基于STC89C52RC的立柱式新能源汽車樁優(yōu)化設計研究

彭泉，秦旺，楊尚春，翟娟，章伯兆

（揚州大學廣陵學院，江蘇 揚州 225127）

0 引言

目前市面上對電動汽車進行充電的方式大多采用變壓器加輸電線的組合，用戶一端連接家用電源或者專用電源，通過變壓器[1]將電壓降低至合適的電壓值再對電動汽車進行充電，這樣的充電方式既沒有電流電壓的檢測與保護，也沒有對充電的時間進行限制，很容易出現(xiàn)電壓異?；蛘哌^充[2]的情況，對生命財產(chǎn)安全造成嚴重的威脅。為了解決電壓異常造成的危險情況，設計通過使用電壓檢測模塊和ADC0832模/數(shù)轉換芯片的組合，對充電電源的電壓值進行監(jiān)測并輸出模擬量至ADC0832芯片，模/數(shù)轉換后，將得到的數(shù)字量與系統(tǒng)的設置值進行對比，若高于設定值則關斷繼電器停止充電以達到安全保護。此外，添加手機與單片機之間的聯(lián)通互動，獲取繼電器的實時數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)構架

設計完成在液晶顯示屏上顯示歡迎畫面、設置畫面、正在工作畫面、緊急停止畫面、電壓異常畫面、充電完成畫面。通過輸入設置的時間，若分鐘選項的數(shù)字大于60則無法輸入，秒鐘選項同理，S1按鍵可修改設置時間，S2按鍵則為清楚設置，輸入完成后按下S3按鍵開始計時，P2^7口輸出低電平[3]，繼電器打開。利用單片機內部定時器定時，每1ms產(chǎn)生一個信號，通過信號累加完成計時。計時完成，P2^7口輸出高電平，繼電器關閉，發(fā)送控制信號，實現(xiàn)遠程控制。

2 硬件設計

2.1 LCD1602顯示模塊

LCD1602液晶顯示器為數(shù)字式[4]，和單片機的I/O口相連更加簡單易于操作、穩(wěn)定性較好，且該顯示器體積小、重量輕，因此選用此款顯示器作為設計的輸出顯示。如圖2所示為LCD1602的設計接線圖，1、2引腳連接電源，3引腳連接一個可變電阻R5后接地，用來改變顯示器的對比度。4引腳連接單片機P2^0，5引腳接地，顯示器只進行寫操作，6引腳連接單片機P2^1，7～14引腳連接單片機的P0口（P0口已接10KΩ上拉電阻）作為數(shù)據(jù)傳輸口，背光源正極15引腳連接VCC，背光源負極16引腳連接地線。

圖1 基于STC89C52RC系統(tǒng)總體框架

圖2 LCD1602接線圖

2.2 矩陣鍵盤模塊

本設計采用行列式矩陣鍵盤[5]來滿足輸入需求，即行列式矩陣鍵盤的每一行每一列連接一個單獨的I/O端口，而不再是每一個微動開關連接一個I/O口，這樣做可以減少I/O口的使用。此次設計需要0～9十個數(shù)字按鍵以及其余四個控制按鍵，電路設計圖如圖3所示。

圖3 矩陣鍵盤模塊原理圖

2.3 藍牙模塊

藍牙是一種無線傳輸數(shù)據(jù)的技術[6]，它可以實現(xiàn)低成本的近距離無線連接，其引腳圖如圖4。該藍牙模塊支持用戶通過AT命令自主修改其部分參數(shù)，具體方法為使用USB轉TTL連接電腦與藍牙模塊，在PC端打開串口助手，在窗口中發(fā)送相關AT指令進行修改。

圖4 藍牙模塊引腳圖

2.4 電壓檢測模塊

這個模塊是根據(jù)電阻分壓的原理[7]所設計的，端子接口輸入的電壓的檢測范圍為模擬輸入電壓的最大值的5倍，如果輸入電壓為3.3V,那么檢測電壓的范圍為0～16.5 V（3.3*5=16.5），本次設計接入的電壓為5V，因此可以檢測的電壓范圍則為0.03～25V。使用時，“+”接入單片機電源正極（5V）,“-”接入單片機電源負極，“S”與ADC0832的CH0引腳相連，輸入模擬信號，“VCC”接入待檢測電壓的正極，“GND”接入待檢測電壓的負極。

圖5 電壓傳感器

3 軟件設計

3.1 液晶顯示屏的軟件設計

液晶顯示屏為本設計的顯示輸出設備，需要在上面輸出多個變量，包括設定的時、分、秒，以及各個不同模式的顯示畫面、警告畫面等。對LCD1602進行寫入相應數(shù)據(jù)，在屏幕初始化后按照不同的需求顯示不同的內容，顯示程序流程圖如圖6。

圖6 LCD1602顯示流程圖

3.2 矩陣按鍵信號采集

由單片機的P1口來控制矩陣按鍵，若某一按鍵被按下，其相應行、列的I/O口被置零，單片機可以根據(jù)I/O口高低電平信號進行判斷具體為哪一個按鍵被按下。當按鍵被按下時，程序將會延時0.01s再次判斷該按鍵是否被按下，以達到消抖[8]的目的，判斷按鍵是否被真的按下。

3.3 定時器

定時器0和定時器1為單片機STC89C52RC的內置定時器，其具備定時方式和計數(shù)方式兩種工作方式。寄存器TMOD是其內部的特殊功能寄存器，選擇工作方式為計數(shù)器還是定時器就是由TMOD中的控制位來決定。但是，內部核心都是一個累加的計數(shù)器，對脈沖進行計數(shù)[9]。若脈沖來自于系統(tǒng)時鐘，則為定時方式，若來自于外部的引腳，則為計數(shù)方式。隨著脈沖的數(shù)量不斷地進行+1、+1、+1的累計[10]，直到計數(shù)器已經(jīng)加到全是1時，再輸入一個信號就會使計數(shù)器重新變?yōu)?，計數(shù)器的溢出也會使相應的中斷標志位變?yōu)?[11]，此時，定時/計數(shù)器向CPU發(fā)出請求中斷，假如這個時候定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。

圖7 按鍵流程圖

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

按照設計要求，將原理圖繪制完成并且檢查無誤后，將編程好的.hex文件添加進PROTUES軟件中進行仿真調試，實物圖如圖8所示。

圖8 實物成品圖

5 結語

本次設計實現(xiàn)計時斷電和手動遠程斷電兩個功能，從而進行精準計時，當計時達到設定值時，單片機執(zhí)行停止程序，I/O口向繼電器發(fā)送指令，繼電器停止工作。并且添加了緊急停止按鍵，用來緊急斷電，當出現(xiàn)了一些緊急狀況或突發(fā)情形時，可以方便周圍的人群緊急斷開充電電源，以保護用電器、設備以及設備周圍人、物的安全。電壓檢測模塊也是為了用電安全而設置的，設備上電后，數(shù)碼管會顯示系統(tǒng)對電源電壓的檢測數(shù)據(jù)，當電壓高于或者低于設定值時，繼電器會斷開供電，更加保證了本設備供電的安全性。