基于单片机的干衣袋硬件电路设计

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  摘 要:本文提出了一种由AM2321数字温湿度传感器和单片机STC12C5604等组成的带漏电保护的多功能干衣袋控制电路,可调节功率,自动控制烘干衣物。
  关键词:AM2321;STC12C5604;LM2596;干衣袋
  引言
  在长时间外出旅游或遇到连续阴雨天气时,怎样使洗过的衣物干燥是一件头痛的事情。特别是参加旅行社的旅游,往往晚上到住的地方,早上就出发,没有办法晒衣物,采用电加热烘干衣物是一个可行的办法,常用的是用吹风机,但很费精力。
  居家烘干衣物可以使用尺寸较大的干衣柜,采用带风扇的电加热方式,效果好,也省力。但这类干衣装置不适合随身携带。本文采用的是可任意折叠的体积和一件西装差不多的干衣袋,采用远红外电加热和空气的自然对流等方式烘干衣物,可以调节功率,可以根据设定的温湿度值自动判断衣物是否干燥。
  采用含有己校准数字信号输出的温湿度复合型传感器AM2321作为测量元件,具有完全互换、成本低、长期稳定、相对湿度和温度测量、超长的信号传输距离、数字信号输出、精确校准、功耗极低、标准单总线数字接口、标准I2C总线数字接口、通信方式可自由选择等特点。
  1、测量电路和原理
  1.1测量原理
  图1.1 电路原理框图
  测量原理如图1.1所示:按键输入设定参数,单片机根据设定的功率值控制绝缘的柔性电热丝加热,显示电路显示功率和温湿度值。AM2321将测得的温湿度值以单总线的形式将温湿度值传输给单片机,单片机将测得的值显示出来,同时与设定的参数比较,控制是否按设定的功率加热。
  由于处在高湿环境,为了保险起见,增加了漏电保护电路,以保证使用者的人生安全。
  电源采用开关电源,提高效率,降低功耗。
  1.2STC12C5604单片机
  由于本电路的控制相对简单,为了节省成本,本着够用、充分利用的原则,单片机选择容量比较小的、不带A/D转换的20脚封装STC12C5604。它是南通国芯微电子有限公司推出的STC12C5620AD系列中4k字节用户应用程序空间的高速、低功耗、超强抗干扰、指令完全兼容传统51系列的单片机,具有单时钟/机器周期,内部集成有专用复位电路、EEPROM、看门狗等,可ISP/IAP(见图1.2)。
  1.3AM2321
  AM2321的接线示意图如图1.3所示,AM2321是湿敏电容数字温湿度传感器。是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合型传感器。采用专用的温湿度采集技术,具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度集成测温元件,并与一个高性能微处理器相连接。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。通信方式采用单总线、标准I2C两种通信方式。两种通信方式都采用直接输出经温度补偿后的湿度、温度及校验CRC等数字信息。
  温度分辨力为0.1℃,精度为0.5℃,测量范围为-40-80℃。湿度分辨力为0.1%RH,误差为3%RH。具有完全互换性。
  1.4漏电保护电路
  图1.4 漏电保护电路
  如图1.4所示,正常时,两根电源线上的电流总是大小相等,方向相反,磁环上没有磁通,次级线圈也没有感应电压输出。当有人触电时,两根电源线上的电流就不相等,其电流的差值即为触电(漏电)电流,当电流达到一定值时(一般30mA),就要快速切断电源。
  正常时,次级线圈没有感应电压,SCR1没有被触发而不导通,VCC经R3、D2给Q1足够大的基极电流,三极管饱和导通,继电器吸合,加热电源接通。
  当漏电流达到保护值时,次级的感应电压正半周的峰值电压通过R2触发单向晶闸管使其导通并保持,其导通压降小于1V,经D2的分压,加在Q1发射结上的电压小于导通电压,三极管截止,继电器不吸合,切断加热电源。
  正常情况下,按下SW1,流过相线的电流小于零线的电流,相当于人体触电或漏电,工作状态如上所述。R1的取值为
  实际可取7k5。
  1.5加热控制电路
  由于加热功率有300W左右,为了保证发热均匀,采用PWM方式控制,加热器的加热周期为1S,继电器频繁动作寿命较短,尤其是在电压峰值附近接通时对触点很不利,也没用办法控制在电压过零时导通来减轻干扰,故采用双向晶闸管。为了与弱电隔离和减轻干扰,采用过零触发的光耦驱动,电路如图1.5所示。图中R1为限流电阻,LED1为加热指示用,MOC3081采用推荐电路,双向晶闸管采用4A的Z0405MF,R4和C1组成RC吸收电路,R5为电热丝。为了降低单片机的功耗,采用灌电流驱动。
  1.6显示驱动电路
  参数和状态显示电路如图1.6所示。为了减少占用单片机的口线数量,采用动态驱动显示和串转并译码显示。U1为3-8译码器,7位数码管和4个发光管分成7组,温度和湿度参数要求比较低,采用两位数码管显示,功率用三位数码管,由于采用贴片元器件,每个元器件的功率比较小,同时考虑显示效果,7个数码管采用两片74LS164驱动。
  1.7键盘电路
  由于单片机的口线够用,按键电路就采用常见的一根口线一个按键,电路比较简单。R1-R4为上拉电阻。
  1.8电源电路电路
  由于整个电路的功率比较小,变压器的功率可以选用1VA,10V的输出经整流滤波后供给继电器及稳压集成块LM2596。LM2596-5.0是一款输出5V的开关电源IC,在输入电压范围内,其效率在80%以上,稳压效果与7805相当,可以完全替代7805,小电流时不需散热片。
  2、软件设计
  软件部分主要包括键盘输入子程序,看门狗子程序,功率控制,温湿度输入程序、显示程序等。其中的温湿度输入程序流程如下:
  3、结语
  本控制电路采用一体式传感器和开关电源,元器件采用贴片元件,电路板尺寸小,能防止触电,使用安全可靠。
  参考文献:
  [1]倪志莲.单片机应用技术[M].北京:北京理工大学出版社,2007.
  [2]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.
  [3]梁正习.漏电保护器实用技术[M].北京:化学工业出版社,1995.
  [4]STC12C5620AD系列单片机器件手册.www.STCMCU.com.
  [5]AM2321最小温湿度模块.www.GZLEXIANG.com.
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