【分享】24级周宇娜 张婕 基于迪文屏的智能充电模拟控制...

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一、作品简介

本作品为基于迪文T5L0智能屏的智能充电模拟控制系统，是南华大学电气工程学院自动化专业电子技术课程设计成果，以迪文T5L0为主控芯片，结合DGUS组态平台与C51程序开发完成整套软硬件一体化测控系统。
系统模拟充电桩电压监测、安全防护、环境测温与散热控制全流程，硬件集成LM2596稳压电源、ADC电压采样、DHT11温感、继电器过压保护、散热电机驱动及LED充电负载；软件依托迪文屏VP变量通信实现触控交互与数据实时互通。用户可通过屏幕触控调节过压阈值、启停散热风扇，系统自动采集充电电压与环境温度，电压超标时快速切断模拟充电负载，兼具状态可视化、自动安全保护、人机便捷操作三大核心功能，可直观演示小型充电设备的电压监测与过载防护方案，适用于教学实训、小型充电装置模拟演示场景。

二、工作原理

整套系统分为硬件采集执行层、主控逻辑处理层、迪文屏人机交互层三层协同工作：

1. 供电与信号采集原理
LM2596稳压模块输出稳定5V为全系统供电；模拟充电电压经电阻分压降至芯片ADC 0~3.3V量程内，T5L0内置12位ADC多次采样取均值滤波，通过公式换算为实际mV电压；DHT11单总线传感器每秒采集一次环境温度，两类采集数据存入主控寄存器。
2. 迪文屏通信交互原理
采用DGUS标准VP变量地址通信机制，屏幕显示控件、触控按键均绑定专属VP地址。主控循环读取按键地址识别散热风扇启停指令，同时将电压原始AD值、实际电压、温度、过压阈值写入对应VP地址，迪文屏自动刷新界面数值；屏幕数字键盘可修改电压上限阈值并回传给主控。
3. 自动保护与执行机构原理
主控每10ms循环对比实时电压与设定阈值：若采集电压超过阈值，IO口输出高电平触发常闭型继电器，断开LED模拟充电负载，实现过压断电保护；电压回落至安全区间后继电器复位，负载恢复供电。屏幕“开/关”按键下发指令后，主控驱动IO控制直流散热电机启停，模拟充电设备散热调控。
4. 程序运行时序原理
上电完成时钟、传感器、IO端口初始化，默认阈值2500mV、电机与继电器初始关闭；进入10ms周期主循环，轮询处理触控指令、电压保护逻辑；软件计数器累计100次循环（1秒）执行一次温度与ADC采样更新，兼顾控制响应速度与资源占用效率。

三、设计思路

（一）整体需求拆解思路

针对智能充电设备核心痛点：充电电压异常易损坏设备、工作温度无法监测、缺少直观人机操作界面，拆解三大设计目标：

1. 监测需求：实时采集充电电压、环境温度并可视化；
2. 安全需求：电压超限自动切断充电回路，硬件级过压防护；
3. 交互需求：触控屏幕设置保护阈值、手动控制散热风扇，简化操作。
结合课程所学C51单片机、传感器、串口触控屏知识，选定迪文T5L0一体化智能屏作为主控，省去额外单片机外设接线，降低硬件复杂度。

（二）硬件模块化设计思路

遵循“分模块独立设计、统一供电联动”思路，拆分五大硬件单元逐一选型搭建：

1. 电源模块：选用LM2596宽压降压模块，提供稳定5V，满足屏幕、传感器、继电器、电机供电需求，自带过流过热保护；
2. 信号采集模块：分压电路适配ADC量程实现电压采集，DHT11单总线温感简化接线，满足低成本测温需求；
3. 保护执行模块：常闭触点继电器高电平触发，常态导通、过压切断，搭配LED灯直观模拟充电负载状态；三极管驱动直流电机作为散热风扇；
4. 人机交互模块：迪文T5L0触控屏集成显示、触控、主控芯片，通过DGUS软件可视化组态界面，减少串口通信外设；
5. 整体布线逻辑：所有模块统一共地，IO口配置推挽输出提升驱动能力，继电器增加隔离降低干扰，保证采集数据稳定。

（三）软件分层开发思路

软件采用Keil C51编程+DGUS界面组态双线并行开发：

1. 界面先行：在DGUS软件绘制主显示界面与数字输入键盘，为电压、温度、阈值、按键分配独立VP地址，建立屏与主控的数据交互通道；
2. 程序架构设计：采用初始化+10ms轮询主循环架构，拆分初始化、按键处理、电压保护、定时采集四大功能函数，代码模块化便于调试；
3. 功能逻辑设计：
- 触控按键采用脉冲清零机制，防止按键持续触发；
- ADC多次采样均值滤波，消除电压采样抖动；
- 软件秒级定时采集温度，避免高频采集占用系统资源；
- 实时电压比较逻辑嵌入主循环，保障过压保护毫秒级响应；
4. 联调优化思路：先单独调试各传感器、继电器、电机硬件功能，再调试迪文屏VP读写通信，最后整合全部逻辑，修正数值换算、触发时序bug，完成整机功能闭环。

（四）功能验证与优化思路

软硬件搭建完成后分阶段测试：先验证电压、温度数值显示精度，再测试屏幕按键控制电机动作，最后升压模拟过压场景，检验继电器断电保护功能；针对数值跳变、按键失灵、保护延迟等问题，通过ADC滤波、VP变量清零、缩短主循环周期完成优化，最终实现显示准确、操作流畅、保护可靠的模拟充电控制系统，完成课程设计全部指标要求。