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摘要：该系统是以STC15F104W单片机为核心，设计带有红外接收模块，继电器和电压调压模块。信息采集部分采用高精度红外接收头VS1838B，红外信息处理部分采用了STC15F104W芯片。该充电器结构简单，使用期限长，可应用范围广，适用于各种商业地带、家庭等场合，可成为人们日常生活工作中的助力。并且此充电器的设计了带有输出电压调节功能，更是向多数应用人群提供了一个很好选择。本次设计采用新型红外接收装置、电压调节模块、STC15F104W单片机设计实现，具有应用效率高、低成本，易携带等特点。
关键词：单片机；继电器；红外接收；电压调节
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）22-0301-03
1概述
随着社会进步，人们对生活中的物质品质要求不断提高，从而使得了高新技术的不断发展，促进的越来越多的源于生活用于生活的新技术新理念的产生，越来越多的贴近人们生活的新产品伴随着高新技术的发展脱颖而出，这一现象在电子产品领域内极具代表性，其中智能技术便是其中重要的一项并且极具深远意义。近年来电子产品及各种对电子元器件的开发研究均呈现出蓬勃发展的态势，因而家用电器也越来越朝着智能化和人性化的发展趋势。对比普通家用电器与采用单片机控制的智能家用电器，运用单片机的智能家居适用性大大提高，其拥有更为强大的功能，使用更加方便便捷，同时安全保护性和稳定性有了极大的提高，最重要的是对能源的消耗不似普通家用电器的固定量的消耗，节能程度的有很大的提高，使家用电器的性能更加完善，更是让我们的生活质量有着明显的提升。
2系统方案设计
2.1控制系统设计
基于单片机控制设计的充电器主要的功能如图所示，充电时时，使用调整输出电压，确保充电电压与该电子产品所需充电电压一致；确认电压之后，使用红外遥控进行控制，使继电器工作，进行打开或关闭通讯口从而控制电压的输出。
根据系统设计的要求，本系统所具有的功能如图1所示：
2.2控制系统原理图
高精度红外接收头VS1838B探测得到信号，传送给单片机芯片STC15F104W，由单片机芯片分析得出继电器是否闭合，当解析得出需要闭合的时候，COM口输出相应的电压；若无闭合命令，则无电压输出。
根据系统设计的要求，本系统所具有的功能如图2所示：
3硬件电路设计
3.1主控单元
本设计所采用的主芯片为STC15F104W。STC15F104W单片机是STC生产的单片机，其无串口，可以方便快捷的使用外部中断，内部有集成的R/C时钟，可以节约省去使用晶振的空间和价格，也可以使用I/O口充放电RC测量电压实现AD功能。因此选STC15F104W这款功能齐全，方便有效的且小巧实惠的单片机。
3.2接收单元
本设计的接收单元为VS1838B红外接收头，将其的输出端连接单片机STC15F104W的P3.5端口。因其具有小型化，内部集成专用高增益前置放大IC及高速高灵敏度PIN光电二极管，长距离和宽角度接收，抗干扰能力强，低功耗等特点选用为本设计的信号接收模块。故因VS1838B具有这些高效优点，可保证在一定远距离的范围内接收到红外信号（经试验可达10米）。就是将所需要发送的信号转译为编码通过红外光波被VS1838B接收，通过对载波波形的读取接收到发送的内容，这样做既实现了提高接收效率的目的又达到了降低电能功耗的目标。
3.3降压单元
本设计所采用的降壓模块为DC-DC可调降电压模块，其降压原理主要是通过降压芯片，输出一个标准方波信号，控制电压开关的通断，实现对输入电压对输出的时间长短的控制，即通过方波信号的占空比大小来决定输出电压的大小，与之成单调递增或递减关系。而在输出端，采用电感和二极管，目的是保证储能功能和续流功能。当开关在关断的时刻，为避免电路中出现断路情况，加上电感。利用电感的特性，当闭合电路电源端突然断开的时候，电感内会释放其因电磁感应所存储的电能，电流通过二极管，对输出端提供电压，保证电能的连续输出。当开关打开时，可在维持输出同时通过电感感应对电感进行储能。
