【带WiFi功能远程除湿器电源板电路设计案例6500字】

带WiFi功能远程除湿器电源板电路设计案例1.1带WiFi功能远程除湿器的需求分析除湿器是可以将室内的湿度降低，通过空气的流动带走一定空间的热量，达到降低温室的功能如图2-1所示，除湿器内装有风扇，冷凝器，空气过滤器，显示电路，触摸电路。通过控制电路实现对除湿器的控制，显示屏显示温湿度与空气质量信息，降低空气中的温湿度。图2-1-1除湿器内部结构除湿器内部电路分析：除湿器内置风扇系统，为了达到除湿功能，能开启风扇牵引气流，达到让气流在腔内流通的目的，增大冷凝器接触的气流量，提高除湿效率；除湿器内置冷凝器系统，通过气体遇冷液化的物理原理，将空气内水汽液化除湿，液化后形成水珠流向除湿器的水箱，为了使用安全，水箱灌满会暂停工作，直至水箱清空并重新内置。除湿器内置触控系统，分别有触控显示屏，，除湿器开关，传感器和蜂鸣器，搭载一块万用板上与其他模块协同工作，便于操作维护。为了实现除湿器控制执行电路，使风扇、冷凝器远程正常工作，需要外接控制电路的线圈继电器和温湿采集电路。为了实现除湿器的远程执行功能，需要设计WiFi模块，和变压器给WiFi电路供电，WiFi模块连接手机终端进行信息传输。为了实现远程除湿器的人机交互功能，由于重新设计了从外部搭载了控制电路，内部的原电路便不可用，需要重新设计单片机、传感器模块、显示模块、按键控制模块，以便用户能获取显示内容得到除湿器数据信息，通过WiFi模块显示于手机APP上，通过控制除湿器对环境温湿度进行调节。通过对除湿器工作原理，原内部电路和新型远程除湿器功能的分析，确定了需要搭载的各功能模组，同时因为外接万用板使用电源为PC端USB恒定5V接口，电流小于500mA，与除湿器分开供电，因此不需要增加EMC抗干扰电路来对电路保护。通过对远程除湿器的需求分析、电路分析，设置的控制电路总框图2-1-2如下所示：图2-1-2控制电路总框图1.2开关电源模块设计通过对除湿器内部电路的分析，可以分析出整个控制装置需要上位机和下位机，下位机为外接万用板，上位机为手机控制端。下位机需要对单片机，显示模块，降压器，WiFi模块，传感器模块，计时模块进行供电。此次设计单片机选择STC89C52RC单片机，工作频率0-40MHz，因此整个万用板的供电选择是电压输出为5V，电流2A的供电电流，同时增加复位按键，和按键控制电路，由于PC端USB接口为稳定5V电压供电，电流不高于500mA，因此可以直接使用其供电。此次设计万用板搭载的ESP8266-WiFi模块恒定工作电压要求为3.3V，工作电流为80mA，因此需要额外搭载降压器给WiFi模块供电。功率计算：52单片机工作电流为7mA，显示模块供电需2mA，传感器模块供电需0.3mA，降压模块供电需10mA，WiFi模块供电需80mA，计时芯片需5mA；可得总共电流为104.3mA，5V需要的功率为0.52W；单片机电源功率需求为0.52W，功率符合电源设计要求。单片机电源开关选择六脚自锁开关，连接外部电源。此开关尺寸为8.5*8.5mm，额定负荷为DC12V,100mA，接触电阻≤200MΩ，绝缘电阻≥100MΩ，且灵敏度高，使用寿命约为10000次，完全符合此次模型的电源开关设计定位。该开关有6个触点，分为两组，一组分别是常闭触点，公共端和常开触点。开关引脚原理图如图2-2-1所示：图2-2-16脚开关引脚原理图此开关联接+5V电源，开关未按下时，2和6、1和5引脚分别连通，因为3、4引脚分别悬空，所以此时没有电源电压进入单片机；当开关按下时，因为3和4引脚短接，，因此必定会将电源+5V引入VCC，使单片机得电。1.3单片机与计时模块设计单片机为系统数据处理中心，需处理各模块信息并对其控制。单片机I/O口设计：显示屏模块I/O口11个；并联组排I/O口8个；计时芯片I/O口2个；晶振XTAL1、XTAL2口2个；传感器RD口1个；继电器WR口1个；WiFi模块串联降压稳压器RXD、TXD口2个；复位RXT口1个；按键I/O口4个；总计：24个端口需求，可以选用STC89C52RC单片机来对主控芯片进行设计。STC89C52RC端口：32个I/O口线，1个通信口，2个计时口，5个中断源，共计40个端口且可以满足本次设计所需要求。STC89C52RC单片机内部搭载寄存器能定义函数进行计时，但由于计时不精准，需额外搭载计时芯片用于辅助计时。1.3.1单片机选型通过对远程除湿器功能分析，此次MCU选型选择了STC89C52RC单片机，此单片机为C51单片机的进阶版，相比较数据处理更强，且功耗低性能高。同时C52单片机使用指令代码为C++语言，与51单片机相兼容；本次远程除湿器电源设计为5.5V~3.3V，单片机工作温度范围-40～+85℃，PDIP封装，性能方面搭载8位CPU与512字节RAM，满足此次设计需求。