一種定時(shí)充電控制器的設(shè)計(jì)與研究

徐錦鋼++鄢妍

【摘 要】本文描述了一種基于單片機(jī)的定時(shí)充電控制器軟硬件設(shè)計(jì)方法，講述了該控制器的工作原理，重點(diǎn)闡述了液晶模塊、時(shí)鐘芯片的讀寫(xiě)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(yǔ)言程序代碼。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；繼電器；時(shí)鐘

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，能源供應(yīng)緊張的問(wèn)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(dòng)自行車(chē)已經(jīng)大量進(jìn)入普通百姓家庭，電動(dòng)汽車(chē)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(wèn)題被人們所關(guān)注，過(guò)充電是影響電瓶、電池使用壽命的重要原因，本文設(shè)計(jì)的控制器可以精確控制充電時(shí)長(zhǎng)，有效防止過(guò)充電。[1]。

1.控制器工作原理

單片機(jī)通過(guò)讀取時(shí)鐘芯片獲得時(shí)間信息，用戶通過(guò)按鍵設(shè)定預(yù)約充電時(shí)間及充電時(shí)長(zhǎng)，設(shè)定的時(shí)間值通過(guò)液晶模塊顯示。設(shè)定完成后，按開(kāi)始鍵充電。充電時(shí)間到，單片機(jī)發(fā)送指令給繼電器，控制繼電器斷開(kāi)充電回路，停止充電。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件框圖和實(shí)物圖

系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示，主要包括STC89C52單片機(jī)、時(shí)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(jiǎn)介：

1）單片機(jī)型號(hào)為STC89C52，具有8K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

2）時(shí)鐘芯片型號(hào)DS12C887，能自動(dòng)產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，自帶鋰電池，外部掉電時(shí)，內(nèi)部時(shí)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(guó)標(biāo)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)，內(nèi)置128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集和8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，構(gòu)成本系統(tǒng)的人機(jī)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(kāi)關(guān)噪聲非常小。

2.2 單片機(jī)與時(shí)鐘芯片DS12C887的接口電路設(shè)計(jì)

時(shí)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(wú)需外接晶振。AD0-AD7為信號(hào)線，通過(guò)10K的上拉電阻分別連至單片機(jī)的P0.0-P0.7端口。MOT管腳懸空決定了本系統(tǒng)的時(shí)鐘芯片采用Intel工作模式，此時(shí)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(xiě)允許輸入端使用。AS是地址選通輸入腳，在進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，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(gè)下降沿到來(lái)時(shí)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(shí)，DS12C887工作。

2.3 單片機(jī)與12864液晶模塊的接口電路設(shè)計(jì)

圖3是單片機(jī)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(guò)10K上拉電阻分別與單片機(jī)的P0.0-P0.7連接，用以傳輸液晶模塊的信號(hào)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(shí)，D0-D7傳輸信號(hào)數(shù)據(jù)；低電平時(shí)，D0-D7傳輸命令數(shù)據(jù)。RW為“讀/寫(xiě)”選擇端，高電平時(shí)，單片機(jī)讀取液晶數(shù)據(jù)；低電平時(shí)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入液晶。EN為使能端，高電平時(shí)液晶模塊與單片機(jī)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(gè)10K歐姆的精密可調(diào)電阻，通過(guò)改變其阻值來(lái)調(diào)節(jié)液晶模塊的顯示亮度[2]。

3.程序設(shè)計(jì)

定時(shí)充電控制器的程序主要包括三個(gè)部分：DS12C887時(shí)鐘芯片的讀寫(xiě)程序、繼電器通斷程序、人機(jī)交互程序。

3.1 程序流程圖

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

3.2 DS12C887時(shí)鐘芯片讀寫(xiě)程序

3.3 繼電器動(dòng)作程序

繼電器控制端獲得高電平時(shí)，輸出端閉合，否則輸出端斷開(kāi)。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文研究了定時(shí)充電控制器軟硬件設(shè)計(jì)問(wèn)題，完整地設(shè)計(jì)了控制器的硬件電路，對(duì)關(guān)鍵的程序代碼做了詳細(xì)闡述，同時(shí)利用萬(wàn)能電路板搭建硬件系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，取得了預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳詩(shī)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(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)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(jiǎn)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。