3.4继电器驱动单元
本设计所采用的继电器为单路输出的电磁继电器模块。由继电器核心模块铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。其工作原理为在继电器模块的输入端IN 即IN-分别加上 5V的电压和GND，在控制端进行分配高低电平。当主控芯片单片机接收并且处理出所接收的信号，对I/O口进行高低电平赋值，从而产生控制信号，当控制信号与设定好的工作电压相同时，模块中会将线圈与电源的连接开关打开，线圈会与整个电路构成回路，因电磁效应产生电磁力，把衔铁吸向铁芯，从而实现常开端（即NO端）开启。当控制信号消失或与设定电压不匹配时，继电器的线圈即断电，使得电磁感应所产生的力也随之消失，衔铁就会弹回原来的位置，衔铁与铁芯断开，使常闭端（即NC端）开启。这样通过对继电器中的衔铁移动操作，实现了我们所需要的控制元器件 “单刀双掷”开关，即目的在于用开关对电路进行通断控制。继电器中的“常开端”为因衔铁位于线圈切合，即与COM端而处于接连状态，有电压输出，此时“常闭端”无电压输出；“常闭端”指线圈通电产生吸力使衔铁与线圈切合，“常闭端”与COM端相连，有电压输出，“常开端”恰好相反。
3.5上拉电阻
本系统设计在主控元件单片机接收红外信号时，添加一个上拉电阻，用来增强系统对红外接收到的信号的强度，同时起到对该I/O口的保护及抗干扰。鉴于存在某些特殊情况，单片机对于已接收到的强度较弱的信号分辨力较低，我们需要接入一个上拉电阻用来增大电流用以加强输入信号的强度。另外，单片机引脚因长时间处于未工作状态下，位于引脚线路上的电阻上不能消耗过多的电能，注意到这一点对于电源设备的安全使用来说极为重要。再从单片机引脚抗干扰的角度来分析，用于信号的输入引脚端口也应接上拉电阻，而这在其待机的状态下输入常为高阻态。接入上拉电阻，可避免信号输入导线被干扰，一旦信号输入引脚受到了干扰，引脚输入信号就非常容易因电磁感应发生变化带来的逆差或顺差信号而被干扰。当信号输入引脚接入上拉电阻后，非常关键的一点便是可以给该I/O口提供一个“泄流通道”，防止因高电平而被干扰。即当干扰信号过强，其强度甚至超过了VCC的标值，那么出现在信号输入通道上的干扰会通过由上拉电阻提供的“泄流通道”因电势差被导入到VCC中去。因此，即便出现过强的干扰信号，也不会对系统运行及系统本身造成损害，对系统的安全稳定性能提供了强有力的保障。
4系统软件设计
图3为本次设计基于单片机控制的红外充电器的系统程序总体框图。由于在本系统中，需要单片机进行控制的器件较少，因而整体的运行系统较为简单。程序在编写思路为在程序启动时，首先对所有未提前申明的数据初始化，然后开启中断，依据单片机所接收到的信号对继电器进行控制电压的输出，之后关闭中断，根据设置好的中断入口返回。每当接收到新的红外信号时，对继电器输出相应的控制信号。所以该系统的程序要不断地进行循环，以达到实现实时控制的目的。
5总结
本系统的主要设计思想来源于电动车充电器，是一般家庭的生活和工作中的必需品。通过本次的系统设计的启发，我们要勇于发现日常的生活学习中的许多不同领域的东西，通过适当的改造进行合并使用，而这就需要我们对更多的知识有更加深入的了解，同时我们对相同的事物要敢于想象敢于发挥不同的观点见解。当有了想法，便要通过自己的努力去实现完成，不能一味地空想，这样不仅能增加自己的所学所感，也能让自己对书本所学知识与实际更容易的结合，动手能力也因得到锻炼从而大大的提升。
参考文献：
[1] 李朝青. 单片机原理及接口技术[M]. 北京航空航天大学出版社，2017.
[2] 王仲夏，马甲甲，马万国.基于DS1302实时时钟显示系统的设计[J]. 电脑知识与技术，2017（12）.
