一种定时充电控制器的设计与研究
2016-11-18徐锦钢鄢江西师范大学科学技术学院江西机电职业技术学院
徐锦钢鄢 妍/.江西师范大学科学技术学院 .江西机电职业技术学院
一种定时充电控制器的设计与研究
徐锦钢1鄢妍2/1.江西师范大学科学技术学院 2.江西机电职业技术学院
本文描述了一种基于单片机的定时充电控制器软硬件设计方法，讲述了该控制器的工作原理，重点阐述了液晶模块、时钟芯片的读写操作方式及继电器通断控制原理，给出了部分电路原理图及C语言程序代码。
单片机；继电器；时钟
引言
随着我国经济社会持续快速发展，能源供应紧张的问题日益显现，绿色低碳节能的概念逐渐深入人心，充电式电动自行车已经大量进入普通百姓家庭，电动汽车的研究与应用也正在逐步推进，电瓶、电池的安全充电问题被人们所关注，过充电是影响电瓶、电池使用寿命的重要原因，本文设计的控制器可以精确控制充电时长，有效防止过充电。[1]。
1.控制器工作原理
单片机通过读取时钟芯片获得时间信息，用户通过按键设定预约充电时间及充电时长，设定的时间值通过液晶模块显示。设定完成后，按开始键充电。充电时间到，单片机发送指令给继电器，控制继电器断开充电回路，停止充电。
2.硬件设计
2.1系统硬件框图和实物图
系统硬件框图如图1所示，主要包括STC89C52单片机、时钟芯片（DS12C887）、12864型液晶显示模块、按键、继电器、蜂鸣器、主控板电源。
图1 .系统硬件框图和实物图
芯片及电子元器件选型简介：
1）单片机型号为STC89C52，具有8K片内程序存储器和256字节片内数据存储器。
2）时钟芯片型号DS12C887，能自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，自带锂电池，外部掉电时，内部时间信息还能够保持10年之久。
3）液晶显示模块为12864型，内含有国标简体中文字库，内置128个16*8点ASCII字符集和8192个16*16点汉字，构成本系统的人机交互界面。
4）继电器采用直流控制交流型固态继电器，输出端接入220V市电交流回路，控制端与输出端有光耦隔离保护，开关噪声非常小。
2.2单片机与时钟芯片DS12C887的接口电路设计
图2. 时钟芯片接口电路
时钟芯片接口电路原理图如图2所示。DS12C887内部自带晶振，故无需外接晶振。AD0-AD7为信号线，通过10K的上拉电阻分别连至单片机的P0.0-P0.7端口。MOT管脚悬空决定了本系统的时钟芯片采用Intel工作模式，此时DS管脚作为读允许输入端使用。R/W 管脚在Intel工作模式下作为写允许输入端使用。AS是地址选通输入脚，在进行读写操作时，AS 的上升沿将AD0～AD7 上出现的地址信息锁存到DS12C887上，而下一个下降沿到来时清除 AD0～AD7 上的地址信息。CS是片选输入端，该管脚为低电平时，DS12C887工作。
2.3单片机与12864液晶模块的接口电路设计
图3.12864液晶模块接口电路
图3是单片机与12864液晶模块的接口电路原理图，图中的“D0-D7”为液晶模块的数据端口，通过10K上拉电阻分别与单片机的P0.0-P0.7连接，用以传输液晶模块的信号数据和命令数据。RS端为“数据/命令”选择端，高电平时，D0-D7传输信号数据；低电平时，D0-D7传输命令数据。RW为“读/写”选择端，高电平时，单片机读取液晶数据；低电平时，单片机将数据写入液晶。EN为使能端，高电平时液晶模块与单片机交互信息。PSB为串行/并行工作方式选择端，本系统采用并行数据传输方式，所以将PSB固定接高电平。2、3引脚跨接一个10K欧姆的精密可调电阻，通过改变其阻值来调节液晶模块的显示亮度[2]。
3.程序设计
定时充电控制器的程序主要包括三个部分：DS12C887时钟芯片的读写程序、继电器通断程序、人机交互程序。
3.1程序流程图
图4.程序流程图
系统上电后，单片机复位初始化寄存器及外围器件，读取时钟芯片，并在液晶屏上显示时间信息。此时，系统等待用户的按键操作，用户可以通过按键校准时间，设置预约充电时间和充电时长，按下确定键后，系统开始倒计时。当预约时间到时，单片机向继电器控制端发出高电平信号，继电器合上充电回路，开始充电。当充电时间到时，单片机向继电器控制端发出低电平信号，继电器断开充电回路，充电结束[3]。
3.2DS12C887时钟芯片读写程序
DS12C887读写操作规则是先送地址，后读数据。以下给出读时钟数据完整代码及注释：
unsigned char read_ DS12C887 (unsigned char add)//读时钟数据
{
unsigned char ds_date;//定义变量，用于存储时钟数据
dsas=1;
dsds=1;
dsrw=1;
dscs=0;// DS12C887暂时停止与单片机交互
P0=add;//向DS12C887送入将要读取数据的地址
dsas=0;//将送入的地址清除
dsds=0;//禁止读操作
P0=0xff;//将时钟信号线全部初始化高电平
ds_date=P0;
dsds=1;//开始读操作
dsas=1;//置高，允许接收下一个地址信息
dscs=1;// 允许DS12C887向单片机传送信息
return (ds_date);//返回读取的时钟数据
}
3.3继电器动作程序
继电器控制端获得高电平时，输出端闭合，否则输出端断开。
void jidianqi_ctrl()//继电器通断控制子程序
{
if((shi==dian)&&(xiaoshi!=0))//预约时间到
{
jidianqi=1;//继电器回路接通，开始充电
if( (shi==(dian+xiaoshi)) || (shi==(dian+xiaoshi-24)) )//充电时长到，结束充电
{
jidianqi=0;// 继电器回路断开，停止充电
}
}
else
{
jidianqi=0;//其他时间段，禁止充电
}
}
4.结束语
本文研究了定时充电控制器软硬件设计问题，完整地设计了控制器的硬件电路，对关键的程序代码做了详细阐述，同时利用万能电路板搭建硬件系统，通过实验测试，取得了预期效果。
[1] 陈诗一.节能减排、结构调整与工业发展方式转变研究[M].北京：北京大学出版社，2011-07.
[2] 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例:基于8051+Proteus仿真[M].北京：电子工业出版社，2009-01.
[3] 李祖安，郭艳春.光MOS固体继电器抗电离辐射研究[J].半导体光电，2012年第4期.
徐锦钢（1983-），江西高安人，硕士研究生，研究方向：嵌入式控制系统软硬件研制。
