC15F104W。STC15F104W單片機是STC生產(chǎn)的單片機，其無串口，可以方便快捷的使用外部中斷，內部有集成的R/C時鐘，可以節(jié)約省去使用晶振的空間和價格，也可以使用I/O口充放電RC測量電壓實現(xiàn)AD功能。因此選STC15F104W這款功能齊全，方便有效的且小巧實惠的單片機。

3.2接收單元

本設計的接收單元為VS1838B紅外接收頭，將其的輸出端連接單片機STC15F104W的P3.5端口。因其具有小型化，內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，低功耗等特點選用為本設計的信號接收模塊。故因VS1838B具有這些高效優(yōu)點，可保證在一定遠距離的范圍內接收到紅外信號（經(jīng)試驗可達10米）。就是將所需要發(fā)送的信號轉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)送的內容，這樣做既實現(xiàn)了提高接收效率的目的又達到了降低電能功耗的目標。

3.3降壓單元

本設計所采用的降壓模塊為DC-DC可調降電壓模塊，其降壓原理主要是通過降壓芯片，輸出一個標準方波信號，控制電壓開關的通斷，實現(xiàn)對輸入電壓對輸出的時間長短的控制，即通過方波信號的占空比大小來決定輸出電壓的大小，與之成單調遞增或遞減關系。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。當開關在關斷的時刻，為避免電路中出現(xiàn)斷路情況，加上電感。利用電感的特性，當閉合電路電源端突然斷開的時候，電感內會釋放其因電磁感應所存儲的電能，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。當開關打開時，可在維持輸出同時通過電感感應對電感進行儲能。

3.4繼電器驅動單元

本設計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，在控制端進行分配高低電平。當主控芯片單片機接收并且處理出所接收的信號，對I/O口進行高低電平賦值，從而產(chǎn)生控制信號，當控制信號與設定好的工作電壓相同時，模塊中會將線圈與電源的連接開關打開，線圈會與整個電路構成回路，因電磁效應產(chǎn)生電磁力，把銜鐵吸向鐵芯，從而實現(xiàn)常開端（即NO端）開啟。當控制信號消失或與設定電壓不匹配時，繼電器的線圈即斷電，使得電磁感應所產(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，實現(xiàn)了我們所需要的控制元器件 “單刀雙擲”開關，即目的在于用開關對電路進行通斷控制。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“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)設計在主控元件單片機接收紅外信號時，添加一個上拉電阻，用來增強系統(tǒng)對紅外接收到的信號的強度，同時起到對該I/O口的保護及抗干擾。鑒于存在某些特殊情況，單片機對于已接收到的強度較弱的信號分辨力較低，我們需要接入一個上拉電阻用來增大電流用以加強輸入信號的強度。另外，單片機引腳因長時間處于未工作狀態(tài)下，位于引腳線路上的電阻上不能消耗過多的電能，注意到這一點對于電源設備的安全使用來說極為重要。再從單片機引腳抗干擾的角度來分析，用于信號的輸入引腳端口也應接上拉電阻，而這在其待機的狀態(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發(fā)生變化帶來的逆差或順差信號而被干擾。當信號輸入引腳接入上拉電阻后，非常關鍵的一點便是可以給該I/O口提供一個“泄流通道”，防止因高電平而被干擾。即當干擾信號過強，其強度甚至超過了VCC的標值，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”因電勢差被導入到VCC中去。因此，即便出現(xiàn)過強的干擾信號，也不會對系統(tǒng)運行及系統(tǒng)本身造成損害，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能提供了強有力的保障。

4系統(tǒng)軟件設計

圖3為本次設計基于單片機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，需要單片機進行控制的器件較少，因而整體的運行系統(tǒng)較為簡單。程序在編寫思路為在程序啟動時，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)單片機所接收到的信號對繼電器進行控制電壓的輸出，之后關閉中斷，根據(jù)設置好的中斷入口返回。每當接收到新的紅外信號時，對繼電器輸出相應的控制信號。所以該系統(tǒng)的程序要不斷地進行循環(huán)，以達到實現(xiàn)實時控制的目的。

5總結

本系統(tǒng)的主要設計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)設計的啟發(fā)，我們要勇于發(fā)現(xiàn)日常的生活學習中的許多不同領域的東西，通過適當?shù)母脑爝M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，同時我們對相同的事物要敢于想象敢于發(fā)揮不同的觀點見解。當有了想法，便要通過自己的努力去實現(xiàn)完成，不能一味地空想，這樣不僅能增加自己的所學所感，也能讓自己對書本所學知識與實際更容易的結合，動手能力也因得到鍛煉從而大大的提升。

參考文獻：

[1] 李朝青. 單片機原理及接口技術[M]. 北京航空航天大學出版社，2017.

[2] 王仲夏，馬甲甲，馬萬國.基于DS1302實時時鐘顯示系統(tǒng)的設計[J]. 電腦知識與技術，2017（12）.

[3] 譚浩強.C程序設計[M]. 清華大學出版社，2010.

[4] 王仲夏，馬萬國，張濤. 基于單片機高精度電子天平設計[J]. 電子測試，2017（6）.

[5] 何希才，薛永毅.傳感器及其應用實例[M]. 機械工業(yè)出版社，2004.

【通聯(lián)編輯：王力】