[3] 谭浩强.C程序设计[M]. 清华大学出版社，2010.
[4] 王仲夏，马万国，张涛. 基于单片机高精度电子天平设计[J]. 电子测试，2017（6）.
[5] 何希才，薛永毅.传感器及其应用实例[M]. 机械工业出版社，2004.
【通联编辑：王力】
关键词：单片机；继电器；红外接收；电压调节
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）22-0301-03
1概述
随着社会进步，人们对生活中的物质品质要求不断提高，从而使得了高新技术的不断发展，促进的越来越多的源于生活用于生活的新技术新理念的产生，越来越多的贴近人们生活的新产品伴随着高新技术的发展脱颖而出，这一现象在电子产品领域内极具代表性，其中智能技术便是其中重要的一项并且极具深远意义。近年来电子产品及各种对电子元器件的开发研究均呈现出蓬勃发展的态势，因而家用电器也越来越朝着智能化和人性化的发展趋势。对比普通家用电器与采用单片机控制的智能家用电器，运用单片机的智能家居适用性大大提高，其拥有更为强大的功能，使用更加方便便捷，同时安全保护性和稳定性有了极大的提高，最重要的是对能源的消耗不似普通家用电器的固定量的消耗，节能程度的有很大的提高，使家用电器的性能更加完善，更是让我们的生活质量有着明显的提升。
2系统方案设计
2.1控制系统设计
基于单片机控制设计的充电器主要的功能如图所示，充电时时，使用调整输出电压，确保充电电压与该电子产品所需充电电压一致；确认电压之后，使用红外遥控进行控制，使继电器工作，进行打开或关闭通讯口从而控制电压的输出。
根据系统设计的要求，本系统所具有的功能如图1所示：
2.2控制系统原理图
高精度红外接收头VS1838B探测得到信号，传送给单片机芯片STC15F104W，由单片机芯片分析得出继电器是否闭合，当解析得出需要闭合的时候，COM口输出相应的电压；若无闭合命令，则无电压输出。
根据系统设计的要求，本系统所具有的功能如图2所示：
3硬件电路设计
3.1主控单元
本设计所采用的主芯片为STC15F104W。STC15F104W单片机是STC生产的单片机，其无串口，可以方便快捷的使用外部中断，内部有集成的R/C时钟，可以节约省去使用晶振的空间和价格，也可以使用I/O口充放电RC测量电压实现AD功能。因此选STC15F104W这款功能齐全，方便有效的且小巧实惠的单片机。
3.2接收单元
本设计的接收单元为VS1838B红外接收头，将其的输出端连接单片机STC15F104W的P3.5端口。因其具有小型化，内部集成专用高增益前置放大IC及高速高灵敏度PIN光电二极管，长距离和宽角度接收，抗干扰能力强，低功耗等特点选用为本设计的信号接收模块。故因VS1838B具有这些高效优点，可保证在一定远距离的范围内接收到红外信号（经试验可达10米）。就是将所需要发送的信号转译为编码通过红外光波被VS1838B接收，通过对载波波形的读取接收到发送的内容，这样做既实现了提高接收效率的目的又达到了降低电能功耗的目标。
3.3降压单元
本设计所采用的降壓模块为DC-DC可调降电压模块，其降压原理主要是通过降压芯片，输出一个标准方波信号，控制电压开关的通断，实现对输入电压对输出的时间长短的控制，即通过方波信号的占空比大小来决定输出电压的大小，与之成单调递增或递减关系。而在输出端，采用电感和二极管，目的是保证储能功能和续流功能。当开关在关断的时刻，为避免电路中出现断路情况，加上电感。利用电感的特性，当闭合电路电源端突然断开的时候，电感内会释放其因电磁感应所存储的电能，电流通过二极管，对输出端提供电压，保证电能的连续输出。当开关打开时，可在维持输出同时通过电感感应对电感进行储能。
3.4继电器驱动单元
