基于单片机的恒流电源的设计与实现Word下载.docx
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人机接口采用4×
4键盘及LED数码管显示器,控制界面直观、简洁,具有良好的人机交互性能。
在软件设计上采用增量式PID控制算法,即数字控制器的输出只是控制量的增量。
该系统已基本达到预期的设计目标,具有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点,可以应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。
关键词:
恒流源;
PID控制算法;
数字控制;
单片机
ABSTRACT
Theconstantcurrent,isonekindcanprovidetheconstantcurrenttotheloadthepowersource.Thereforetheconstantcurrentapplicationscopeiswidespread,andinmanysituationsisessential.Itbothmayprovidethebiasforeachkindofamplifyingcircuitbytostabilizeitsstaticoperatingpoint,andmaytakeitsactiveload,enhancestheenlargementfactor.Andinthedifferentialmotionamplifyingcircuit,thepulseproducedintheelectriccircuittoobtainthewidespreadapplication.
InthepaperwedesignedaDCconstant-currentpowercontrolledbasedonSCM.ThesystemadoptAT89S52ashardcoreandthemaincircuitofconstant-currentsourceconsistofdarlingtondeviceTIP122andoperationalamplifierOP07whichhashighCMRR(CommonModeRejectionRatio)andlowtemperatureshift.Moreover,weadopt12bitD/AchipMAX532and16bitA/DchipAD7715torealizeareal-timetestandcontroltothecurrentoutputcontrolledbasedonSCM.Thedisplayinterfacewith4×
4keyboardtechniqueandLEDenablesoperatortoreadthescreenmoreintuitively.ThispaperadoptincrementalPIDcontrolalgorithminsoftwaredesign,namelytheoutputofdigitalcontrollerisjusttheincrementofcontrolledvariable.Incrementalcontrolisalittleimprovementatalgorithm.However,ithassomeadvantageasfollows:
first,accumulatingisnotneededinequation,thedecisionofincrementisjustinvolvedinlastthreesamplingvaluesanditcanobtaingoodcontrolledeffectwithweightedprocessing.Next,thecomputeroutputonlycontrolledincrementeverytime,namelythevariablevalueofpositioncorrespondingoperator.Sotherangeofinfluenceissmallanditwillnotaffecttheproductionprocesswhenthemachinegetoutoforder.
Thissystemarmedcomprehensivefunctionalitiesinthefollowingaspects:
powersuit,highcredibility,simplecircuitdesign.Itcanbeusedflexiblyinthedomainwhichinademandofhigh-stableconstant-currentsourcewithsmallpower.
Keywords:
Constant-currentsource;
PIDcontrolarithmetic;
Digital-control;
SCM
第一章绪论
众所周知,许多科学实验都离不开电源,并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求,然而目前实验所用的直流电源大多输出精度和稳定性不高;
在测量上,传统的电源一般采用指针式或数码管来显示电压或电流,搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值:
使用上若要调整精确的电压或者电流输出,须搭配精确的显示仪表监测,又因电位器的阻值特性非线性,在调整时,需要花费一定的时间,况且还要当心漂移,使用起来非常不方便。
