无线数控电源.docx

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无线数控电源

在线式温保稳压数控电源

设计者:

谭国醒,陈榕,徐耿炼,陈伟育,林俊波

出于对电子科技的热爱,我们以饱满的热情参加这次工程挑战杯,我们的作品是脱机式温保稳压数控电源!

为什么说是脱机式?

因为不需直接对电源本身进行操作,只需打开电脑,通过上位机对电源进行监控.我们参加这次比赛的目的是为了学习,选择数控电源也是因为它涉及的知识广阔,包含模电,数电,无线传送,单片机及上位机软件制作等.其中单片机包含到的知识就有:

中断,定时器,SPI四线同步串行通信,USBRT异步串行通信,PWM脉冲宽度调制,AD与DA转换,看门狗,EEPROM…是学习实践的首选.同时,电源也是一样很实用的东西.

联系人:

谭国醒

EMAIL570520907@

1研制背景及意义:

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。

电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。

当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。

随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。

随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。

电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。

只有满足产品标准，才能够进入市场。

随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。

数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。

这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。

在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。

但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。

因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。

单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。

新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。

从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。

目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。

2设计要求:

输出电压:

0-12V

步进电压:

0.1V

输出电流;0-1A

纹波:

小于10mV

数字显示电压值

扩展功能

1、稳压:

采用闭环稳压控制输出电压的稳定性,保证输出电压不会因负载的增加而减小,从而达到稳压效果.

2、温保:

以温度传感器DS18B20对系统温度进行实时监控,当系统温度大于28度时,单片机输出40%的PWM脉冲驱动散热扇,28度以后温度越高,输出的PWM脉冲宽度越宽,散热扇散热效果越强,有效控制电源系统的温漂.

3、脱机控制:

用上位机与2.4G无线数据传送控制电压输出.可以通过上位机控制电源输出0-12V电压值,让电源进行0.1V步进,以及确定选定电压保存在EEPROM中,下次开机自动启用EEPROM中的电压值.同时,电源也向上位机发送它的电压值与温度值在电脑上显示.脱机式控制的好处是解决了工业上危险地带电器电源控制与维护困难这一问题,同时对一般的电器电源维护也十分有用,只要打开上位机,就可对它进行实时监控.

4.过流保护:

由于设计电流输出为0-1A,稳压部分的用放大倍数为50的放大管,运放用输出电流为25mA的LM358,保证最大输出电流在1A高一点,输出是用一1.2A的可修复式保险丝.

2.1电器控制：

图1

图2

对于稳压部分,采用闭环反馈系统.有两种方案:

一.如图1,用两电阻输出电压分压,采用单片机的AD进行电压采集,通过软件进行比较与反馈,好处是有效减小反馈系统的有差性,缺点是当单片机程序较大时或存在有较大的延时时比较时间过长,反馈进行时间长.

二.如图2,以一运放作为分压采集工作,比较时间快,精准度高

由于我们设计的系统中用有DS18B20,由于DS18B20是以一线总线作为驱动,它的驱动需要一较大的延时,因此方案一不适用,选取方案二.

3理论设计计算

（1）输入电压UI的确定

由模电知识：

因设计指标：

Uomax=12V一般UCES=2V

故UImax=14V

考虑电源电压波动10%，则：

0.9UI>14V即UI>16V

取UI=18V

这里我选18V,30W的变压器滿足条件

（2）调整管参数选择（三个极限参数）

设计指标：

ILmax=0~1AUo=0~12V

由模电知识：

ICmaxIEmax=IR1+ILmaxILmax=1A

UCEmax=UImax-Uomin=1.1UI=1.118=20V

PCmax=ICmaxUCEmax=1A20V=20W

选管子，使

注意管子类型，PNP还是NPN。

所以这里我选TIP31,它的耐压值为100V,集电极电流3A,放大倍数为50,最大功率40W

（3）运放的选取

设计指标：

设计指标：

ILmin=0~1AUO=0~12V

运放输出电流：

=1A/

运放输出电压：

=12+0.7=12.7V

运放电源电压：

必须大于运放的输出电压。

运放要求>12.7V1A/

上面用=50,这里我选LM358,它的输出电流为

25mA,供电电压为正负16伏,滿足要求

（4）取样电路R1、R2的选取

设计指标：

Uo=0~12V步进值为0.1V

输出电压：

步进值：

则：

R1、R2比例越大，调整越困难，故应选择合适的。

实际电路中，R1可用一个固定电阻和一个可调电阻串联，以便于调整比例。

（5）纹波小于20mV的设置

4工作原理及性能分析

数控基准电源部分,采用一个DA芯片与一动放组成,有两种方案

（1）采用并行DA转换芯片DAC0832与一运放结合,精度高,易编程,但占用IO口多,电路烦锁

（2）采用串行10位DA转换芯片TLC5615,内部集成了运放,无需外接,占用IO口少,温保性强,精度高,编程较难度增加.

综上所述,选取方案二.

显示部分采用1602液晶显示,无线部分采用NRF24L01通过ISP与单片机进行通信,单片机通过异步串行USBRT与上位机通信,本作品难点在于硬件与软件的工程量都比较大,调试起来用时多.由于程序较大,采用看门狗防止程序跑飞.

实物图:

上位机软件:

5创新点及应用

采用脱机式控制是我们做电源的一个创新,于它对工业上危险地带电器的控制与维护十分有用,同时,对于科技不断创新的今天,家电智能化是迟早的事,以后可能电脑控制家里的一切电器,脱机式控制很有前景.