1、-154 -中国科技信息 2009 年第 14 期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jul.2009制 造1 、 硬件设计1.1微控制器模块采用 Atmel公司的 ATmaga16L单片机作为主控制器。 ATmaga16L 是一个低功耗， 高性能的 8位单片机， 片内含 16k空间的可反复擦写 100,000次的 Flash存储器， 具有 1 K b y t e s 的随机存取数据存储器（ RAM）， 32个 IO口， 2个 8位可编程定时计数器， 1 个 16 位可编程定时计数器， 四通道 PWM， 内置 8路 10 位 ADC， 硬件 SP
2、I和 TWI， 可编程看门狗电路， 抗干扰能力强， 可在电磁干扰环境下工作。1.2 电源模块采用三端集成稳压器 78XX 系列作稳压器件组成稳压电路。 三端式稳压器由启动电路、 基准电压电路、 取样比较放大电路、 调整电路和保护电路等部分组成。 其内部基准电压不受输入电压波动的影响，并且内部设计了减流式保护电路和过热保护电路， 能很好得保证稳压值的稳定。1.3恒流源模块微控制器控制由高精度运算放大器、精密采样电阻等组成的恒定电流源。 该电流源电路结合微控制器构成数控电流源。通过键盘预置电流值， 单片机输出相应的数字信号给 D/A 转换器， 通过 D/A 转换器输出的模拟信号送到运算放大器， 控
3、制基于 ATmega16 的充电器设计谢 祎 唐璇 高绪阳 陈言俊 山东大学物理学院 250100摘 要本系统从使用简单、 测试方便、 功能完备、 成本低廉， 用户界面友好出发， 通过多级电容滤除纹波干扰、 高精度运算放大器反馈电路精确输出设定电流和电压、 D/A 转换器和 A/D 转换器调节输出电流， 从而实现低纹波、 高精度的恒流源和恒压源输出。 以 ATmega16 单片机为控制核心， 开发了全中文菜单操作环境， 具有全中文显示， 通过键盘实现输出的调整， 并且有计时、 温度显示和过热 （ 60 ） 保护功能。关键词低纹波 ； 恒流 ； 恒压 ； 单片机 ； 过热保护电路电流大小。 实际
4、输出的电流再通过精密采样电阻采样变成电压信号， 通过 A/D 采样转换后将信号反馈到单片机中。 单片机将反馈信号与预置值比较， 根据两者间的差值调整输出信号大小。 这样就形成了反馈调节， 提高输出电流的精度。 当负载在一定范围内变化时具有良好的稳定性， 而且纹波电流较小、 精度较高。1.4 恒压源模块采用 AMS1117高效率线性稳压器和低漂移、 精密运算放大器 O P 0 7 构成恒压源。 AMS1117 克服了 78XX 系列的缺点，能提供很好的基准电压， 然后用 OP07 构成电压跟随电路， 将它与取样电阻进行隔离， 从而达到在一定范围内输出恒定电压的目的。1.5 A/D 转换模块采用
5、12 位高速 A/D 转换器 AD1674，其内置采样保持电路、 参考电压和时钟电路。 采样频率为 1 0 0 k H z， 转换时间为10s， 具有土 1 2LSB的积分非线性 (INL)以及 12 位无漏码的差分非线性 (DNL)， 满量程校准误差为 0 125， 数据可并行输出， 采用 8/12 位可选微处理器总线接口， 内带防静电保护装置 （ E S D ）， 其转换精度高。1.6 D/A 转换模块采用位高精度 D/A 转换器 AD669。片内集成了参考电压、 数据缓冲锁存器、输出运算放大器、 双层数据寄存器等电路， 单极性或双极性输出。 横拟输出信号干扰极小， 且可避免输出产生毛刺干
6、扰，精度很高。 使用时无需任何外围接口电路， 使用方便可靠。能满足系统所需要的低纹波、 高精度稳定输出。1.7键盘显示模块采用 LCD液晶显示器显示和两个按键输入。 采用 128 64点阵 LCD 液晶显示， 可视面积大， 画面效果好， 抗干扰能力强， 内置中文字库， 调用方便简单， 而且可以节省软件中断资源和宝贵的 I/O 口资源。 两个按键简单方便，可以很好的显示出需要表达的信息， 人机界面友好， 可以得到很好的交互。 此外， 本系统使用 DS1302 精确时钟芯片实现计时。1.8过热保护模块采用可编程单总线数字式温度传感器18B20 实现对负载温度信号的采集， 用作负载温度过热 （ 60
