吸油烟机控制器设计与抗干扰技术

2012-07-05胡锦铨梁乒

自动化与信息工程 2012年1期

胡锦铨梁乒

（中科院广州电子技术有限公司）

1 引言

随着微电子技术的不断发展，单片机应用成本日渐降低，并出现了针对具体应用的集成功能的专用单片机，它将人体感应触摸的输入、定时等功能集成到单片机里。应用单片机技术，实现家电控制智能化成为可能。但是，家用电器使用环境多样，工作温度变化大，干扰复杂，提高单片机的工作稳定性、抗干扰能力，从而提高家用电器工作稳定性，降低其故障率，成为技术应用的关键因素。本文基于盛群单片机HT45R35的应用开发，设计一款吸油烟机控制器。控制器具备触摸按键输入、LED显示、驱动电机、灯光工作、电机快/慢档切换等功能。通过优化设计，降低单片机应用成本，提高其工作稳定性。

2 控制器工作原理

2.1 实现方案

控制器由电源电路、触摸按键输入、HT45R35单片机、继电器输出等部分组成，系统框图如图1所示。单片机通过RC振荡器感知触摸按键的输入，LED显示处理结果，通过继电器控制电机、照明灯的工作，实现吸油烟机的工作控制。具体功能有：电机的启停控制、快/慢档切换、关机以及照明灯的控制。

图1 系统框图

2.2 触摸按键输入

单片机是利用人体电容效应改变 R/C-F 电路中电容的容量，进而改变其振荡频率，通过检测频率的改变大小即可检测出按键是否被按下。单片机按键输入原理图如图2 所示，RC1～RC12表示可提供12根RC线用来输入外部RC振荡；R1、R2、C引脚分别连接固定的电阻电容。RC振荡电路产生振荡波形，其周期值为参考周期值，当有电阻或电容连到RC引脚，就会改变RC振荡电路的振荡周期。当人接触RC1～RC12时，相当于在电路中并入一个电容，振荡周期会延长，程序只需要检测实时周期与参考周期的差值大小，即可判断相应的按键是否被按下。

图2 按键原理图

3 抗干扰设计

控制器安装在吸油烟机上，工作条件较差，工作环境温度变化大，干扰源多：有内部的电机干扰；灯光工作高频干扰及电网等外部干扰。提高控制器抗干扰能力，增强其工作稳定性，降低故障率，成为设计的关键。从调研材料得知：吸油烟机易出现自动开机、误动作、死机等故障。理论分析得知：因单片机阀值电压较低，故群脉冲等电磁干扰容易造成单片机工作不稳定；另一方面，单片机采用RC振荡电路检测按键输入，RC振荡电路振荡频率受工作温度变化、电源电压漂移影响较大，容易误判，造成机器故障。经过分析和测试，HT45R35单片机电源电压不稳也容易造成工作不稳定，甚至死机。根据以上分析，从硬件和软件两方面进行抗干扰设计，提高控制器工作稳定性。硬件方面：采用电源滤波器滤除电网干扰；采用7805、电阻、电容等稳定单片机的工作电源电压，详见下文硬件设计；采用屏蔽措施，把控制器装在铁壳里，较好的屏蔽了各种电磁干扰。软件设计方面，动态监控RC振荡频率的变化等，详见下文软件设计。

4 硬件设计

图3 为控制器主体电路图，上部分是电源电路；中间是继电器、蜂鸣器输出电路；下部分是单片机电路。

图3 控制器主体电路图

在电源电路中，市电经滤波器滤波、变压器变压为9V整流输出，输出电压分别为12V、5V。12V供继电器、蜂鸣器使用，5V电压再经电阻 R1、电容C9进一步滤波稳压后供电给单片机。3路继电器输出，其中2路控制电机快、慢档；1路是照明灯输出。3路触摸按键输入，分别是 ON/OFF控制、电机快/慢档切换、照明灯控制。4路LED指示灯指示控制器工作状态；按键输入有效；蜂鸣器鸣响告知。按键信号直接输入至单片机，简化按键输入电路。继电器、蜂鸣器、LED受单片机控制。硬件电路设计的关键是滤除干扰，如电源滤波器的采用；信号的走向；应注意的是电机、照明灯的用电接入需在电源滤波器的前面，以防止电机等设备的运行对控制器产生干扰。在单片机的电源输入端引入电阻、电容，一方面进一步滤除电源干扰，稳定电源电压；另一方面通过电容的充电作用，增加刚通电时电源电路的电流，增加的电流在电阻回路中产生压降，降低MCU初始化时的电源电压。MCU初始化完成后，电容充电完毕，附加电压降消失，MCU工作电源电压比初始化时大，提高了MCU工作电源电压阈度，从而提高控制器工作稳定性，达到抗干扰目的。

5 软件设计

图4是按键检测主体流程图，获得键值后，就可以执行相应的操作，驱动相应部件工作。程序设计的关键是稳定性问题，如加上必要的时间判定，防止程序死锁；当无键按下时，更新基准值，避免因频率漂移造成误判；多键按下不响应；键按下、弹起前后值判定；三次扫描判定等。程序主要设计思路是：充分利用单片机的两个定时器，TIME B计数RC振荡器振荡周期数；在规定的周期数里，TIME A的时间值就是相应的键值或基准值。