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从机检测部分电源采用变压线圈降压，再经LM2596稳压芯片将电压稳定在12V给光电开关供电，7809稳压芯片将电压稳定在5V给单片机、烟雾传感器、红外热释电传感器、蜂鸣器等供电，11171稳压芯片将电压分别稳定到3.3V以便于给低功耗的无线通信模块供电。

方案二：

采用高效率的DC-DC芯片38438，输入允许范围大，效率比较高，输出电压为+5V,输出电流可达600mA,驱动能力强。

对于负电源，可通过芯片ICL7660进行转换。

方案8：

本系统对电源有较高的要求。

设计电源时既要保证电源的高稳定度，也要保证电源能输出大于2A的电流，故本系统采用三级管1264来扩流。

而且在使用电源时必须充分考虑电源的效率。

电源电路如图8.6所示，此电源电路采用了LM317和LM337，其输出电压是连续可调的，输出电压调到为＋15V和－15V来供给硬件电路使用，其中－15V的电源是供运放使用的，不需要扩流；

而＋15V的电源的负载电流要求不低于2A，所以采用三级管1264来扩流。

另外用LM7805产生＋5V的电压供凌阳SPCE061A单片机使用。

9，一般的三端稳压集成块稳压效果较好，但难以达到2A以上的大电流输出，为了满足本题需要可以采用多块稳压集成块并联的方式来扩流。

要取得好的稳压效果，理论输出最大电流值要大于所需电流值，这必然造成器件的浪费，且器件的选择还必须参数尽量接近。

这种电路理论上输出电流能力为各块集成块输出最大电流的和。

要达到比较好的稳压效果，要求并联的各稳压块参数尽量接近。

在应用中发现，当电流接近理论值时，稳压效果急剧变差，这是由于器件的不一致性所造成的。

因此，要取得好的稳压效果，理论输出最大电流值要大于所需电流值，这必然造成器件的浪费，且器件的选择还必须参数尽量接近。

10,50Hz交220V电压经过变压器，输出约±

20V交流电压，经过全桥进行整流，通过电容滤波，100nF、1.0uF用于滤除电源中的高频交流成分。

采用三端稳压集成电路LM7812驱动达林顿管TIP127，使电源输出电流能达到2A以上，以满足电流源的需要。

Thefollowinghaslimitedvalueofreference:

方案一：

铅酸电池供电，优点电流大，缺点重量太沉。

电池组供电，可提供800mAh电流，重量很轻。

所有器件采用单一电源（5节五号电池）。

这样供电比较简单，但是由于电动机启动瞬间电流很大，会造成电压不稳、有毛刺等干扰，严重时可能会造成单片机系统掉电，使之不能完成预定行程。

方案二：

双电源供电。

电动机驱动电源采用5节五号电池，单片机及其外围电路电源采用5V钮扣电池供电，两路电源完全分开，这样做虽然不如单电源方便灵活，但可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统稳定性。

（1）采用15v变压器，经整流滤波后经7812和7912稳出+、-12V供运放，7812出来后又经7805稳出+5V供逻辑芯片、单片机及其他使用。

但变压器体积大，不易携带。

（2）采用开关电源MC34063，此芯片有升压、降压功能.可以将6V经MC34063

升压、降压后的+、-12V供运放，+12V经7805稳压稳出+5V供其他电路使用。

主电路方案比较（恒压部分）

主电路采用BUCK降压式电路，PWM芯片使用TL494，驱动芯片采用IR2110来驱动开关管。

BUCK电路结构不变，主要方案区别在于驱动电路。

（原理图见附录）

此方案使用2110高端驱动，即用自举原理进行驱动，此方案的好处在于驱动电路简单，缺点在于其电源处于空载时不能测量电压，原因在于如果开关管的Vs与IR2110的Vcc电压差小于8.3伏时，其驱动芯片的栅极驱动自动关闭，所以可以通过提高2110的Vcc来增加与Vs使其工作，而2110工作在其临界最大电压处，容易损坏芯片，不利于电路的稳定性。

