基于單片機的控制開關(guān)智能加裝系統(tǒng)

李振

摘 要：改革開放以來，我國科技水平迅速發(fā)展，智能技術(shù)被廣泛應用在各個領域中。本文以實踐創(chuàng)新項目智能懶人開關(guān)設計為對象，設計一款控制開關(guān)的智能加裝系統(tǒng)。其主要功能是不改變原控制開關(guān)的結(jié)構(gòu)，設計一款智能加裝系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程控制，其特點是穩(wěn)定性好、價格低廉、使用方便靈活。

關(guān)鍵詞：單片機;控制開關(guān);智能加裝系統(tǒng)

引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對電子設備的需求不斷增長，為了適應電子設備的需求，開關(guān)電源的性能越高，設備的可靠性和適應性就必須越高。迄今為止，在開關(guān)電源的發(fā)明中，PID控制的開關(guān)電源占據(jù)了很大的一部分。這是因為由PID控制的開關(guān)電源結(jié)構(gòu)簡單可靠，易于實現(xiàn)，可控性好，算法原理簡單明了，參數(shù)的物理含義清晰準確。

可調(diào)開關(guān)電源通過調(diào)節(jié)電阻以改變穩(wěn)壓器芯片的輸出電壓值，并且具有許多缺陷，例如精度低和使用不便?？删幊涕_關(guān)電源將彌補這些缺點，并將應用于數(shù)字電位器，直到由計算機控制為止。它具有重要的發(fā)展意義，廣闊的發(fā)展前景，適用于現(xiàn)代技術(shù)。

1單片機控制概述

第一種模擬數(shù)字混合的基本形式，單片機在這一方式中起著智能檢測與控制的作用，開關(guān)電源的控制主要還是以電源控制為主，以MCU輸出電壓為參考來調(diào)控電源。該方法僅用單片機代替原始參考，而單片機不作為電源反饋。第二種是基于單片機而實現(xiàn)AD拓展的方式。在這一過程中與設定的電流電壓進行對比調(diào)節(jié)，從而控制在預定的范圍，使得輸出電壓保證在穩(wěn)定的范圍。在此過程中，使用單芯片技術(shù)調(diào)節(jié)輸出電壓，通過PWM的兩種波形控制技術(shù)實現(xiàn)的，這使得實現(xiàn)技術(shù)過于復雜。

本文提出了一種由單片機調(diào)節(jié)的直流電源新模式。PWM波是由單片機產(chǎn)生的。電源的輸出電壓由變流器芯片連續(xù)檢測，在檢測過程中，對比實際電壓與預設電壓情況，對兩者之間的差值進行對比，對PWM波占比進行相對應的調(diào)整，進而達到對電源的程控，在實現(xiàn)對控制器的程控后，實現(xiàn)電壓在穩(wěn)定電源下的輸出，輸出電壓的控制通過對PWM波占比的改變來實現(xiàn)。

2總體方案

該智能燈光開關(guān)系統(tǒng)主要由單片機、LED顯示屏、燈光開關(guān)控制模塊、遙控器、光敏傳感器、熱敏傳感器、聲控傳感器等以及一系列控制電路共同組成。

在該智能燈光開關(guān)系統(tǒng)中，當接通電源后，整個系統(tǒng)自動動作完成初始化（其中包括遙控器操作以及各類傳感器開啟操作），并且與此同時語音模塊也自動完成啟動操作;當啟動進程完成之后，操作者只需在此系統(tǒng)所能感應到的范圍之內(nèi)，說出“開燈”下達命令，或者自身進入按有各類傳感器的房間時，則LED做出相應的開燈反應。反之，下達“關(guān)閉”語音命令后LED燈實現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)（當人第二次經(jīng)過門口時系統(tǒng)便會自動檢測到，并關(guān)燈的指令下達給終端從而執(zhí)行操作）。此外，還可以通過下達“亮一點”或“暗一點”語音命令來實現(xiàn)對控制LED燈的亮暗程度，并且它也可根據(jù)室外光線亮度來實現(xiàn)燈的亮暗程度，達到節(jié)能的效果。

3硬件部分設計

這個系統(tǒng)設計主要是由主控芯片51單片機，單片機晶振電路，復位電路，電源電路，聲光及熱釋電按鍵模擬電路，聲光控開關(guān)控制電路組成。51單片機負責整個系統(tǒng)的執(zhí)行控制過程。

本設計中使用的單片機是AT89C51，通過2個22P電容和1個11.0592MHz的晶振組成的晶振電路，系統(tǒng)的時鐘脈沖就是由晶振電路提供，還有通過1個電阻和1個電解電容和1個按鈕組成單片機的復位電路，這三部分就是單片機最小系統(tǒng)組成。在本設計中用3個按鍵來模擬聲光傳感器和熱釋電傳感器，使用1個按鍵來設定模式切換。

