完整版基于AVR单片机电子负载监控系统设计毕业论文.docx

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完整版基于AVR单片机电子负载监控系统设计毕业论文

湖南科技大学

毕业设计（论文）

题目

基于AVR单片机电子负载监控系统设计

作者

学院

专业

学号

指导教师

湖南科技大学

毕业设计（论文）任务书

机电工程学院测控技术与仪器系（教研室）

系（教研室）主任:

（签名）年月日

1设计（论文）题目及专题：

基于AVR单片机电子负载监控系统设计

2学生设计（论文）时间：

自2011年3月1日开始至2011年6月8日止

3设计（论文）所用资源和参考资料：

4设计（论文）应完成的主要内容：

5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：

6发题时间：

年月日

指导教师：

（签名）

学生：

（签名）

湖南科技大学

毕业设计（论文）指导人评语

[主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价]

指导人：

（签名）

年月日

指导人评定成绩：

湖南科技大学

毕业设计（论文）评阅人评语

[主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价]

评阅人：

（签名）

年月日

评阅人评定成绩：

湖南科技大学

毕业设计（论文）答辩记录

日期：

学生：

学号：

班级：

题目：

提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：

1设计（论文）说明书共页

2设计（论文）图纸共页

3指导人、评阅人评语共页

毕业设计（论文）答辩委员会评语：

[主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价]

答辩委员会主任：

（签名）

委员：

（签名）

（签名）

（签名）

（签名）

答辩成绩：

总评成绩：

摘要

电子负载与传统的模拟电阻性负载相比具有节能、体积小、效率高等优点，在电源、通讯、汽车、蓄电池等领域得到了较好的应用，并已成为当前研究的热点。

电子负载由数字控制器、检测与驱动电路、通讯电路等组成，数字控制器控制MOSFET或晶体管的导通量（占空比大小），实现对电源参数的稳定控制。

本设计主要包括两部分：

数据采集及相关动作的下位机和实现远程监控的上位机。

下位机从直流电子负载系统方案分析入手，讨论了整个系统的硬件电路和软件实现，并给出较为合理的解决方案。

为便于控制的实现和功能的扩展，采用了ATMEL公司的AVR单片机ATmega88作为核心控制器，设计了控制电路、检测电路、通讯电路和驱动电路，通过软硬件的协调配合，实现了整个设计。

单片机输出不同占空比的PWM波形，控制MOS管的导通和关断时间，调节流过场效应的电流。

上位机使用VisualC++开发平台，实现了对电子负载老化电压、老化电流等数据的实时显示，上位机设置负载电流大小，电压超限报警等功能。

基于AVR单片机的电子负载监控系统实时监测输入电子负载的老化电压、老化电流，实现单个上位机监控大量下位机的功能，极大的减少了人员冗余，改善了工作人员的劳动条件，对实际生产具有指导意义。

关键词：

电子负载；ATmega88；PWM；监控系统

ABSTRACT

Electronicloadcansavelessenergyandissmallerinsizeandmoreefficientthanresistanceload.Therefore,electronicloadisgenerallyusedtopower,communication,automobile,accumulatorandsoon.Electronicloadisbecomingincreasinglythehotspot.Theelectronicloadincludesofdigitalcontroller,detectionanddrivercircuitandcommunicationcircuit.DigitalcontrolstheonandofftimeoftheMOStransistorswitchexpendenergyofthepowersupply.Itisrealizedthattheparameterofthepowerbecontrolledsteadily.

Thesystemmainlywascomposedbytwoparts.Oneisthedataacquisitionandrelatedactionsforthenextbitplane.Theotherisremotemonitoringofthehostcomputer.

Thenextbitplaneschemeofdirectcurrentelectronicloadisanalyzed,especiallythehardwareandsoftwarerealizationisdiscussedparticularlyinthepaper,andareasonablesolutionschemeispresented.Forthesakeofthecontrolandfunctionalexpansion,ATmega88,AVRmicrocontrollerproducedbyATMELCorporation,isusedasthecorecontrollerofwholecontrolcircuit.Controlcircuitincludesofdetectioncircuit,communicationcircuitanddrivercircuit.Throughthecoordinationofthesoftwareandhardware,thedesigncanberealized.ThemicrocontrolleroutputwillbePWMwaveformswithdifferentdutycycle.AccordingtocontroltheonandofftimeoftheMOStransistors,thecurrentofFETcanberegulated.