驱动电路采用两端同时输入的方法，即采用同步整流的技术来解决自举不工作的问题，其原理是，在MOS管后并联一个相同的整流MOS管，用2110低端输出来控制关断。

自举不能工作的原因在于其自举电容两端的压差在空载时不够大，那么当其足够大时就可以正常工作了。

我们将494输出地波形分为两路，一路直接进入驱动，一路经过反向进入2110的低端输入，这样就可以使其输出有两路，高端输出接主干路的MOS管，低端输出接整流管，这样由于二者的波形反向，当主干路的电路为低时，整流管导通接地。

这样就是自举电容的电压差增大，使得驱动工作。

运用同步整流技术可以很好的实现题目要求，还可以在一定程度上减小纹波。

可是，电路连接复杂，调试难度大，而且自己制作反向不容易达到同步的效果。

使得测试难度加大。

方案三：

开关管采用P沟道，由于其是低导通，所以可以将494输出地方波反向直接送入2110驱动，采用低端输入，这样就可以避免自举的问题。

而且空载时也可以测量电压。

同时，该方案的外围电路设计比较简单可行，只需要在494输出时做一个反向器即可。

该电路的缺点就是由于采用P沟道的MOS管使得在管子上的损耗增大，可是由于本次题目的最大输出电流只有1A，所以功耗的损耗可以忽略不计。

方案四：

驱动电路采用同步整流芯片TPS2836，这种芯片具有内部同步整流功能，驱动电路大，能够适应大电流的电路，但是由于此芯片的整流电压最大只能到16V，而变压器输出电压一般要高于10V，这样使芯片工作在最大临界下，使电路可调性降低，不利于电路的稳定。

2）恒流部分

运用仪表放大器来采集电压，使用INA122来进行设计，由于最大电流时1A，采样电阻采用0.1欧，进入仪放的电压是由0.1V左右，我们需要仪放输出5伏电压。

那么放大倍数在50倍左右。

可以实现横流的功能。

但是由于此仪放需要正负供电，增大电路的复杂性，不利用系统的稳定。

采用美国国家半导体公司的LMP8645高精度电压采样芯片，该芯片能够工作在-2—42V的共模电压下，可以很好地满足本题目的要求，而且该芯片的外围电路简单。

设计方便，使用芯片能够简化电路，使电路的模块化提高。

方案采用：

因此我组采用方案二。

3）AD采样电路

本组采用美国国家半导体公司的ADC121C021芯片，该芯片是12位高精度串行AD芯片，并且具有多个寄存器，还具有过压警报功能。

AD供电采用TL431来供电，可以使AD的基准电压很精确。

4）辅助供电系统

本组采用美国国家半导体公司的LMZ14023高效率开关电源芯片来为单片机系统和相关芯片供电，由于此芯片最大输出电压恰为5V，3A的电流输出能力，能够为单片机，AD，DA系统供电。

使得电路系统的模块化进一步加强。

：

控制器方案：

1，由于快速傅立叶变换FFT算法设计大量的浮点运算，由于一个浮点占用四个字节，所以要占用大量的内存，同时浮点运算时间很慢，所以采用普通的8位MCU一般难以在一定的时间内完成运算，所以综合内存的大小以及运算速度，我们采用Philips的32位的单片机LPC2148，它拥有32K的RAM，并且时钟频率高达60M，所以对于浮点运算不论是在速度上还是在内存上都能够很快的处理。

2，采用凌阳公司的16位单片机。

这一系列单片机驱动能力高、易扩展、功耗低、结构简单，并且中断处理能力强，其在语音处理识别领域具有较强的优势，但考虑到题目不需要语音识别功能，且其成本较高、体积较大，因此，放弃此方案。

凌阳16位单片机SPCE061A，集成有ADC、DAC、PLL、AGC等电路，并配有凌阳16位单片机集成开发环境（简称unSPIDE），支持标准C语言和汇编语言编程，使得开发方便、容易.

