基于STC89C52RC的立柱式新能源汽车桩优化设计研究

彭泉，秦旺，杨尚春，翟娟，章伯兆

（扬州大学广陵学院，江苏 扬州 225127）

0 引言

目前市面上对电动汽车进行充电的方式大多采用变压器加输电线的组合，用户一端连接家用电源或者专用电源，通过变压器[1]将电压降低至合适的电压值再对电动汽车进行充电，这样的充电方式既没有电流电压的检测与保护，也没有对充电的时间进行限制，很容易出现电压异常或者过充[2]的情况，对生命财产安全造成严重的威胁。为了解决电压异常造成的危险情况，设计通过使用电压检测模块和ADC0832模/数转换芯片的组合，对充电电源的电压值进行监测并输出模拟量至ADC0832芯片，模/数转换后，将得到的数字量与系统的设置值进行对比，若高于设定值则关断继电器停止充电以达到安全保护。此外，添加手机与单片机之间的联通互动，获取继电器的实时数据。

1 系统构架

设计完成在液晶显示屏上显示欢迎画面、设置画面、正在工作画面、紧急停止画面、电压异常画面、充电完成画面。通过输入设置的时间，若分钟选项的数字大于60则无法输入，秒钟选项同理，S1按键可修改设置时间，S2按键则为清楚设置，输入完成后按下S3按键开始计时，P2^7口输出低电平[3]，继电器打开。利用单片机内部定时器定时，每1ms产生一个信号，通过信号累加完成计时。计时完成，P2^7口输出高电平，继电器关闭，发送控制信号，实现远程控制。

2 硬件设计

2.1 LCD1602显示模块

LCD1602液晶显示器为数字式[4]，和单片机的I/O口相连更加简单易于操作、稳定性较好，且该显示器体积小、重量轻，因此选用此款显示器作为设计的输出显示。如图2所示为LCD1602的设计接线图，1、2引脚连接电源，3引脚连接一个可变电阻R5后接地，用来改变显示器的对比度。4引脚连接单片机P2^0，5引脚接地，显示器只进行写操作，6引脚连接单片机P2^1，7～14引脚连接单片机的P0口（P0口已接10KΩ上拉电阻）作为数据传输口，背光源正极15引脚连接VCC，背光源负极16引脚连接地线。

图1 基于STC89C52RC系统总体框架

图2 LCD1602接线图

2.2 矩阵键盘模块

本设计采用行列式矩阵键盘[5]来满足输入需求，即行列式矩阵键盘的每一行每一列连接一个单独的I/O端口，而不再是每一个微动开关连接一个I/O口，这样做可以减少I/O口的使用。此次设计需要0～9十个数字按键以及其余四个控制按键，电路设计图如图3所示。

图3 矩阵键盘模块原理图

2.3 蓝牙模块

蓝牙是一种无线传输数据的技术[6]，它可以实现低成本的近距离无线连接，其引脚图如图4。该蓝牙模块支持用户通过AT命令自主修改其部分参数，具体方法为使用USB转TTL连接电脑与蓝牙模块，在PC端打开串口助手，在窗口中发送相关AT指令进行修改。

图4 蓝牙模块引脚图

2.4 电压检测模块

这个模块是根据电阻分压的原理[7]所设计的，端子接口输入的电压的检测范围为模拟输入电压的最大值的5倍，如果输入电压为3.3V,那么检测电压的范围为0～16.5 V（3.3*5=16.5），本次设计接入的电压为5V，因此可以检测的电压范围则为0.03～25V。使用时，“+”接入单片机电源正极（5V）,“-”接入单片机电源负极，“S”与ADC0832的CH0引脚相连，输入模拟信号，“VCC”接入待检测电压的正极，“GND”接入待检测电压的负极。

图5 电压传感器

3 软件设计

3.1 液晶显示屏的软件设计

液晶显示屏为本设计的显示输出设备，需要在上面输出多个变量，包括设定的时、分、秒，以及各个不同模式的显示画面、警告画面等。对LCD1602进行写入相应数据，在屏幕初始化后按照不同的需求显示不同的内容，显示程序流程图如图6。

图6 LCD1602显示流程图

3.2 矩阵按键信号采集

由单片机的P1口来控制矩阵按键，若某一按键被按下，其相应行、列的I/O口被置零，单片机可以根据I/O口高低电平信号进行判断具体为哪一个按键被按下。当按键被按下时，程序将会延时0.01s再次判断该按键是否被按下，以达到消抖[8]的目的，判断按键是否被真的按下。

3.3 定时器

定时器0和定时器1为单片机STC89C52RC的内置定时器，其具备定时方式和计数方式两种工作方式。寄存器TMOD是其内部的特殊功能寄存器，选择工作方式为计数器还是定时器就是由TMOD中的控制位来决定。但是，内部核心都是一个累加的计数器，对脉冲进行计数[9]。若脉冲来自于系统时钟，则为定时方式，若来自于外部的引脚，则为计数方式。随着脉冲的数量不断地进行+1、+1、+1的累计[10]，直到计数器已经加到全是1时，再输入一个信号就会使计数器重新变为0，计数器的溢出也会使相应的中断标志位变为1[11]，此时，定时/计数器向CPU发出请求中断，假如这个时候定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。

图7 按键流程图

4 系统的实现

按照设计要求，将原理图绘制完成并且检查无误后，将编程好的.hex文件添加进PROTUES软件中进行仿真调试，实物图如图8所示。

图8 实物成品图

5 结语

本次设计实现计时断电和手动远程断电两个功能，从而进行精准计时，当计时达到设定值时，单片机执行停止程序，I/O口向继电器发送指令，继电器停止工作。并且添加了紧急停止按键，用来紧急断电，当出现了一些紧急状况或突发情形时，可以方便周围的人群紧急断开充电电源，以保护用电器、设备以及设备周围人、物的安全。电压检测模块也是为了用电安全而设置的，设备上电后，数码管会显示系统对电源电压的检测数据，当电压高于或者低于设定值时，继电器会断开供电，更加保证了本设备供电的安全性。