本次设计需搭载显示模块，分别接P00~P07，P0端口是一个漏极开路的八位双向I/O口，且可将其用作输出端。除了通用的I/O口，P0还能外接存储器的低八位地址与数据端口。当外接显示模块时，为了调整显示屏对比度，提高单片机内部驱动电流，需要外接上拉电阻，所以在MCU和显示模块之间需搭载额外的阻排。单片机STC89C52RC引脚图2-3-1如下所示：图2-3-1STC89C52RC引脚图单片机引脚图如上所示，电源线接VCC，地线接GND。其中外接开关按键为：VCC接按钮6脚自锁开关，每边3脚为一组，两组相互独立；四个轻触式4脚开关，限定范围1-12V，10pA-50mA，电阻为100mΩmax，操作温度-40℃至90℃。复位按钮：C52单片机RST引脚是复位信号输入端，通过连接按键使其具有功能性。此引脚对高电平有效。在本次设计中，复位电路选型10uf电容和10K电阻。单片机外接晶振为11.0592MHz，负载电容分别是30PF、30PF。想要完成复位操作，需要完成2个机器周期，即24个时钟周期，最高计数频率为12m/24=500KHz，可得须持续2us以上才能完成复位操作，完成手动复位，复位不需要烧入代码，程序SP指针会自行回到程序区的起始位置。1.3.2计时模块选型与设计在C52单片机中，如果需要对单片机数据与计算时间进行记录，其中内部是有一定的计数资源的。内部搭载有一个寄存器，可以使用delay（）函数进行粗略的定时，寄存器每经过一定的机器周期便自动加1来实现定时。但是无法满足对时间精度要求高的项目。为此需要额外搭载一块时钟芯片。此芯片选型的时钟芯片为DS1302涓流充电计时芯片，此芯片运行电压为2V~5.5V，符合电路的正常工作电压5V，芯片内部含备用电源充电方式，提供了对后备电源充电的能力。且此芯片兼容TTL，能够实时计算记录时间。DS1302芯片包含一个能够存储时间功能的储存器，可以在断开电源的时候保持正常计时，能准确地提供时间。同时串口与RAM交互只需要三个针脚，分别为CE，I/O，SCLK。计时芯片工作框图如图2-3-1所示：图2-3-1DS1302工作框图各引脚功能：VCC：VCC1为低功率备用电池，VCC2为主电源供应引脚，在计时芯片工作时，正常情况下为主电源供应引脚对其供电；当外部断电，VCC2电压低于VCC1时，供电引脚为备用引脚，所以此计时芯片在电源失电时仍然能保持时间数据。CE：信号输入。能输入字节，且能结束字节传输。正常工作时CE引脚为高电平。I/O：实现与单片机数据交互。SCLK：与单片机数据交互，同时可控制数据的输入与输出。X1与X2外接31.768晶体，由于芯片内部与装载电容协同工作，因此工作时不需重新外接其他电容。通过分析按键与计时芯片的功能与电路，接下来可以对硬件平台进行搭建，四个按键分别连接单片机的P00~P03引脚；DS1302的电源连接STC89C52RC的VCC口，SCLK连接P1.1，I/O口连接P1.2，CE连接P1.3。线路连接图如图2-3-2所示：图2-3-2线路连接图在完成硬件搭载之后，利用KeiluVision5进行C52单片机的代码设计。Keil软件是当前主流的单片机C语言开发软件，且生成目标代码速度快，稳定性高，非常适合C语言程序开发。软件打开后选择KeiluVision5进行，打开软件选择新项目，选择Atmel中的AT89C52单片机型号，创建好新项目，随即新建源程序，保存时加上后缀名“.C”，保存文件。软件代码如下：#include<reg51.h>#include"lcd.h"#include<INTRINS.H>#include"dht11.h"#include"string.h"//定义按键sbitkey_1=P1^0;sbitkey_2=P1^1;sbitkey_3=P1^2;sbitkey_4=P1^3;//定义DS1302针脚sbitDSIO=P2^2;sbitRST=P2^3;sbitSCLK=P2^1;sbitRELAY=P3^6;//设置DS1302写入和读取地址，定义时间顺序ucharcodeREAD_RTC_ADDR[7]={0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8b,0x8d};ucharcodeWRITE_RTC_ADDR[7]={0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c};//初始化DS1302的时钟ucharTime_1[7]={0,0,0x12,0x01,0x01,0x01,0x12};charyear=0,month=0;day=0;hour=0;min=0