3，采用一片STC12C5A60AD作为数据采集与处理控制器、一片STC89C16RD+作为主控制器。

51系列单片机具有成本低、应用广泛、使用方便、外围电路简便等特点。

STC89系列单片机成本极低，体积较小，虽然速度较慢但完全满足主控制器的要求。

STC12系列单片机具有速度快，内置AD、PWM、PCA，比传统51单片机IO口多等特点，适合当做数据采集的控制器。

4，采用一片STC12C5A8960AD作为主控、一片STC89C516RD作为辅控单片机。

主控程序要涉及到液晶的显示，在需要图形显示时程序变化可能比较大，因此我们采用了STC系列的STC12C5A8960AD（它的存储器达到64KB，且自带模数转换器A/D和PWM、及EEPROM存储器、有P4口）STC89C516RD可以充分满足我们的要求。

另外，此类芯片具有支持掉电唤醒的管脚，并且具有超强抗干扰能力、高可靠性、低电磁辐射、超低功耗、强驱动能力、高速度、系统结构简单、价格低廉等优点，因此，我们最终选用它们作为系统的主、从控制芯片。

5，采用现在比较通用的51系列单片机。

51系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，但此系列单片机是8位机，处理速度不是很快，资源不够充足，而且其最小系统的外围电路都要自己设计和制作，使用起来不是很方便，故不采用。

6，采用SPCE061A单片机来实现，此单片机I/O接口比较多，易于扩展外围电路，开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可以用于语音采集和播报。

集成开发环境中配有很多语音API函数，实现语音播放比较简单，另外方便的是该芯片内置在线仿真，编程接口，可以方便实现在线调试，这大大简化了系统的开发和调试的复杂度。

（采用凌阳公司的16位单片机作为系统控制器。

此单片机高可靠性、功能强、高速度、编程灵活，自由度大，电源抗干扰性强，软件编程可实现各种算法和逻辑控制。

其内部集成了AD、DA模数转换器；

PWM、SPI等通信口及丰富的中断源，并且它的功耗低、成本低，实物的硬件布线比较简单，与51单片机、

PIC单片机相比运行效率高很多、芯片内部的Flash、EEPROM、SRAM容量较大且全部支持在线编程烧写。

）

7,采用SPCE061A单片机来实现，此单片机I/O接口比较多，虽然易于扩展外围电路，但不方便位寻址，且没有总线。

开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可以用于语音采集和播报。

但内部开发函数不是很了然，且占用内存太大，且模组比较贵，不经济，性价比比较高。

8，采用现在比较通用的51系列单片机。

51系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，虽然处理速度不是很快，但资料丰富，系列之52单片机，内部集成8kflash空间，256BRAM区，足以实现设计程序，不需要外扩，而且其最小系统板已经设计好，不需要附加太多的外围电路，可以方便可靠的使用。

本设计需要网络控制，需要多块控制板，单价也要考虑在内，51系列单片机造价低，不会耗费太大开销。

（价格低，技术成熟，性能稳定）

9，控制模块采用STC89C52单片机，52单片机属于51系列单片机，有四个I\O口，两个外部中断，三个定时器，一个串行通信接口；

两级中断优先级，8kflash内存，256字节RAM区,支持非易失性存储技术，兼容标准MCS-51指令系统，本开发板的最小系统已经完善，常用外围电路已经焊接在最小系统板上。

方便应用，多点控制廉价。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，可以满足对端口数目的，降低开发成本。

（本系统采用AT89S52单片机，at89s52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得at89s52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

故选择AT89S52单片机作为本系统的控制器。

10，采用周立功公司的32位单片机EasyARM2131。

该单片机I/O资源丰富，具有强大的存储空间，芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，但对编程要求较高，且价格较为昂贵。

11,采用ATMEL公司的AVR单片机作为系统控制器。

此单片机高可靠性、

功能强、高速度、编程灵活，自由度大，电源抗干扰性强，软件编程可实现各种

算法和逻辑控制。

PWM、SPI等通信口及丰富的中断源，并且它的功耗低、成本低，实物的硬件布线比较简单，与51单片机、PIC单片机相比运行效率高很多、芯片内部的Flash、EEPROM、SRAM容量较大且全部支持在线编程烧写。

12，EasyARM1138嵌入式微处理器采用了LuminaryMicro公司Stellaris系列基于Cortex-M3内核的LM3S1138芯片，该芯片包含一个低压降的稳压器，集成的掉电复位和上电复位功能，仿真比较器，10bit的ADC，SSI，GPIO，看门狗和通用定时器，UART，I2C及运动控制的PWM等各种丰富的外设功能，可直接通向GPIO管脚，不需要特性的复用[1]。