此設計使用一個繼電器來進行對聲光開關(guān)的控制切換，通過單片機P26口接在三極管PNP的基極上，當P26輸出一個低電平的時候，三極管導通，繼電器線圈得電吸合，聲光指示燈亮。當P26輸出一個高電平，三極管截止，繼電器線圈不得電不吸合，聲光指示燈滅。

雙電壓比較器LM3932腳是檢測聲音的電壓，3腳是通過103電位器調(diào)節(jié)的固定值，當有聲音時2腳的電壓會變小，當2腳的電壓小于3腳時，1腳就會輸出一個低電平，1腳連接單片機時，單片機檢測到低電平就會執(zhí)行相應的控制程序。同樣5腳是通過103電位器調(diào)節(jié)的固定值，6腳連接的是光敏電阻，當光線暗的時候，輸出的電壓就會變小，當6腳的電壓小于5腳時，7腳就會輸出一個低電平單片機檢測到低電平就會執(zhí)行相應的控制程序。

繼電器電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。

當有聲音的時候會輸出一個低電平傳給單片機，單片機就會進行相應的操作，當光線被遮住的時候會輸出一個低電平傳給單片機，單片機就會進行相應的操作，當有人靠近的時候會輸出一個低電平傳給單片機，單片機就會進行相應的操作，只有具備這三個條件亮繼電器的指示燈才會點，使其正常工作。

4電源軟件編程

單片機控制的程控過程需要電源軟件來實現(xiàn)監(jiān)控與調(diào)整。程序啟動時，首先初始化外部接口，如LCD，鍵盤等，然后初始化MCU定時器。微控制器的I/O端口的PWM信號以30kHz的頻率傳遞，進而實現(xiàn)對MOS管開關(guān)電路的驅(qū)動。在通過單片機程控軟件的調(diào)控過程中，電源系統(tǒng)程序進行AD采樣，然后將AD采樣的結(jié)果與額定的電壓與電流進行對比，當電源輸出的電壓或電流高過額定的安全值時，內(nèi)置軟件會關(guān)閉PWM信號的輸出，則脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度減小，并且刻度減小到脈沖寬度調(diào)制最小分辨率;如果輸出電壓小于設定電壓，則該值增加脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度并將比例增加到脈沖寬度調(diào)制最小分辨率。AD實時收集開關(guān)電源的輸出電壓，并實時調(diào)整脈寬調(diào)制信號的脈沖寬度，以穩(wěn)定開關(guān)電源的直流電壓。在單片機控制的基礎上設計，穩(wěn)壓電源具有輸出功率的程序控制和中介功能。當移除電源的溢出和過電壓時，按開始按鈕繼續(xù)供電。在單片機基礎上進行的開關(guān)電源程控具有獨特的優(yōu)越性，與傳統(tǒng)的程控方案對比來說具有更好的適用性。

5系統(tǒng)測試

該系統(tǒng)通過與各個房間的燈具相聯(lián)，起到對燈光的開關(guān)控制，達到智能化的目標。通過對系統(tǒng)進行實測，結(jié)果滿足預期目標并且系統(tǒng)運行穩(wěn)定，最終達到智能控制燈光，方便、智能、快捷人們的生活。

結(jié)語

綜上所述，在本文研究中，基于單片機開關(guān)電源，優(yōu)化設計節(jié)能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)涉及到單片機監(jiān)控、節(jié)能控制等模塊。其中，節(jié)能控制模塊包含變壓器、脈沖寬度調(diào)制電路、濾波器。通過濾波器，能夠?qū)⒊跏贾绷麟娭写嬖诘漠惓２ㄐ蜗?，之后借助脈沖寬度調(diào)制電路，可以轉(zhuǎn)化為方形波，同時輸出至變壓。利用低能耗直流電，將方形波傳輸?shù)奖O(jiān)控模塊。通過單片機監(jiān)控模塊，能夠提供低能耗直流電顯示功能，以數(shù)據(jù)信息方式顯示，對單片機開關(guān)電源進行標準化控制。通過軟件裝置，能夠科學控制節(jié)能控制模塊的運行里程，同時對單片機開關(guān)電源、節(jié)能控制代碼進行檢測。在實際運用階段，需要得到更好的應用和進一步的提升。

參考文獻：

[1]楊海川，牛洪杰，楊思程，等.一種基于芯片UC3842的開關(guān)電源設計與實現(xiàn)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（07）：129-130.

[2]魏意.5G基站新型開關(guān)電源設計方案[J].電信快報，2018（09）：24-27.

[3]楊杰，葉檸，高偉，等.150℃半橋式高溫直流開關(guān)電源設計[J].電工電能新技術(shù)，2018，37（10）：71-76.