本设计所采用的继电器为单路输出的电磁继电器模块。由继电器核心模块铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。其工作原理为在继电器模块的输入端IN 即IN-分别加上 5V的电压和GND，在控制端进行分配高低电平。当主控芯片单片机接收并且处理出所接收的信号，对I/O口进行高低电平赋值，从而产生控制信号，当控制信号与设定好的工作电压相同时，模块中会将线圈与电源的连接开关打开，线圈会与整个电路构成回路，因电磁效应产生电磁力，把衔铁吸向铁芯，从而实现常开端（即NO端）开启。当控制信号消失或与设定电压不匹配时，继电器的线圈即断电，使得电磁感应所产生的力也随之消失，衔铁就会弹回原来的位置，衔铁与铁芯断开，使常闭端（即NC端）开启。这样通过对继电器中的衔铁移动操作，实现了我们所需要的控制元器件 “单刀双掷”开关，即目的在于用开关对电路进行通断控制。继电器中的“常开端”为因衔铁位于线圈切合，即与COM端而处于接连状态，有电压输出，此时“常闭端”无电压输出；“常闭端”指线圈通电产生吸力使衔铁与线圈切合，“常闭端”与COM端相连，有电压输出，“常开端”恰好相反。
3.5上拉电阻
本系统设计在主控元件单片机接收红外信号时，添加一个上拉电阻，用来增强系统对红外接收到的信号的强度，同时起到对该I/O口的保护及抗干扰。鉴于存在某些特殊情况，单片机对于已接收到的强度较弱的信号分辨力较低，我们需要接入一个上拉电阻用来增大电流用以加强输入信号的强度。另外，单片机引脚因长时间处于未工作状态下，位于引脚线路上的电阻上不能消耗过多的电能，注意到这一点对于电源设备的安全使用来说极为重要。再从单片机引脚抗干扰的角度来分析，用于信号的输入引脚端口也应接上拉电阻，而这在其待机的状态下输入常为高阻态。接入上拉电阻，可避免信号输入导线被干扰，一旦信号输入引脚受到了干扰，引脚输入信号就非常容易因电磁感应发生变化带来的逆差或顺差信号而被干扰。当信号输入引脚接入上拉电阻后，非常关键的一点便是可以给该I/O口提供一个“泄流通道”，防止因高电平而被干扰。即当干扰信号过强，其强度甚至超过了VCC的标值，那么出现在信号输入通道上的干扰会通过由上拉电阻提供的“泄流通道”因电势差被导入到VCC中去。因此，即便出现过强的干扰信号，也不会对系统运行及系统本身造成损害，对系统的安全稳定性能提供了强有力的保障。
4系统软件设计
图3为本次设计基于单片机控制的红外充电器的系统程序总体框图。由于在本系统中，需要单片机进行控制的器件较少，因而整体的运行系统较为简单。程序在编写思路为在程序启动时，首先对所有未提前申明的数据初始化，然后开启中断，依据单片机所接收到的信号对继电器进行控制电压的输出，之后关闭中断，根据设置好的中断入口返回。每当接收到新的红外信号时，对继电器输出相应的控制信号。所以该系统的程序要不断地进行循环，以达到实现实时控制的目的。
5总结
本系统的主要设计思想来源于电动车充电器，是一般家庭的生活和工作中的必需品。通过本次的系统设计的启发，我们要勇于发现日常的生活学习中的许多不同领域的东西，通过适当的改造进行合并使用，而这就需要我们对更多的知识有更加深入的了解，同时我们对相同的事物要敢于想象敢于发挥不同的观点见解。当有了想法，便要通过自己的努力去实现完成，不能一味地空想，这样不仅能增加自己的所学所感，也能让自己对书本所学知识与实际更容易的结合，动手能力也因得到锻炼从而大大的提升。
参考文献：
[1] 李朝青. 单片机原理及接口技术[M]. 北京航空航天大学出版社，2017.
[2] 王仲夏，马甲甲，马万国.基于DS1302实时时钟显示系统的设计[J]. 电脑知识与技术，2017（12）.
[3] 谭浩强.C程序设计[M]. 清华大学出版社，2010.
[4] 王仲夏，马万国，张涛. 基于单片机高精度电子天平设计[J]. 电子测试，2017（6）.
[5] 何希才，薛永毅.传感器及其应用实例[M]. 机械工业出版社，2004.
【通联编辑：王力】