非常适合用作智能型充电器的控

制单元。

采用ATMEL公司的AT89S52。

51单片机价格便宜，应用广泛，但是功能单一，系统需要增加语音功能，还需外接语音芯片，实现较为复杂；

另外51单片机需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。

采用凌阳公司的SPCE061A单片机作为控制器的方案。

该单片机I/O资源丰富，并集成了语音功能。

芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，大大简化了系统开发调试的复杂度。

采用AT89C51单片机进行控制。

51单片机外接A/D和D/A比较简单，操作方便，但是由于本题的功耗要求特别严格，对效率的提高不利。

采用低功耗单片机C8051F020，这是一个完全集成的混合信号系统级MCU芯片。

内部集成12的A/D和D/A芯片，且这个单片机管脚丰富，操作完全与51单片机兼容。

采用JTAG方式，可通过USB口在线下载调试，使用十分方便，并且低功耗便于整体效率的提高。

方案1：

采用ATMEL公司的AT89C51作为系统的控制器。

51单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，成本低，被各个领域广泛应用。

但51单片机功耗较高，内存只有8Kb，考虑到本系统软件编程较为复杂，对单片机内存要求较高，我们放弃了这个方案。

方案2：

选择凌阳公司的SPCE061A单片机，它是16位微处理器，具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低（3.3V电压）、结构简单、中断处理能力强等特点，内嵌32k字闪存FLASH，处理速度高，尤其适用于数字语音播报和识别等应用领域。

采用AT89C51单片机进行控制。

用AT89C51进行控制比较简单，但是51单片机资源有限，控制输入输出，需要外接8279之类的芯片进行I/O扩展。

采用SPCE061A单片机进行控制。

SPCE061A凌阳单片机具有强大功能的16位微控制器，它内部集成7路10位ADC和2通道10位DAC，可以直接用于电流测量时的数据采集，以及数字控制输出；

I/O口资源丰富，可以直接完成对键盘输入和显示输出的控制；

存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储。

采用SPCE061A单片机，能将相当一部分外围器件结合到一起，使用方便，抗干扰性能提高。

采用目前比较通用的51系列单片机。

此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大。

虽然该系统采用单片机为核心，能够实现对外围电路的智能控制，但核心控制部件使用89C51时，为达到设计精度的要求，外围电路必须加上12位的A/D和D/A，这就使得整个系统硬件电路变得复杂，而且12

位的A/D和D/A器件价格较高,使得系统的性价比偏低。

采用凌阳16位SPCE061A单片机。

此单片机功能较强、兼容性好、性价比高；

具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗小以及具有较高的数据处理和运算能力，系统最高时钟频率可达49MHz，运行速度快；

而且由于凌阳SPCE061A单片机内部集成了A/D、D/A转换器，不需外加A/D、D/A器件。

通过采样取样，结合内部A/D、D/A，构成闭环反馈调整控制。

此种方案既能实现智能化的特点，简化硬件电路，提高测量精度，同时也能利用软件对测量误差进行补偿，这给调试、维护和功能的扩展、性能的提高，带来了极大的方便。

输入方案：

一线式键盘扫描。

这种键盘布线简便，编程简单。

在充分考虑I/O口的分配下，但这种方式使用的数较多，不利于扩展多个按键。

凌阳单片机自带1*3键盘，方便实用。

方案三：

按键通过I/O发送信号给主控系统，实现对液晶显示屏菜单切换的操作。

键盘和显示电路采用芯片8279，可以实现对键盘和显示器的自动扫描，识别闭合键的键号，完成显示器动态显示，可以节省处理键盘和显示器的时间，提高工作效率。

本系统设置了一个8279的接口电路，供用户扩展键盘和显示器所用。

8279与单片机的许多信号是兼容的，可直接连接，十分方便。

采用集成芯片8279控制键盘，单片机资源占用少，响应稳定，这样单片机可以很方便的控制，但功耗高

方案五:

