太陽(yáng)能多功能休閑椅自動(dòng)控制系統(tǒng)

摘 要：本文簡(jiǎn)單介紹了一種以太陽(yáng)能為能源，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的多功能休閑椅系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。新能源與休閑產(chǎn)品的結(jié)合對(duì)于提高人們生活質(zhì)量有重大意義。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；自動(dòng)控制；太陽(yáng)能

太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，綠色無(wú)污染，已廣泛應(yīng)用于路燈、家用電器、汽車(chē)、醫(yī)療等領(lǐng)域。本項(xiàng)目利用太陽(yáng)能作為電源，設(shè)計(jì)一款戶(hù)外休閑椅自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成，可廣泛應(yīng)用于沙灘、公園、社區(qū)等公共場(chǎng)所，運(yùn)用該系統(tǒng)的椅子能提供比普通椅子更舒適更人性的坐姿；能幫助病人或老人更換坐姿；可檢測(cè)環(huán)境溫度、濕度、人體溫度，可提供溫濕度顯示等信息；戶(hù)外溫度較低時(shí)，可足底加熱；溫度較高時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇制冷。

一、硬件設(shè)計(jì)

該裝置以單片機(jī)為核心，主要包括核心控制模塊、檢測(cè)模塊、顯示模塊、電機(jī)控制模塊、太陽(yáng)能供電模塊、溫度控制模塊、報(bào)警模塊等七個(gè)部分。檢測(cè)模塊主要檢測(cè)環(huán)境溫度、濕度和人體溫度；顯示模塊主要顯示當(dāng)前環(huán)境溫度、濕度、人體溫度、時(shí)間等數(shù)據(jù)；報(bào)警模塊主要用于遇到意外、突然發(fā)病、緊急呼救等特殊情況的報(bào)警；電機(jī)控制主要用于休閑椅子靠背升降控制，輔助病人、老人翻身控制，以調(diào)整坐姿；溫度控制模塊主要天冷時(shí)加熱腳，天熱時(shí)啟動(dòng)風(fēng)扇制冷。系統(tǒng)框圖如下圖所示：

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1.太陽(yáng)能供電模塊

太陽(yáng)能供電模塊主要由太陽(yáng)能光伏板、充電管理芯片UC3906、蓄電池以及相應(yīng)電路組成。電路連接圖如下圖所示：

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控制芯片UC3906是美國(guó)TI公司專(zhuān)門(mén)針對(duì)鉛酸電池充電設(shè)計(jì)的。內(nèi)部的邏輯電路提供三種充電狀態(tài)，并對(duì)溫度進(jìn)行了精確的跟蹤補(bǔ)償，可以發(fā)揮電池的最大容量，延長(zhǎng)電池的使用壽命。該芯片內(nèi)含獨(dú)立的電壓控制回路和限流放大器，它可控制芯片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器提供的輸出電流達(dá)25mA，可直接驅(qū)動(dòng)外部串聯(lián)的調(diào)整管，從而調(diào)整充電器的輸出電壓和電流，電壓和電流檢測(cè)比較器檢測(cè)蓄電池的充電狀態(tài)，并控制狀態(tài)邏輯電路的輸入信號(hào)。UC3906一個(gè)非常重要的特性就是其內(nèi)部的精確基準(zhǔn)電壓隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。同時(shí)，該芯片只需1.7mA的輸入電流就可以工作，因而可減小芯片的功耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作環(huán)境溫度的準(zhǔn)確檢測(cè)，保證電池既充足電又不會(huì)嚴(yán)重過(guò)充電。

2.檢測(cè)模塊

對(duì)于環(huán)境溫濕度的檢測(cè)采用SHT10數(shù)字溫濕度傳感器，該傳感器具有極高的可靠性和穩(wěn)定性，傳感器將傳感元件和信號(hào)處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)，符合系統(tǒng)需要。電路連接圖如下所示：

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除此之外還需要檢測(cè)兩個(gè)條件。其一，利用HC-SR501小型紅外人體感應(yīng)模塊檢測(cè)座椅上是否有人，當(dāng)有人進(jìn)入檢測(cè)范圍則輸出數(shù)字電平信號(hào)給核心控制模塊以控制其他電路的工作與否。其二，利用一種新型紅外人體測(cè)溫傳感器檢測(cè)人體溫度。

3.顯示模塊

系統(tǒng)采用迪文觸摸屏顯示以及完成人機(jī)交互。系統(tǒng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到的環(huán)境溫度、濕度、人體體溫實(shí)時(shí)顯示在顯示屏上。除此之外，使用者還要通過(guò)觸摸屏上的按鍵，控制電機(jī)來(lái)調(diào)整坐姿。觸摸屏有專(zhuān)用的接口，其與單片機(jī)的通訊連接只需要一個(gè)串口就可以完成，接法簡(jiǎn)單，如下圖所示：

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4.電機(jī)控制模塊

L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。電路圖如下：

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5.溫度控制模塊

如下圖：

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當(dāng)溫度不足時(shí)需要該模塊啟動(dòng)工作，該模塊主要由三極管、繼電器、二極管構(gòu)成。其控制原理為：?jiǎn)纹瑱C(jī)給三極管的基極一個(gè)高電平信號(hào)，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈兩端電源接通，繼電器吸合，即公共端COM和常閉開(kāi)關(guān)NC斷開(kāi)，常開(kāi)開(kāi)關(guān)NO閉合，電機(jī)電源接通，加熱或降溫電路工作；反之，電機(jī)停止。其中1N4007具有較強(qiáng)的正向浪涌承受能力，其主要作用為保護(hù)線圈不受反峰電壓的沖擊，起保護(hù)繼電器的作用。

6.核心控制模塊

最小系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片、電源電路、復(fù)位電路、晶振電路。如下圖所示：

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二、軟件設(shè)計(jì)

流程圖如下：

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太陽(yáng)能休閑椅控制系統(tǒng)的核心技術(shù)在于控制器與各個(gè)傳感與動(dòng)力部分的緊密配合，以太陽(yáng)能為能源系統(tǒng)供電讓溫濕度傳感，紅外傳感與座椅角度調(diào)節(jié)部分能夠正常運(yùn)作。系統(tǒng)最難克服的部分是把不穩(wěn)定的太陽(yáng)能電源控制在一個(gè)可以正常使用的范圍，從而在使系統(tǒng)運(yùn)作的同時(shí)保證其穩(wěn)定與安全性。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后安裝到戶(hù)外座椅當(dāng)中，可廣泛應(yīng)用于沙灘、公園、社區(qū)等公共場(chǎng)所，具有廣闊的發(fā)展前景。

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