武庆迪 马玉凯 寇昌斌

A Smart Charger with Automatic Power Off Under Temperature Control

WU Qing-di， MA Yu-kai， KOU Chang-bin

【摘  要】运用51单片机执行温控自动断电程序，可以避免智能手机充电时充电器发热对充电器造成的损坏。通过检测充电过程中充电器温度的变化情况，在51单片机程序基础上实现自动断电，并运用单片机语言实现内部识别装置识别不同产品型号，调整电压、电流达到产品的正常工作范围，为用户提供安全可靠的产品使用体验。

【Abstract】The 51 singlechip is used to implement the automatic power off program under temperature control， which can avoid the damage caused by the charger's heat to the charger when the smart phone is charging. By detecting the change of charger temperature during charging process， automatic power off is realized on the basis of 51 singlechip program， and the singlechip language is used to realize the internal identification device to identify different product models， adjust the voltage and current to reach the normal working range of products， so as to provide users with safe and reliable product use experience.

【關键词】51单片机;自动断电;充电器;内部识别

【Keywords】51 singlechip; automatic power off; chargers; internal identification

【中图分类号】TM912                                【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）05-0166-02

1 引言

随着当今时代的不断发展，生活质量也随之不断提高，为追求方便快捷的生活方式，手机以独特的快捷方式逐步走进人们的视野，为人们提供了许多方便快捷服务，于是很快地成为人们的生活必需品。随着手机的全面推广，随之而来的就是其相关产品的发展。充电器是手机必不可少的配件，为手机提供电能，其使用次数与手机使用不相上下。如何降低充电器充电过程中带来的安全隐患必将成为社会面临的问题。

大部分的手机使用者在手机等电子设备充电时都不注意充电器的温度变化以及充满电后不能及时取下设备拔除充电器，在这种电池饱和状态下继续充电造成充电器发热产生损坏甚至是爆炸等更严重的危害。虽然目前市面手机产商都声称自己的手机充电器已具备自动断电的功能，但充电器和数据线在长时间连接电源时易造成发热损坏甚至发生爆炸产生火灾。

为此，我们设计一款能够在充电器工作的状态下检测充电器温度，当温度达到危险值而自动断电的手机充电器，避免了对充电器以及使用者的危害。

2 方案设计以及硬件组成

2.1 方案设计

现有的自动断电充电器不见其功能，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。

2.2 硬件组成

2.2.1 继电器

使用固态继电器实现电路内部的自动通断控制。该零件与温度传感器和智能芯片连接配合工作，检测充电器工作温度，当工作温度正常时，继电器1，3引脚有电流通过并处于“常开状态”继电器导通，充电器正常工作;当充电器温度升高达到危险数值后，继电器1，3引脚无电流通过且继电器转化为“常闭状态”，使电路断开，实现断电。防止充电器工作时因温度过高自燃引起不必要的火灾。

2.2.2 智能芯片

智能芯片使用51单片机，此芯片运用广泛。配合充电器内部变压器上的温度传感器监控充电器的内部温度，监测充电器工作过程中电流、电压的变化，通过四位数码管显现出来便于查看，最重要就是检测充电对象机型及相关信息使充电器适用充电对象。

2.2.3 四位数码管

用于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。

2.2.4 热敏电阻温度传感器

热敏电阻阻值随电阻所受温度变化而变化，当热敏电阻温度低时阻值低，电阻两侧电压低;当热敏电阻温度升高时阻值随之升高，电阻两侧电压上高。热敏电阻紧贴于充电器变压器，用于监测充电器内部的温度，与固态继电器合用。当温度升高到达一定数值，固态继电器工作，然后进行断电。

2.2.5 EE16高频变压器

对比各类变压器后选择EE16高频变压器。EE16高频变压器具有尺寸小、价格便宜、可靠性高的特点。EE型变压器是基本型的铁氧体磁芯，性能稳定，成本低，电流大。当充电器接入220V电压后EE16变压器对输入电压进行降压处理，通过智能芯片识别机型输出适合手机充电电压的信号，变压器将220V电压降至正常工作电压进行安全充电。

2.2.6 检机按钮

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 电路工作原理

原理：充电器连接220V直流电压VCC，当热敏电阻阻值发生变化时产生电信号，电信号通过三极管反向放大至继电器1引脚。当温度正常时热敏电阻R阻值小，继电器1，3引脚有电流通过，开关处于“常开状态”电路导通，充电器正常工作;当温度上高热敏电阻R阻值升高，继电器1，3引脚无电流经过，开关处于“常闭状态”电路断开停止工作。

4 器件的安装及调试

利用dxp画出部分原理图的PCB图，做出电路板，然后进行元器件焊接，接着进行调试工作。调试仪器、仪表主要有：电压源、万能表、示波器等。测试数据如表1所示。

5 使用说明

将充电器与手机、插孔连接，通过检机功能识别充电对象手机信息调整充电器变压器为适合充电对象的正常电压、电流，然后开始正常工作，数值、数据通过智能芯片传输至充电器外部的四位数码管显示出工作时的各项数据。当充电器长时间工作温度升高时，热敏电阻温度传感器阻值开始升高，电压随之升高，当到达设定值后，继电器1，3引脚无电流通过，继电器触角处于“常闭状态”，电路断开，当温度下降到设定安全数值后电路开始恢复工作。

6 结论

市面上的普通插头只存在通断电功能，充电器的长时间运作导致发热损坏甚至对使用者造成危险的问题无法解决。通过此产品可以避免因为充电器长时间工作而导致发热现象进而引发的一些危险事故，而且充电器还具有涓流自动断电功能，消除了充电完成后涓流对充电器、数据线等的损害，功能进行了丰富化，减少了过充电及温度过高对電器以及使用者带来的危险。

本设计产品操作简单，适用于各类人群。只需要使用前按动检机按钮，充电器即可正常工作，无需烦琐步骤，而且具有自动断电功能，为使用者提供方便快捷的同时，避免了对充电器以及使用者的危害。

【参考文献】

【1】吴迪，饶成晨，彭祥祥.一种新型手机自动断电充电器的设计[J].电子制作，2014（04）：16.

【2】卢敏，伍玉杰.智能省电型手机充电器的研究与实现[J].机械工程与自动化，2012（01）：143-145.

【3】王晔，马斋爱拜.基于52单片机控制的锂电池充电器硬件设计[J].无线互联科技，2011（05）：26-27.

【4】孟彩菊，杨世英，靳玉贞，等.数据采集器自动检测与断电重启的实现[J].山西地震，2019（03）：51-53.

【5】李润泽，李子寅，万文君，等.日光灯断电关闭及自动延时开关设计[J].电子制作，2019（14）：9-10.