采用2*4矩阵键盘（见附录图3），软件消抖，即接收到按键信号，延时10ms后，如果还保持按键电平则认为是有键按下，否则视为无效按键。

键盘识别采用线反转法：

先对51单片机P1口低四位送低电平，读取P1口高两位的值；

再对P1口高两位送低电平，读取P1口低四位的值，将两次读到的值组合在一起就得到了按键的特征码，再根据特征码查找键值。

方案六：

按键直接接在I/O口上，编程简单，应用方便，且满足要求，在没有键按下时根本没有任何功耗。

7，键盘显示电路设计

键盘采用普通的4×

4矩阵式键盘，共有16个按键。

本系统采用凌阳128×

64点阵式SPLC501液晶显示模块。

这种显示方式非常直观，用户可以从显示器上看到很友好的界面，而且点阵式LCD的显示内容非常灵活，用户可以同时从显示器上看到汉字提示和两个电流值：

其一为预先设定的电流值，即期望值；

其二为输出电流的实测值。

正常工作时两者相差很小。

一旦出现偏差较大的状况，在一定范围内系统能自动调整，使误差满足精度要求。

由于SPLC501液晶模组的资料在凌阳大学网站可以下载到，这里不再赘述。

8,单片机系统采用的按键可分为独立式按键和矩阵式按键。

独立式按键是各按键相互独立，每个按键占用一根I/O端线，每根I/O端线上的按键工作状态不会影响其他I/O端线上按键的工作状态。

独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个暗键必须占用一根I/O端线，在按键数量较多时，I/O端线耗费较多，且电路结构繁杂。

故这种形式适用于按键数

量较少的场合。

矩阵式键盘，矩阵式键盘I/O端线分为行线和列线，按键跨接在行线和列线，经限流电阻接+5V电源上，4×

4行列结构可连接16个按键，组成一个按键。

与独立式按键相比，16个按键只占用8根I/O端线，因此使用于按键较多的场合。

放大电路选择：

采用单一增的电压放大电路，要改变放大倍数时，则需采用切换外部电阻的方式，这种方式每一种增益都需要一套不同的电阻，因此只能有有限的几种增益，电路结构和切换过程都较复杂，而且切换速度慢，使用也不方便，切换不同的电阻还可能使放大器的输入阻抗发生变化，从而影响精度。

采用可编程的放大器AD603，AD603是一种低噪声且由电压控制的增益放大器。

提供精确的、可由管脚选择的增益，且是线性变化的，在温度和电源电压变化时有很高的稳定性，完全可以满足本方案的要求。

（1）采用三极管进行放大，利用三极管多级放大原理Au=Au1Au2……Aun根据三极管的多级放大特性，在计算各级电路的电压放大倍数时，必须考虑后级的输入电阻对前级电路电压放大倍数的影响。

（2）采用通用集成块TL084进行放大，根据集成运放同向输入比例运算原理Au=1+Rf/R其中Rf为反馈电阻，R为反向接地端，改变R与Rf的阻即可以改变放大倍数。

也可以采用多级放大Au=Au1Au2…Aun由于集成运放的静态工作点比三极管的计算，输入阻抗高，可以减少后级的输入对前级电压放大倍数的影响。

所以在此选择方案二。

显示方案：

采用LED数码管显示器。

LED数码管亮度高，醒目，经济实惠，方便控制，但其占用单片机接口太多，显示信息量较小，且不能显示汉字，占用I\O接口太多，动态显示占用CPU时间较多，不方便数据处理，静态显示则需要外接译码器和锁存器，最重要的是传输数据较多时不能清楚明白显示数据信息，不方便信息读出，不能很好的满足需要，因此，放弃此选择。

采用LCD12864液晶显示器。

LCD12864有明显的优点：

外形简洁美观，界面清晰度高、低功耗，并且有强大的汉字显示功能，显示信息量大，字迹清晰、美观、视觉舒适，价格低廉，使用时可用中文LCD液晶进行菜单显示，这样使得整个控制系统更加人性化。

（串口控制只需要四个I\O口，操作简单方便。

）抗干扰能力强，调用方便简单，而且可以节省了软件中断资源。

其缺点在于显示内容需要存储字模信息，需要一定存储空间，并且点阵型液晶功耗比较大，不适合本设计。

（视觉舒适，而且容易控制）

采用８位带小数点的SMS0801B显示。

此LCD显示是段码型的，功耗比较小，且为串行操作，本设计要显示的数字不是很多，SMS0801B完全能满足要求。

显示输出选择LCD1602：

该液晶显示器价格低廉，虽不支持中文，但内含128个字符的ASCII码字符集字库，并行接口，有背光，可以满足要求。

（显示电路设计