吸油煙機控制器設計與抗干擾技術

胡錦銓 梁乒

（中科院廣州電子技術有限公司）

1 引言

隨著微電子技術的不斷發(fā)展，單片機應用成本日漸降低，并出現(xiàn)了針對具體應用的集成功能的專用單片機，它將人體感應觸摸的輸入、定時等功能集成到單片機里。應用單片機技術，實現(xiàn)家電控制智能化成為可能。但是，家用電器使用環(huán)境多樣，工作溫度變化大，干擾復雜，提高單片機的工作穩(wěn)定性、抗干擾能力，從而提高家用電器工作穩(wěn)定性，降低其故障率，成為技術應用的關鍵因素。本文基于盛群單片機HT45R35的應用開發(fā)，設計一款吸油煙機控制器。控制器具備觸摸按鍵輸入、LED顯示、驅動電機、燈光工作、電機快/慢檔切換等功能。通過優(yōu)化設計，降低單片機應用成本，提高其工作穩(wěn)定性。

2 控制器工作原理

2.1 實現(xiàn)方案

控制器由電源電路、觸摸按鍵輸入、HT45R35單片機、繼電器輸出等部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。單片機通過RC振蕩器感知觸摸按鍵的輸入，LED顯示處理結果，通過繼電器控制電機、照明燈的工作，實現(xiàn)吸油煙機的工作控制。具體功能有：電機的啟?？刂?、快/慢檔切換、關機以及照明燈的控制。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.2 觸摸按鍵輸入

單片機是利用人體電容效應改變 R/C-F 電路中電容的容量，進而改變其振蕩頻率，通過檢測頻率的改變大小即可檢測出按鍵是否被按下。單片機按鍵輸入原理圖如圖2 所示，RC1～RC12表示可提供12根RC線用來輸入外部RC振蕩；R1、R2、C引腳分別連接固定的電阻電容。RC振蕩電路產生振蕩波形，其周期值為參考周期值，當有電阻或電容連到RC引腳，就會改變RC振蕩電路的振蕩周期。當人接觸RC1～RC12時，相當于在電路中并入一個電容，振蕩周期會延長，程序只需要檢測實時周期與參考周期的差值大小，即可判斷相應的按鍵是否被按下。

圖2 按鍵原理圖

3 抗干擾設計

控制器安裝在吸油煙機上，工作條件較差，工作環(huán)境溫度變化大，干擾源多：有內部的電機干擾；燈光工作高頻干擾及電網等外部干擾。提高控制器抗干擾能力，增強其工作穩(wěn)定性，降低故障率，成為設計的關鍵。從調研材料得知：吸油煙機易出現(xiàn)自動開機、誤動作、死機等故障。理論分析得知：因單片機閥值電壓較低，故群脈沖等電磁干擾容易造成單片機工作不穩(wěn)定；另一方面，單片機采用RC振蕩電路檢測按鍵輸入，RC振蕩電路振蕩頻率受工作溫度變化、電源電壓漂移影響較大，容易誤判，造成機器故障。經過分析和測試，HT45R35單片機電源電壓不穩(wěn)也容易造成工作不穩(wěn)定，甚至死機。根據(jù)以上分析，從硬件和軟件兩方面進行抗干擾設計，提高控制器工作穩(wěn)定性。硬件方面：采用電源濾波器濾除電網干擾；采用7805、電阻、電容等穩(wěn)定單片機的工作電源電壓，詳見下文硬件設計；采用屏蔽措施，把控制器裝在鐵殼里，較好的屏蔽了各種電磁干擾。軟件設計方面，動態(tài)監(jiān)控RC振蕩頻率的變化等，詳見下文軟件設計。

4 硬件設計

圖3 為控制器主體電路圖，上部分是電源電路；中間是繼電器、蜂鳴器輸出電路；下部分是單片機電路。

圖3 控制器主體電路圖

在電源電路中，市電經濾波器濾波、變壓器變壓為9V整流輸出，輸出電壓分別為12V、5V。12V供繼電器、蜂鳴器使用，5V電壓再經電阻 R1、電容C9進一步濾波穩(wěn)壓后供電給單片機。3路繼電器輸出，其中2路控制電機快、慢檔；1路是照明燈輸出。3路觸摸按鍵輸入，分別是 ON/OFF控制、電機快/慢檔切換、照明燈控制。4路LED指示燈指示控制器工作狀態(tài)；按鍵輸入有效；蜂鳴器鳴響告知。按鍵信號直接輸入至單片機，簡化按鍵輸入電路。繼電器、蜂鳴器、LED受單片機控制。硬件電路設計的關鍵是濾除干擾，如電源濾波器的采用；信號的走向；應注意的是電機、照明燈的用電接入需在電源濾波器的前面，以防止電機等設備的運行對控制器產生干擾。在單片機的電源輸入端引入電阻、電容，一方面進一步濾除電源干擾，穩(wěn)定電源電壓；另一方面通過電容的充電作用，增加剛通電時電源電路的電流，增加的電流在電阻回路中產生壓降，降低MCU初始化時的電源電壓。MCU初始化完成后，電容充電完畢，附加電壓降消失，MCU工作電源電壓比初始化時大，提高了MCU工作電源電壓閾度，從而提高控制器工作穩(wěn)定性，達到抗干擾目的。

5 軟件設計

圖4是按鍵檢測主體流程圖，獲得鍵值后，就可以執(zhí)行相應的操作，驅動相應部件工作。程序設計的關鍵是穩(wěn)定性問題，如加上必要的時間判定，防止程序死鎖；當無鍵按下時，更新基準值，避免因頻率漂移造成誤判；多鍵按下不響應；鍵按下、彈起前后值判定；三次掃描判定等。程序主要設計思路是：充分利用單片機的兩個定時器，TIME B計數(shù)RC振蕩器振蕩周期數(shù)；在規(guī)定的周期數(shù)里，TIME A的時間值就是相應的鍵值或基準值。

圖4 軟件流程圖

6 結束語

采用HT45R35設計的控制器，電路簡單，元器件少，降低了產品成本。因其按鍵為電容感應式，絕緣可靠，產品外觀設計更為方便、美觀。通過穩(wěn)定性和抗干擾設計，提高了控制器的工作穩(wěn)定性，降低了產品的故障率。

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