;sec=0,flag=0,flag_n=0;chartime_flag=0,time_num=0;//时间标量charnao_hour=0; //闹钟小时charnao_min=0; //闹钟分钟charnao_hour_1=0; //闹钟小时charnao_min_1=0; //闹钟分钟chardht11h_down=20;chardht11h_up=60;charstart=0;bitrelay_flag=0;unsignedcharReceive=0;unsignedcharR_flag=0;unsignedcharreg[32];bitrec_flag=0;//接收变量voiddelay10ms(intd)//误差为0us{unsignedchara,b,c;for(c=d;c>0;c--)for(b=38;b>0;b--)for(a=130;a>0;a--);}voiddelay_10ms(intd)//误差为0us{unsignedchara,b,c;for(c=d;c>0;c--)for(b=38;b>0;b--)for(a=130;a>0;a--);}代码将按键分别定义连接到P10、P11、012、P13，且将DS1302的针脚分别定义到P22、P23、P21。随后定义DS1302写入读取命令，按照秒分时日月周年的顺序，设置最低位作为读写为位。同时要对DS1302设置一个最初的时间来运行，所以需写入一个初始时间，本次设置日期为2012/1/1的12：00：00，存储时间的格式为BCD码。如此便完全定义按键管脚，与计时模块的初试时间，方便之后实现按键与计时模块的功能。接下来需要对DS1302涓流计时芯片进行针脚定义，使其具有功能性，能够与单片机交互：voidDs1302Write(ucharaddr,uchardat){ ucharn; RST=0; _nop_(); SCLK=0;//置为高电平 _nop_(); RST=1;//（CE）置为低电平 _nop_(); for(n=0;n<8;n++)//传输8位地址命令 { DSIO=addr&0x01;//数据传输 addr>>=1; SCLK=1;//数据上升延时，读取数据 _nop_(); SCLK=0; _nop_(); } for(n=0;n<8;n++)//写入8位数据 { DSIO=dat&0x01; dat>>=1; SCLK=1;//数据上升延时，读取数据 _nop_(); SCLK=0; _nop_(); } RST=0;//传送数据结束 _nop_();}ucharDs1302Read(ucharaddr){ ucharn,dat,dat1; RST=0; _nop_(); SCLK=0;//置为低电平 _nop_(); RST=1;//置为高电平 _nop_(); for(n=0;n<8;n++)//传输8位地址命令 { DSIO=addr&0x01;//数据由低到高 addr>>=1; SCLK=1; _nop_(); SCLK=0; _nop_(); } _nop_(); for(n=0;n<8;n++)//读取八位数据 { dat1=DSIO;//从最低位开始接受 dat=(dat>>1)|(dat1<<7); SCLK=1; _nop_(); SCLK=0;//DS1302放置数据 _nop_(); } RST=0; _nop_(); //结束后必须为芯片复位，稳定时间 SCLK=1; _nop_(); DSIO=0; _nop_(); DSIO=1; _nop_(); returndat; }voidDs1302Init(){ ucharn; Ds1302Write(0x8E,0X00); //设置关闭写保护模式 for(n=0;n<7;n++)//写入时钟信号 { Ds1302Write(WRITE_RTC_ADDR[n],Time_1[n]); } Ds1302Write(0x8E,0x80); //重新打开写保护模式}该段代码专门对DS1302读写与命令进行定义，步骤如下：首先，MCU要向DS1302命进行命令，分别将SCLK置低电平，CE置高电平，便可传输命令，DS1302收到地址和数据。随后，保持SCLK与CE电平设置，对其由低到高传输八位地址命令，芯片读取八位数据并放置数据，为了稳定芯片时间，必须为DS1302进行复位操作。最后，初始化DS1302，为了防止对DS1302进行误操作，必须进行写保护模式，意为正常工作中不能改编DS1302内部数据。当需要对数据调整时，可设置为允许写模式，写入顺序由低到高-秒分时日月周年，结束后重新打开写保护模式。接下来对每个按键分别定义时间设置、加、减、确认（下一步），便完成对计时芯片的软件设计。