基于51單電機的高溫斷電插頭設計

吳麗娜 寇昌斌

High-Temperature Power-Off Plug Design Based on 51 Single Motors

WU Li-na， KOU Chang-bin

【摘? 要】隨著智能手機的普遍推廣，安全隱患也隨之產生。每年都會有許多因為手機充電溫度過高而引發的安全事故，這給我們敲響了警鐘。目前市場流通的充電器存在溫度過高、轉化率低、使用壽命短等不足之處，為此，論文設計了一款高溫自動斷電的充電插頭，以此提升安全系數，滿足市場需求，使充電插頭更加人性化、智能化。該設計運用51單片機進行溫控，實現自動斷電功能，從而減輕溫度過高對手機壽命的影響，大大提高用戶體驗。

【Abstract】With the universal promotion of smart phones， security risks also arise. There are many safety accidents caused by excessive charging temperature of mobile phones every year， which gives us a wake-up call. At present， the charger in circulation in the market has some disadvantages， such as high temperature， low conversion rate and short service life. For this reason， a charging plug with high temperature and automatic power off is designed to improve the safety factor， meet the market demand， and make the charging plug more humanized and intelligent. This design uses 51 singlechip to carry on the temperature control to realize the automatic power off function， so as to reduce the impact of excessive temperature on the life of mobile phones and greatly improve user experience.

【關鍵詞】51單片機;智能化;充電插頭

【Keywords】51 singlechip; intelligent; charging plug

【中圖分類號】TM912? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）05-0162-02

1 充電插頭概述

面對這個全民低頭的時代，手機爆炸事件屢見不鮮，其原因大多是電池本身，鋰電池長時間充電出現過度飽和，產生較大電流。特此設計本產品為降低因手機充電溫度過高引發的安全事故危險，提高人們的信賴度。本設計采用STC89C51單片機作為系統控制器，溫度傳感器來測量溫度，與固態繼電器合用。當溫度達到額定溫度時，溫度傳感器將信息傳給固態繼電器，實現自動斷電功能。此時系統也會將溫度顯示在4位7段數碼管上。人們能夠直接觀測到充電時的電壓、電流、溫度等指數，大大降低了安全風險，更好地為社會群體服務。

2 系統整體設計

2.1 系統結構

此設計中主要包括溫度檢測模塊、芯片控制模塊、數碼管顯示模塊、獨立按鍵模塊、固態繼電器模塊、一鍵驗機模塊等，其系統架構如圖1所示。

圖1? 系統結構框圖

2.2 系統硬件設計

2.2.1 芯片控制模塊

本設計的核心在于由STC89C51單片機組成的芯片控制，針對本設計實現的功能選擇合適的單片機避免造成功能缺失或資源浪費等情況的發生，本設計選用的單片機具有耗能低、性價比高等優點，其內部由中央處理器、數據儲存器、程序儲存器、中斷系統等構成，較好地實現了自動控制功能。STC89C51單片機配合貼在充電器變壓器上的溫度傳感器監控充電器的內部溫度，將信號傳輸到固態繼電器中，來進行斷電。

2.2.2 溫度檢測模塊

在溫度傳感器的選用上，應滿足通用性、耐久性、經濟性的原則，盡可能選擇電壓工作范圍廣的溫度傳感器。加入溫度傳感器，使充電器可在安全溫度內工作，當超出安全溫度時自動斷電防止自燃，提高安全系數。溫度傳感器緊貼于充電器變壓器，用于測試充電器內部的溫度，與固態繼電器合用。當溫度達到高溫時，溫度傳感器將信息傳給固態繼電器，然后進行斷電。固態繼電器具有自動斷電功能，可以防止充電器工作時自燃引起不必要的火災。該零件通過與溫度傳感器和智能芯片配合來檢測溫度，當溫度達到額定溫度時，充電器通過該零件進行斷電降溫。

