定時開關(guān)控制系統(tǒng)電路設(shè)計,提前做好飯不是事!
發(fā)布時間:2015-03-20 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】通過提前設(shè)置,下班回家時電飯鍋已經(jīng)把飯做熟??照{(diào)已經(jīng)開啟,飲水機已經(jīng)燒好開水,熱水器已經(jīng)燒好洗澡水是不是很美好?那么怎么來實現(xiàn)它們呢?本文就為大家講解一種采用CPLD電器定時開關(guān)控制系統(tǒng)電路,實現(xiàn)這些,棒棒噠!
隨著當(dāng)今社會工作和生活節(jié)奏的加快,人們對許多電器、儀器、設(shè)備的自動化要求也越來越高,但現(xiàn)有的許多電器還不具備定時開啟和關(guān)閉功能,許多需要在固定時間開關(guān)的裝置,還需人工值守和操作,因此設(shè)計帶有時鐘顯示功能的多個電器定時開關(guān)控制系統(tǒng),具有實際意義。
系統(tǒng)功能及操作
CPLD主要是由可編程邏輯宏單元(MC,Macro Cell)圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。其中MC結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,并具有復(fù)雜的I/O單元互連結(jié)構(gòu),可由用戶根據(jù)需要生成特定的電路結(jié)構(gòu),完成一定的功能。由于CPLD內(nèi)部采用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連,所以設(shè)計的邏輯電路具有時間可預(yù)測性,避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時序不完全預(yù)測的缺點。
系統(tǒng)上電時復(fù)位,時鐘顯示為0時0分0秒,按下“時間”設(shè)置鍵設(shè)定時間,數(shù)字鐘開始工作,數(shù)碼管顯示當(dāng)前時間;按下“開啟電器編號”設(shè)置鍵,再按下要定時開啟的電器編號,對應(yīng)發(fā)光二極管亮,表示設(shè)置有效;按下“電器開啟時間”設(shè)置按鍵;再依次輸入4位十進制的小時和分鐘,作為開啟時間;按下“電器關(guān)閉時間”設(shè)置按鍵,再依次輸入4位十進制的小時和分鐘,作為關(guān)閉時間。至此定時開關(guān)設(shè)置完成,對于電飯鍋等具有保持功能的電器,則不用設(shè)置定時關(guān)閉。使用 Verilog HDL編寫CPLD程序,理論上可同時設(shè)置多個電器的定時自動開啟,本設(shè)計可同時設(shè)置3個電器。
硬件設(shè)計
硬件設(shè)計采用Altera公司的CPLDEPM7128SLC84-6,簡化了外圍電路,穩(wěn)定性和可靠性高,成本低。220 V、50 Hz工頻電源經(jīng)變壓器、電橋整流后通過三端穩(wěn)壓器,提供工作電壓,其電源電路如圖1所示。
外接4×4鍵盤,使用較少的I/O端口線就可實現(xiàn)對較多按鍵的控制。當(dāng)有鍵按下時,kb為低電平,CPLD的按鍵掃描部分采用動態(tài)掃描方式進行識別。設(shè)置 14個按鍵,分別為0~9十個數(shù)字鍵和設(shè)定時間、開啟電器編號、電器開啟時間、電器關(guān)閉時間4個功能鍵,其余兩個留作功能擴展。4×4鍵盤電路如圖2所示。
本系統(tǒng)設(shè)計使用6個數(shù)碼管顯示時間,3個發(fā)光二極管標(biāo)志是否定時。電器開啟信號經(jīng)三極管放大后接繼電器,通過繼電器吸合導(dǎo)通電源線,開啟電器。
數(shù)字鍵的判斷和處理
先根據(jù)鍵值判斷是哪一個數(shù)字鍵,再根據(jù)功能標(biāo)志寄存器fun判斷進行哪項設(shè)置。若正在進行的是時間設(shè)置,則將時間寄存器左移4位,將數(shù)字值存入低位;若為設(shè)定需要開啟電器的編號狀態(tài),則電器編號數(shù)組num對應(yīng)位置“1”,并通過電阻使相應(yīng)發(fā)光二極管點亮,否則為“0”;若為設(shè)定電器開啟時間狀態(tài),相應(yīng)電器的開啟時間寄存器timeon左移4位,將數(shù)字值存入低位;若為設(shè)定電器關(guān)閉時間狀態(tài),相應(yīng)電器的關(guān)閉時間寄存器timeoff左移4位,將數(shù)字值存人低位。若為無效按鍵,則不進行任何操作。
顯示
對應(yīng)不同的狀態(tài),數(shù)碼管顯示不同值。時鐘設(shè)置狀態(tài),顯示當(dāng)前時間;開啟電器編號設(shè)置狀態(tài),顯示欲開啟的電器編號;電器開啟時間設(shè)置狀態(tài),屁示電器應(yīng)開啟的時間;電器關(guān)閉時間設(shè)置狀態(tài),顯示電器應(yīng)關(guān)閉的時間。具體實現(xiàn)時,由系統(tǒng)時鐘控制,分時點亮各個數(shù)碼管,可節(jié)約能源。由于時間很快,而人眼存在視覺暫留,看上去6個數(shù)碼管均同時顯示。在CPLD中編程實現(xiàn)數(shù)碼管的七段譯碼,可節(jié)省外同電路。
本設(shè)備設(shè)定開啟、關(guān)閉時間為一天之內(nèi)的任意時間,滿足一般使用要求,亦可作為數(shù)字時鐘使用。由晶體振蕩器提供時鐘,計時精準(zhǔn),使用常見器件設(shè)計,實現(xiàn)方便,成本低,耗電少,體積小,重量輕,工作可靠。可用于定時開啟家用電器,如通過提前設(shè)置,下班回家時電飯鍋已經(jīng)把飯做熟??照{(diào)已經(jīng)開啟,飲水機已經(jīng)燒好開水,熱水器已經(jīng)燒好洗澡水等。也可用于辦公樓里上下班自動響鈴裝置,工廠里需要定時開關(guān)的設(shè)備,以及一些手動操作開關(guān)不安全的地方,具有實用價值。
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