随即打开keil5的软件模拟仿真（UseSimulator）,调试完成的代码。此程序能够模仿52单片机的程序对代码进行加载，且不需要任何硬件。分别在选择optionsoftarget选项与debug选项卡后，先对其硬件目标与单片机内部件进行数据设置，再对代码进行编译，信息输出窗口必须0Error（s）才可Debug，如图2-3-3所示。完成后便可进行软件调试，进入start/stopdebugsession，点击Run开始跑代码，如图2-3-4所示。图2-3-3代码编译测试图2-3-4软件调试软件调试结束，通过代码编译的结果，可以测出此次计时与按键软件设计正常，单片机可以正常运作，4个按键分别连接单片机P10、P11、012、P13引脚，通过按键改变可以设置DS1302计时芯片的定时功能；如果想观察存储器内容，可以在Address文本框中输入地址0×0004进行查看，接着点击Debug继续调试软件。1.4按键选型与设计办公室远程除湿器有手动、自动、定时模式，分别需要外接按键对系统进行设置。按键含有触点式开关与无触点式开关按键，本次设计按键数量不多，所以采用独立按键式按键进行操作。经过综合考虑本次选择加入4个按键。按键选型选择了按键型号为4脚轻触式开关按键，大小为4.5*4.5*3.84mm，工作额定功率为DC12V0.1A，接触电阻小于0.03Ω，价格偏低，且外侧含防水层，非常适合此次设计。四脚轻触式开关按键有4个引脚，工作原理与按钮开关类似，分别由常开触点、常闭触点组合协同工作。其中离得较远的两对引脚是相同的，例如在连接过程中，1、2引脚导通3。4引脚导通，电路则只需要接1、3或者2、4即可，也可以通过万用表进行测试。在本次设计中，4个按键采用矩阵式连接方法，分别连接单片机P10、P11、012、P13引脚，如图2-3-2所示。分别能够进入远程除湿器的4个工作模式，分别为单片机时间设定功能、湿度设限功能、开关机定时修改功能与单片机手动开关机功能，并对其进行相对应的调节。通常情况下，没有按键按下的I/O口的列线状态为高电平，如果按键发生了动作，相对应的端口会变成低电平，单片机通过识别列线端口高低电平来识别是否有按键发生动作。设置所连接单片机I/O口都为高电平为输出端，列线所接I/O口为低电平，为输出端，没有按键按下时所有行线都为高电平，所有连线都为低电平。如果有按键动作发生，则行线输入端会拉低成低电平，这时单片机就可以通过行线的状态来得知按键进行了一次操作。本次设计单片机所连接开关为机械弹性开关，通常在使用过程中，按键的断开和闭合动作会产生机械触点的弹性作用，由于机械结构的原因，内部触点在断开、闭合过程中会产生一定的机械延迟，这类延迟就是常见的机械抖动效应。为了消除这种抖动效应，需要额外进行消抖处理。抖动时长取决于机械按键的硬件状况，通常抖动的时间为5~10ms。同时在操作过程中，操作人员也会对抖动时长和频率造成影响，通常抖动时间为100ms。如果操作人员在一定时间内完成了多次按键操作，在没有消除抖动的情况下，抖动会导致单片机对按键的误读，导致机器无法正常工作。所以为了避免按键工作时产生电平抖动而引发的误读，系统必须进行按键消抖，一次按键动作为读取一次信号处理。通常消抖的方法有软件消抖与硬件消抖两种，由于硬件消抖会导致更高的材料与人力成本，且为整个硬件电路设计加大工作量，所以在本次设计中采取软件消抖的方法，在按键后增加delay函数，具体方法如下：if(keybuf!=backup){delay();//延时10msif(keybuf==KEY4){if(backup==0){//弹起动作cnt++;if(cnt>=10){cnt=0;}backup=keybuf;本次设计延迟函数时间设置为10ms，符合机械按键硬件状况的5~10ms，如此而来在按键发生动作时，系统不用立刻去相应动作，而是避开了抖动期，先等待完全闭合或断开再发生动作，消除了系统对按键误读的状况。1.5继电器控制电路设计远程除湿器系统、硬件情况：除湿器的风扇、冷凝器。额定电压为220V-50HZ，额定功率为70W，工作电流为0.318A，水箱容量为1000ml，机身尺寸为210×110×310mm，由于内部容量较小，继电器用长导线外接。除湿器主要工作流程为，打开除湿器，除湿器内部继电器便开启风扇和冷凝器，并利用液化的物理现象实现空气除湿。本次设计中的万用所搭载的单片机额定电压为5V，选用电磁继电器来实现对执行机构的控制，继电器和WiFi模块搭载万用板之后相连接，便可实现无线控制功能。系统设置除湿器工作的自动模式为：当房间内湿度高于设限湿度时，风扇和冷凝器开启；低于设限温度时，风扇和冷凝器关闭。一般情况下，室内湿度下降后，由于外来空气补充湿度会重新上升，继电器续重新开启风扇和冷凝器降低湿度，动作频率