TheelectronicloadmonitoringsystembaseonAVRmicrocontrollermonitortheinputvoltageandcurrentbytheelectronicloadinrealtime.Realizedsinglehostcomputermonitoramassofnextbitplane,greatlyreducingtheredundanciesandtendtoimprovetheworkingconditions.Soitcangetsomeguidingsignificancefortheactualproduction.

KeyWords:

Electronicload;ATmega88;PWM;Monitoringsystem

第一章绪论

1.1研究背景

自第一只晶闸管问世以来，电力电子技术逐渐登上了现代电气传动技术的舞台，成为国际上竞争最激烈的高新技术领域之一。

随着电力电子技术的发展，各类电力电子装置也应运而生，并且得到了越来越广泛的应用，如有源电力滤波器（APF）、不间断电源（UPS）、静态无功补偿器（SVG）、交直流稳压电源、通讯电源、柴油发电机、蓄电池、车载电源等，这些产品的出厂试验，如可靠性试验（老化放电试验）、输出特性试验等场合都要用到负载测试，以考察其技术指标和性能。

与这些电子产品的发展不协调的是目前国内外对这些产品的测试技术却未得到相应的发展，一般都采用传统的静态负载（如电阻、电阻箱、滑线变阻器等）能耗放电的办法进行。

但它们存在如下一些缺点：

（l）电阻一般采用有级调节，很难满足阻值连续变化情况以及负载形式灵活变化的要求;

（2）传统的负载形式单一，实际应用中很多负载都要求是动态变化的，如消耗功率是温度、时间、频率等的函数，也可能是要求恒定电流、恒定电压、恒定阻抗、不同功率因数或非线性形式的负载等。

传统的静态负载模拟不了复杂的负载形式。

（3）电阻功率较小，在长时间大电流试验环境下容易造成电阻老化和烧损

（4）试验电能全部消耗在电阻上，造成巨大的浪费;

（5）负载设备体积庞大，占用很大空间，且不容易满足大功率试验的场合

（6）传统负载消耗的能量最终转化为热量，对散热造成巨大的负担。

由于传统试验方式存在诸多缺点，国内外的学者一直致力于研究更好的电源试验装置，主要解决负载的灵活调节以及试验电能的回馈问题。

模拟电子负载就是为了克服上述实验设备的缺点而研制的一种电力电子装置，是微机测控技术、电力电子技术和自动控制技术的综合应用。

它可以实现各种试验场合的负载条件，在传统的负载不能满足条件的情况下，如动态负载、非线性负载等，更能显示出其性能的优越性，对负载形式的调节可以通过软件形式来实现。

它体积小、安装使用方便，能够将待测设备的输出功率无污染的反馈给电网，其损耗仅仅是PWM变流器的开关损耗和线路损耗，从而在很大程度上减少试验过程中的能量损耗，有效的降低了试验成本。

由于在这过程中能量消耗很少，所以省去了庞大的散热设备，节约了安装空间，并且对于能源问题日益严峻的今天，研究模拟电子负载具有很大的经济意义，是科学发展观在科技学术问题上的指导和应用。

因此，电子负载模拟装置在实验室及电源等生产过程中有很大的应用空间，其市场前景非常广阔。

1.2研究意义

电力电子技术是近年来发展迅速的一种高新技术，它是集电力技术、微电子技术和信息控制技术于一体的一门新学科，广泛应用于机电一体化、电气传动、新能源、航天、核电、激光、材料等领域，有专家预言，在21世纪高度发展的自动化领域内有两项重要的技术，那就是计算机技术和电力电子技术。

随着半导体技术的不断发展，功率半导体开关器件性能不断提高，而功率半导体开关器件技术的进步，又促进了电力电子变流技术的迅速发展，尤其是各种电流控制技术不断出现和应用，这些成果为电力电子技术在电源测试领域的应用提供了理论和应用的基础。

电源的测试，本质上就是使电源按照一定的电流进行放电。

当负载恒定时，放电电流也恒定;当负载动态变化时，放电电流也相应地变化。

因此可以设想，如果采用电力电子变流装置作为负载对电源进行试验，精确控制电源的放电电流，那么从电源侧来看就如同对一个真实负载进行放电，从而可以模拟一个传统的自然负载。

进一步而言，如果采用有效的电流控制技术，能够在大范围内控制放电电流，就能模拟各种负载，包括一些动态变化的负载、谐波负载和非线性负载，使得一个电子负载就能满足任何试验场合。

再结合逆变技术，将试验能量全部无污染的回馈给电网，就能在完成对电源正常试验的同时有效地解决电能浪费问题。

如果采用大功率开关器件，就能使得电子负载具有足够大的容量，完成对大功率电源的试验。

另外，采用电子负