因此,如果直流电源不仅具有良好的输出质量而且还具有多功能以及一定的智能化,以精确的微机控制取代不精确的人为操作,在实验开始之前就对一些参数进行预设,这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效。
1.1恒流源的应用
1.1.1在计量领域中的应用
电流表的校验宜用恒流源。
校验时,将待校的电流表与标准电流表串接于恒流源电路中,调节恒流源的输出电流大小至被校表的满度值和零度值,检查各电流表指示是否正确。
在广泛应用的系列自动化仪表中,为避免传输线阻抗对电压信号的影响,其现场传输信号均以恒流给定器提供的适用于系列自动化仪表或适用于系列自动化仪表直流电流作为统一的标准信号,便于对各种信号进行变换和运算,并使电气、数模之间的转换均能统一规定,有利于与气动仪表、数字仪表的配合使用。
在某些精密测量领域中,恒流源充当着不可替代的角色。
如给电桥供电、用电流电压法测电阻值等。
各种辉光放电光源:
如光谱仪中的氢灯、氖灯,一旦被点燃,管内稀薄气体讯速电离。
由于离化过程的不稳定性并恒有增加的倾向,放电管中的电流将随之上升。
因此,在灯管上加以恒定电压时,它是不稳定的,其电流值可能增大到使灯管损坏。
为了稳定放电电流,从而稳定灯管的工作状态,最好采用恒流源供电。
各种标准灯如光强度标准灯等的冷态电阻接近于零,在使用时为防止电流冲击,一般通过调压器或限流电阻逐步加大电流至额定值,既不方便,又不安全。
特别是,使用这些标准灯时,必须控制通过灯丝的额定电流不变,否则灯丝内阻的变化将影响灯的发光稳定性。
因此,采用恒流源供电更为合理。
在电位差计中如果使用恒流源则可免去校正工作电流这一环节。
1.1.2在半导体器件性能测试中的应用
半导体器件参数的测量常常用到恒流源。
例如,测量晶体管的反向击穿电压时,若预先将恒流源调至测试条件要求的电流值,则对不同击穿电压的晶体管无须调整就可由电表或图示仪表直接读出击穿电压的数值。
不仅提高了测试效率,延长了仪表的使用寿命,而且限制了反向电流,不致损坏被测晶体管。
半导体器件参数的测量也必须采用恒流源。
例如,用光电导衰退法测量材料的少数载流子寿命,用半导体霍尔效应测量材料的电导率、迁移率和载流子浓度等,因为半导体材料的电阻率对温度、光照极为敏感,若采用稳压电源,当电阻率改变时,测试电流也会变化,从而影响被测材料的参数值。
为了保持测试电流不变,只有采用恒流源供电。
1.1.3在传感器中的应用
目前,在科技和生产部门广泛应用的各类物性型敏感器件,如热敏、力敏、光敏、磁敏、湿敏等传感器,常常采用恒流源供电。
这不仅因为许多敏感器件是用半导体材料制成的,还因为这样可以避免连接传感器的导线电阻和接触电阻等的影响。
1.1.4现代大型仪器中稳定磁场的产生
在许多医疗诊断仪器中,如断层扫描仪和超导磁源成像仪中的磁场均要求很稳定。
否则会造成严重的测量误差。
如果采用稳压电源,由于电磁铁线圈工作时发热等原因会使其阻值改变,因而供电电流变化,导致磁场不稳定。
如果采用恒流源供电就能克服上述缺点。
因此,凡是要求磁场十分稳定的装置,就必须采用恒流源供电。
所以,在核物理实验装置中,如粒子加速器、质谱仪、β谱仪以及云雾室,都必须采用恒流源供电。
众所周知,在电子显微镜中焦距越小,放大倍数越大。
为了提高放大倍数,就必须使焦距缩短,而焦距与磁场强度有关。
如果磁场不稳定,则磁场强度也不稳定,从而使电子在焦点以外的磁场再次聚焦,甚至多次聚焦,而多次聚焦会使成像质量变坏。
因此,必须采用恒流源供电。
1.1.5在长延时热脱扣试验中的应用
恒流源在照明电器的调光、电加热设备的调温、热继电器、断路器、熔断器、蓄电池性能的测定等中有广泛的应用。
如断路器、热继电器、熔断器等低压电器广泛的应用于输、配电网络断路器一般都有过流、短路、过载保护功能,保护功能的实现过程为检测元件实时监测电压、电流,如果超过预设阀值,断路器的脱扣器动作、触点分开、分断电流。
长延时热脱扣试验是每一台低压电器出厂检验和型式检验的必做项目,检验的目的是考核产品的热效应,电流与热量之间是平方关系,为保证温升检验的准确性,测试正弦电流必须稳定、精确。
根据国家标准一要求,长延时热脱扣试验的电流误差不大于士,如果通过变压器直接对断路器施加一个测试电压,在测试过程中,由于电网电压的波动、载流回路中引线电阻变化、负载本身电阻变化,测试电流随之变动,将不能满足国标要求,所以需要交流恒流源为其提供恒定的交流电流。
同时,在现代机场助航调光系统中也极为需要交流恒流源。
1.1.6在其它领域中的应用
在用普通的充电机充电时,随着蓄电池端电压的逐渐升高,充电电流相应减小,为保持正常充电,必须随时提高充电机的输出电压。
采用恒流源充电,就可以不必调整,即使从充电装置中加入或移去部分蓄电池也不影响正常充电,从而使劳动强度降低,生产效率提高。
许多电真空器件,如示波管、显像管、功率发射管等,它们的灯丝冷电阻很小,当用额定电压点燃时,在通电瞬间电流很大,常常超过灯丝额定电流许多倍。
这样大的冲击电流容易使灯丝寿命缩短。
为了保护灯丝,最好采用恒流源供电。
当灯丝从冷到热变化时,通过灯丝的电流保持稳定。
对于价格昂贵的大功率发射管或要求电真空器件的工作十分稳定时,恒流源供电尤为重要。
除此之外,线性扫描锯齿波的获得,有线通信远
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- 基于 单片机 流电 设计 实现