2.2.3 數碼顯示模塊

本設計采用4位7段數碼管進行顯示，該功能可以較好地反映充電器工作狀態，其中輸出電流、輸出電壓及功率的顯示可供人們直接了解其運行是否在額定范圍之內，大大保障了人們的生活，尤其是在溫度過高的天氣極易發生危險。溫度的顯示更能直觀地向人們展現其工作狀態，除此之外，還有充電百分比顯示功能，這些功能都可通過按鍵輪番查詢。獨立按鍵接到單片機的I/O接口，實現控制功能，大大提高便捷度。充電器接口，顧名思義是用來連接用電設備的接口。此外，利用其他兩根接線添加另外的功能用來檢驗手機的真偽，防止用手機時漏電造成人身傷害。

2.3 系統的軟件設計

本設計的核心在于集成芯片的控制，根據設計的需要進行大量程序編寫，代碼較多也較容易出錯，為解決出錯率的問題將程序進行模塊化編寫，程序編寫一開始進行相應的定義，根據實現功能的不同一一對應，然后進行調試，調試成功后將其合為一個整體，實現全部功能。其大致思路是：對系統先進行初始化，然后進行溫度檢測模塊的編寫，將溫度轉換成數字信息，待溫度設定后進行單片機控制電路的運行，再調試數碼顯示模塊顯示測量得到的溫度，剩余模塊依次進行調試。程序的編寫本著簡潔明了的原則，堅持整體與部分相結合，從而實現程序的完整運行。

2.4 系統設計特色

充電插頭這款產品在國內，大多數還是遵守傳統，產品功能比較單一化且存在一定的危險性，使用壽命較短。本設計的中心思想在于通過單片機的控制實現高溫自動斷電的功能，也是本設計最大的特色。通過本設計各個模塊的運行與整合，實現理想功能，降低人們生活中的危險程度，更好地方便人們的生活，提高便捷度。除此之外，本設計還有以下主要特色：

特色一：加入溫度傳感器，使充電器可在安全溫度內工作，當超出安全溫度時自動斷電，防止自燃，提高安全系數。

特色二：加入四位數碼管，用來顯示充電器工作時的電壓、電流、功率、實時溫度、充電百分比，以此來查看充電器工作時的各種工作狀態，可通過獨立按鍵逐一查詢。

特色三：自動電壓，電流調整功能，在插入充電器的前一分鐘內，充電器默認輸出5V1A的電，待識別完成手機型號后再調整到該手機適應的電壓電流來進行充電。

特色四：一鍵驗機功能，該功能可以查詢手機的廠商信息，來判別手機的真偽，以防山寨手機充電帶來的不安全事故。同時該系統還可以計算電池的充放電次數，根據數據來判斷電池是否還可以繼續使用（查詢充放電次數可按鍵5s以上查詢）。

3 工作原理

將手機充電插頭與手機和充電插座相連，首先通過一鍵驗機功能智能識別目標對象的真偽和電池損耗度，檢驗正常后為其提供額定范圍內的電流、電壓開始正常運行，其工作時的各項數據通過4位7段數碼管進行顯示，可通過獨立按鍵依次進行查詢，以最直觀的方式展現給人們。

充電插頭工作一段時間后會隨著手機溫度的升高而升高，當溫度達到或超過預先設定的安全溫度時，溫度傳感器進行檢測并將其轉化為數字信息傳給STC89C51單片機控制的集成芯片，繼電器內部銜鐵斷開，系統電路的各個模塊停止工作，進行降溫。當溫度降至安全溫度范圍內，電路又開始正常運行，由此循環，大大減少了因高溫引起的安全事故。

4 結語

經過多次的改良和測試，本設計達到理想的效果，較好地保護了手機電池，也延長了手機的壽命，最主要的是實現了預定的理想方案，使電子產品更加智能化、人性化，也為人們的生活增添一抹亮色。市場對手機的需求量大也會因此帶動智能充電插頭的發展，有著較大的發展空間。在一定程度上也減輕了部分人的生活和工作壓力，不管是老人還是孩子都可以使用，受眾面廣且需求量大，此產品安全系數高于市場普通充電插頭，大大降低了使用風險。相信本產品的問世會給人們帶來福音。

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