7、） 保护。 18B20直接输出数字信号， 省去了后继的信号放大及模数转换部分， 外围电路简单， 只有一根信号线作为单总线与 CPU 连接， 成本低。 18B20 的测温范围为 55 125，且在 10 85之间精度为 0.5。1.9系统总体方案系统结构框图如图 1所示。2 、 软件设计本系统的信号产生和反馈等都是通过硬件电路实现的， 单片机只是负责基准信号的产生和人机交互， 因此软件流程比较简单， 系统软件流程如图 2 所示。3 、 系统测试3.1系统稳定测试把精密可调电阻串联在系统恒流输出端， 改变其阻值， 并使用台式多用表对其进行电流大小测量。 从测试数据看出， 输出电流变化绝对值变化最大
8、为 2.74 mA，纹波电流最大值为 0.832mA， 输出电压变化绝对值变化最大值为 0.16V， 纹波电压图 1 系统结构框图-155 -最大值为 8.2mV， 系统恒流恒压效果很好， 可以作为理想的充电电源。3.2过热保护测试实际测试时， 用一热源靠近负载， 并用温度计测量负载附近温度， 当温度到 59时， 系统停止工作 ； 当负载温度回落到参考文献1 康华光， 陈大钦 . 电子技术基础模拟部分 （第四版） . 高等教育出版社2 马潮 .AVR 单片机嵌入式系统原理与应用实践 . 北京航空航天大学出版社3 谭浩强 .C 程序设计 . 清华大学出版社4 黄智伟 . 全国大学生电子设计竞赛训
9、练教程 . 电子工业出版社5 余孟尝 . 数字电子技术基础简明教程（第二版） . 高等教育出版社图 2 软件流程图5 0时， 系统恢复工作。3.3输入显示测试系统上电后， 在液晶上显示欢迎界面， 显示两秒后自动进入操作界面 （该界面为人性化动画界面）， 动态显示充电电流、 电压、 当前室温， 以及已充电时间。按下 tab 键在快充状态 （ 200mA） 和慢充状态 （ 100mA） 间进行切换， 再按下确认键进行确认， 操作单片机进入相应充电状态。4 、 结束语由于我们的电路全部由手工焊接而成， 对于高频信号的屏蔽不是很理想。 当系统正常工作时，实际输出电流和电压十分接近给定值， 且纹波较小。
10、 总的看来， 该简易数控充电电源有较好的高精度、 低纹波特性。 如果进行 PCB 制版， 对于信号线采取更有效的屏蔽， 电源采取更好的滤波措施， 我们的系统将会更加理想。号出现必须立即检修 ：1) 上限异常说明判断 ： 正常情况下第一上限位开关先于第二上限开关动作， 如在提升过程中出现第二上限位开关先于第一上限开关动作则判定为上限异常。2) 回路故障说明判断 ： 系统发去上升或下降指令但超过 2 秒没有收到就地接触器反馈信号则判定为回路故障。3)电机故障说明判断 ： 在自动调节过程中系统发出 30次上升或下降指令但系统还没有达到间隙正常的状态则判定为电机故障。4) 紧急提升超时说明判断 ： 系
11、统在人为触发紧急提升指令后超过 700 秒第一第二上限开关未动作则判定为紧急提升超时。2.6 系统调试在就地对每套间隙控制装置进行单回路操作测试， 并且检查机构动方向、 卡滞现象。在远方操作台上对每套间隙控制装置进单回路操作测试， 并且检查画面上机构动状态、 电流、 间隙指示等。3 、 改进效果改造前后实际漏风率情况见下表。从测试结果看出， 漏风率得到明显改善。4、 工作中存在的问题4.1 由于间隙探头保护套管应力过大，在扇形板下降到一定程度时产生超过探头支架在高温环境下的应力承受范围， 使探头不是紧跟扇形板上下动作， 导致小间隙情况下间隙值出现偏差， 不过由于回路中有过流保护功能， 下限不准确不会给设备带来太大影响， 但应力大过探头支架焊接力度时， 可能会出现旱口断裂情况， 严重影响测量真实值。4.2 在系统投入运行后， 经常出现 B1扇形板信号叠加， 提升指令超过设定的 10秒时间， 甚至将扇形板提升到上限开关动作的情况， B1扇形板切手动， 现还在进一步检查中 （注 ： 其它五个扇形板没有此情况出现）。上接第 149 页
