1、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 日学生姓名: 学号: 0703030122 专业: 测控技术与仪器 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
2、）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
3、： 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
4、 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 Visual C+开发平台，实现了对电子负载老化电压、老
5、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ABSTRACTElectronic load can save less energy and is smaller in size and more efficient than resistance load. Therefore, electronic load is general
6、ly used to power, communication, automobile, accumulator and so on. Electronic load is becoming increasingly the hotspot. The electronic load includes of digital controller, detection and driver circuit and communication circuit. Digital controls the on and off time of the MOS transistors witch expe
7、nd energy of the power supply. It is realized that the parameter of the power be controlled steadily.The system mainly was composed by two parts. One is the data acquisition and related actions for the next bit plane. The other is remote monitoring of the host computer.The next bit plane scheme of d
8、irect current electronic load is analyzed, especially the hardware and software realization is discussed particularly in the paper, and a reasonable solution scheme is presented. For the sake of the control and functional expansion, ATmega88, AVR microcontroller produced by ATMEL Corporation, is use
9、d as the core controller of whole control circuit. Control circuit includes of detection circuit, communication circuit and driver circuit. Through the coordination of the software and hardware, the design can be realized. The microcontroller output will be PWM waveforms with different duty cycle. A
10、ccording to control the on and off time of the MOS transistors, the current of FET can be regulated.The electronic load monitoring system base on AVR microcontroller monitor the input voltage and current by the electronic load in real time. Realized single host computer monitor a mass of next bit pl
11、ane, greatly reducing the redundancies and tend to improve the working conditions. So it can get some guiding significance for the actual production.Key Words: Electronic load; ATmega88; PWM; Monitoring system-i-目 录第一章 绪论 .11.1 研究背景.11.2 研究意义.21.3 电子负载研究现状.21.4 本课题研究的内容.3第二章 电子负载系统分析 .52.1 电子负载系统方案.
12、52.2 硬件和软件功能的分配与协调.62.2.1 软件设计.62.2.2 系统软件和硬件联机调试.62.3 工业控制及集中控制系统.6第三章 系统硬件设计 .93.1 核心处理器.93.2 直流稳压电源设计.133.2.1 直流稳压电源的基本原理.133.2.2 三端固定式稳压器.143.2.3 系统供电设计.153.3 电压及电流数据采集.163.4 I/O 扩展 .193.5 PWM 控制电路 .213.6 通信电路设计.22第四章 下位机软件设计 .244.1 下位机软件总体设计.244.2 数据采集及计算.254.3 PWM 程序设计 .274.4 I2C 程序设计.284.5 通信
13、程序设计.354.5.1 单片机 USART0 口 .354.5.2 通信协议.384.2.3 电压电流数据采集.39-ii-4.2.4 ADC 基准电压 .404.2.5 通讯地址设定.41第五章 上位机软件设计 .445.1 Windows 程序内部运行机制 .445.2 串口通信.455.3 数据录入与显示界面设计.465.3.1 主页面设计.465.3.2 设置界面设计.475.4 程序设计.475.4 运行结果及分析.51第六章 总结 .55参考文献 .56致谢 .58附录 A 硬件电路图 .59湖南科技大学本科生毕业设计（论文）-1-第一章 绪论1.1 研究背景自第一只晶闸管问世以
14、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)
15、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
16、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。
