0010基于C51单片机的220V交流电电流检测原理图PCB设计proteus仿真

2021年4月21日 0 条评论 10.99k 次阅读 4 人点赞

【前言】

hello 大家好，今天给大家讲一讲基于51单片机的交流检测系统，利用这个系统就可以测一测家里边的电器实际应用功率是多大，还是蛮有意思的哈

本次设计采用的MCU仍然是基于51内核的单片机STC89C52RC，整个设计可以分为几部分——主控、显示、按键、声光报警以及交流检测模块。通过液晶LCD1602实时显示当前电流值和电流报警阈值，通过按键设置电流报警阈值，一旦实际电流超过了设置的阈值即可触发声光报警。

【仿真设计】

下面是该项目的仿真图，模块化设计并配有功能说明，实现良好的易读性和移植性。（仿真文件为V8.11版本的，大家可以在此下载安装该版本：http://www.jh-tec.cn/archives/5696）

【硬件电路设计】

下面是该设计的整体原理图和PCB设计概览，原理图模块化分布，每部分都备注有对应的功能名称，便于阅读；PCB设计采用的3D封装的器件，主要是方便配合结构设计。

原理图：

PCB：

(板子上方丝印部分可以用来标标记个人信息)

下面详细介绍一些设计注意点哈，抛砖引玉~

1、关于MCU 本设计采用的MCU为STC公司的STC89C52RC，该芯片使用经典的MCS-51内核，钛叔相信绝大多数的朋友都熟悉该芯片的基本使用，毕竟这算是入门的第一款单片机了。最小系统如下图所示，很简单，这里不赘述具体原理。另说一句，在我们调试MCU小系统的时候，如果工作异常，无论什么类型芯片，首先第一步就是检查芯片的供电电源是否正常，再之后检测晶振和复位，绝大多数的问题都是出在这三个地方，钛叔记得以前学生时代有一次调试51单片机就始终下不进去程序，电源正常，复位也正常，最后发现就是晶振的谐振电容错焊成了1000pf，导致晶振起振失败，诸如类似的问题都可能导致芯片启动失败，所以大家按照我上述的三个点出发去调试，就一定能够解决问题。

（下载接口钛叔这里采用的XH2.54，大家可以在钛叔的店铺采购下载器，通过XH2.54连接线可以直接相连，避免插错的情况）

另外，钛叔这里也预留了几个扩展IO和一个LED灯，可以用来增添一些其他功能。

2、关于电源 如下图所示，钛叔在设计电源接口的时候根据实际使用情况多方面考虑，设计了三种接口方式——排针、WJ128接线端子以及miniUSB，排针可以用在杜邦线供电的情况，接线端子可以用在电源裸线供电的情况（这两种情况供电根据板载丝印正确插入，切记别插反），miniUSB供电的方式比较推荐，可以避免插反烧坏板子情况，钛叔这里之所以采用miniUSB而不是microUSB，主要原因是由于microUSB体积比较小，在开放性板子上面容易多次拔插情况下给搞坏导致接触不良（所谓开放性板子就是无结构件固定的裸板），所以这里钛叔没有采用microUSB。

电源开关部分钛叔采用的是8.5x8.5的自锁开关，这里需要注意就是自锁开关的方向，有部分同学焊接反了导致按下时候为电源关断，弹上来是电源闭合。

钛叔在该设计板上习惯性放了三个MRK点，如果大家有需要量产的需求，且板子比较大不会涉及拼版的情况，就记得放，如果后面是需要拼版的话，可以在最终的大板上放MRK点。

3、关于显示 该设计的显示部分钛叔采用的LCD1602，设计图如下图所示，这里需要注意如果用单片机的P0接口，记得加上拉电阻，这是该芯片决定的，不明白的朋友可以去看STC89C52RC数据手册哈；另外，LCD1602的R/W引脚，大多数的情况下直接接地保持写操作就行，如果是一些项目需要读操作的话，就需要把该引脚接入单片机（比如基于51单片机的示波器或者贪吃蛇这种项目）；VL引脚是调试对比度的，如果事先不知道这个分压参数，用的是电位器的话，很可能第一次使用时候分压不合适导致显示屏亮的但没有东西，就误以为是自己程序的问题，这个问题钛叔以前也犯过，捣鼓了半天才发现是对比度没有调好，其实程序早已经再运行，如果大家是在某宝上买的液晶屏，大多数都是满足下边的分压参数，大家可以参考参考哈。

4、关于按键 该项目设计了四个功能按键，分别是设置、加和减，按键的型号钛叔采用的是贴片的6*6轻触按键，这里需要提醒大家的是，如果大家采用的回流焊机子，一定要注意购买耐高温的元器件，一般如果用编带的按键基本能过高温，如果是袋装的散件很可能就过不了，按钮部分很容易被烤坏，这里提醒大家一下。

5、关于报警 该项目加入报警功能主要是用于当重量超过10kg之后提示，报警电路部分原理很简单，大家可以参考下图，一个蜂鸣器加LED就可以实现，这里需要注意两个地方，第一是蜂鸣器建议大家选用有源的，操作简单很多，另外就是电压需要选择对应的，钛叔这里采用的是5V的HNB09A05；第二就是这里的三极管建议大家采用PNP管子，原因是该单片机上电默认为高电平，如果这里采用的NPN管子，上电瞬间就会声光报警（即便程序里边该IO口初始化为低），所以这里我们采用PNP管子来避开这种情况。

6、关于交流检测 本项目设计了利用八字座连接八字电源线提供交流输入，两孔母座作为插孔，用电设备可以插入之后开始工作。交流电流互感器采用的是TA1005-1M，该互感器的变比是1000：1，当交流电通过互感器之后再通过二极管和电容进行整流，这里获取到了mA级的电流，最后再经过1k的电阻变为可以由ADC采集的电压。本设计采用的ADC型号仍然和之前项目一样ADS1015，这个芯片性价比较高，推荐大家使用哈，电路设计很简单，在IIC两个数据引脚记得加上拉电阻即可。