基于51单电机的高温断电插头设计

吴丽娜 寇昌斌

High-Temperature Power-Off Plug Design Based on 51 Single Motors

WU Li-na， KOU Chang-bin

【摘  要】随着智能手机的普遍推广，安全隐患也随之产生。每年都会有许多因为手机充电温度过高而引发的安全事故，这给我们敲响了警钟。目前市场流通的充电器存在温度过高、转化率低、使用寿命短等不足之处，为此，论文设计了一款高温自动断电的充电插头，以此提升安全系数，满足市场需求，使充电插头更加人性化、智能化。该设计运用51单片机进行温控，实现自动断电功能，从而减轻温度过高对手机寿命的影响，大大提高用户体验。

【Abstract】With the universal promotion of smart phones， security risks also arise. There are many safety accidents caused by excessive charging temperature of mobile phones every year， which gives us a wake-up call. At present， the charger in circulation in the market has some disadvantages， such as high temperature， low conversion rate and short service life. For this reason， a charging plug with high temperature and automatic power off is designed to improve the safety factor， meet the market demand， and make the charging plug more humanized and intelligent. This design uses 51 singlechip to carry on the temperature control to realize the automatic power off function， so as to reduce the impact of excessive temperature on the life of mobile phones and greatly improve user experience.

【關键词】51单片机;智能化;充电插头

【Keywords】51 singlechip; intelligent; charging plug

【中图分类号】TM912                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）05-0162-02

1 充电插头概述

面对这个全民低头的时代，手机爆炸事件屡见不鲜，其原因大多是电池本身，锂电池长时间充电出现过度饱和，产生较大电流。特此设计本产品为降低因手机充电温度过高引发的安全事故危险，提高人们的信赖度。本设计采用STC89C51单片机作为系统控制器，温度传感器来测量温度，与固态继电器合用。当温度达到额定温度时，温度传感器将信息传给固态继电器，实现自动断电功能。此时系统也会将温度显示在4位7段数码管上。人们能够直接观测到充电时的电压、电流、温度等指数，大大降低了安全风险，更好地为社会群体服务。

2 系统整体设计

2.1 系统结构

此设计中主要包括温度检测模块、芯片控制模块、数码管显示模块、独立按键模块、固态继电器模块、一键验机模块等，其系统架构如图1所示。

图1  系统结构框图

2.2 系统硬件设计

2.2.1 芯片控制模块

本设计的核心在于由STC89C51单片机组成的芯片控制，针对本设计实现的功能选择合适的单片机避免造成功能缺失或资源浪费等情况的发生，本设计选用的单片机具有耗能低、性价比高等优点，其内部由中央处理器、数据储存器、程序储存器、中断系统等构成，较好地实现了自动控制功能。STC89C51单片机配合贴在充电器变压器上的温度传感器监控充电器的内部温度，将信号传输到固态继电器中，来进行断电。

2.2.2 温度检测模块

在温度传感器的选用上，应满足通用性、耐久性、经济性的原则，尽可能选择电压工作范围广的温度传感器。加入温度传感器，使充电器可在安全温度内工作，当超出安全温度时自动断电防止自燃，提高安全系数。温度传感器紧贴于充电器变压器，用于测试充电器内部的温度，与固态继电器合用。当温度达到高温时，温度传感器将信息传给固态继电器，然后进行断电。固态继电器具有自动断电功能，可以防止充电器工作时自燃引起不必要的火灾。该零件通过与温度传感器和智能芯片配合来检测温度，当温度达到额定温度时，充电器通过该零件进行断电降温。

2.2.3 数码显示模块

本设计采用4位7段数码管进行显示，该功能可以较好地反映充电器工作状态，其中输出电流、输出电压及功率的显示可供人们直接了解其运行是否在额定范围之内，大大保障了人们的生活，尤其是在温度过高的天气极易发生危险。温度的显示更能直观地向人们展现其工作状态，除此之外，还有充电百分比显示功能，这些功能都可通过按键轮番查询。独立按键接到单片机的I/O接口，实现控制功能，大大提高便捷度。充电器接口，顾名思义是用来连接用电设备的接口。此外，利用其他两根接线添加另外的功能用来检验手机的真伪，防止用手机时漏电造成人身伤害。

2.3 系統的软件设计

本设计的核心在于集成芯片的控制，根据设计的需要进行大量程序编写，代码较多也较容易出错，为解决出错率的问题将程序进行模块化编写，程序编写一开始进行相应的定义，根据实现功能的不同一一对应，然后进行调试，调试成功后将其合为一个整体，实现全部功能。其大致思路是：对系统先进行初始化，然后进行温度检测模块的编写，将温度转换成数字信息，待温度设定后进行单片机控制电路的运行，再调试数码显示模块显示测量得到的温度，剩余模块依次进行调试。程序的编写本着简洁明了的原则，坚持整体与部分相结合，从而实现程序的完整运行。

2.4 系统设计特色

充电插头这款产品在国内，大多数还是遵守传统，产品功能比较单一化且存在一定的危险性，使用寿命较短。本设计的中心思想在于通过单片机的控制实现高温自动断电的功能，也是本设计最大的特色。通过本设计各个模块的运行与整合，实现理想功能，降低人们生活中的危险程度，更好地方便人们的生活，提高便捷度。除此之外，本设计还有以下主要特色：

特色一：加入温度传感器，使充电器可在安全温度内工作，当超出安全温度时自动断电，防止自燃，提高安全系数。

特色二：加入四位数码管，用来显示充电器工作时的电压、电流、功率、实时温度、充电百分比，以此来查看充电器工作时的各种工作状态，可通过独立按键逐一查询。

特色三：自动电压，电流调整功能，在插入充电器的前一分钟内，充电器默认输出5V1A的电，待识别完成手机型号后再调整到该手机适应的电压电流来进行充电。

特色四：一键验机功能，该功能可以查询手机的厂商信息，来判别手机的真伪，以防山寨手机充电带来的不安全事故。同时该系统还可以计算电池的充放电次数，根据数据来判断电池是否还可以继续使用（查询充放电次数可按键5s以上查询）。

3 工作原理

将手机充电插头与手机和充电插座相连，首先通过一键验机功能智能识别目标对象的真伪和电池损耗度，检验正常后为其提供额定范围内的电流、电压开始正常运行，其工作时的各项数据通过4位7段数码管进行显示，可通过独立按键依次进行查询，以最直观的方式展现给人们。

充电插头工作一段时间后会随着手机温度的升高而升高，当温度达到或超过预先设定的安全温度时，温度传感器进行检测并将其转化为数字信息传给STC89C51单片机控制的集成芯片，继电器内部衔铁断开，系统电路的各个模块停止工作，进行降温。当温度降至安全温度范围内，电路又开始正常运行，由此循环，大大减少了因高温引起的安全事故。

4 结语

经过多次的改良和测试，本设计达到理想的效果，较好地保护了手机电池，也延长了手机的寿命，最主要的是实现了预定的理想方案，使电子产品更加智能化、人性化，也为人们的生活增添一抹亮色。市场对手机的需求量大也会因此带动智能充电插头的发展，有着较大的发展空间。在一定程度上也减轻了部分人的生活和工作压力，不管是老人还是孩子都可以使用，受众面广且需求量大，此产品安全系数高于市场普通充电插头，大大降低了使用风险。相信本产品的问世会给人们带来福音。

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