驱动电源设计范文1
关键词：TFT液晶汽车仪表；硬件系统设计；低静态功耗
1引言
汽车仪表是反映车辆各系统工作状况的装置，是人与汽车的交互界面，为驾驶员提供所需的运行参数、故障、里程等信息，是每一辆汽车必不可少的部件。一般由前框、后壳、显示屏、指针、印制电路板、蜂鸣器等部件组成[1-2]。随着科技的发展，TFT（ThinFilmTransistor）液晶汽车仪表已普遍使用，在整车电气系统日趋复杂的情况下，汽车仪表所接收和处理的信息日趋增多，为了满足仪表乃至车辆长时间停放后仍能正常工作的要求，静态电流是一个关键性指标。本文基于MB91F594设计了一款低静态功耗的TFT液晶汽车仪表，此硬件系统设计方案性能可靠稳定，满足乘用车量产产品设计需求。2TFT液晶汽车仪表的系统描述汽车仪表正常工作电压在8V~16V，当电压小于低压值，进入低压保护状态，此时扬声器静音，指针背光灯、表盘背光灯、LCD显示屏背光灯均熄灭，步进电机指针冻结，报警指示灯变暗直至熄灭。当电压大于高压值，进入高压保护状态，此时扬声器静音，指针背光灯、表盘背光灯、LCD显示屏背光灯均熄灭，步进电机指针冻结，报警指示灯熄灭。当电压低于6V或者大于18V，汽车仪表处于无法工作状态。汽车仪表的静态功耗需要控制在3mA以内。整车上电（KL30上电）时，各指针归零，仪表进行自检；自检未完成时发动机点火（KL15上电），仪表需完成自检，再进入正常工作模式；自检未完成时，引擎运行，则自检终止，仪表进入正常工作状态；指示灯在点亮数秒后，根据输入信号状态，进入正常工作状态；LCD显示屏在经过数秒开机动画后，进入正常显示状态；步进电机的指针从零位平缓同步指向最大指示位置，而后平缓同步返回零位，进入正常指示状态；指针和表盘的背光亮度从最低平缓上升至最高，而后平缓返回最低亮度，进入正常工作状态；LCD显示屏背光保持固定亮度亮数秒后，进入正常工作状态。
3TFT液晶汽车仪表的硬件系统设计
3.1硬件系统设计概述。TFT液晶汽车仪表硬件电路主要包括核心电路MCU控制器、电源转换电路、KL30和KL15的电压信号检测电路、硬件指示灯控制电路、燃油采样电路、CAN信号通信电路、指针和表牌背光显示电路、Flash存储器通讯电路、电机驱动显示电路、蜂鸣器报警电路、LED指示灯显示电路、LCD显示屏背光显示电路以及显示控制电路，本方案详细硬件系统设计框图如图1所示[3-4]。
3.2主要元器件选型。本方案均选用车规级电子元器件，选用富士通MB91F594作为MCU控制器，32位处理器，内部集成图像处理器GDC，支持双屏显示，对TFT液晶显示屏具有强大的图像处理功能，CPU主频为80MHz，GDC频率为81MHz，内置Flash为1MB，内置RAM为64KB，多路A/D转换接口、I/O通信接口、步进电机驱动端口、声音驱动端口以及CAN、LIN通讯端口，供电电压为5V和3.3V，内置多个稳压器和优化的待机模式可使该芯片工作在低功耗模式下。选用Spansion公司的S29GL256SFlash，256Mbit，15ns的页面访问速度以及90ns的快速随机访问速度，3.3V电压供电，最大刷写功耗为100mA，最大静态电流功耗为100uA。选用AUO3.5寸TFT液晶显示屏，分辨率为320*240，对比度为1000:1，视角范围为左右70度、上下70度，两路LCD背光电流，每路80mA，3.3V电压供电，最大静态电流功耗为10mA。选用NXPTJA1042高速CAN信号收发器，该芯片具有低电磁干扰以及较高的电磁抗扰能力，具有欠压保护功能，5V电压供电，最大15uA的静态电流功耗，同时结构简单，使用方便。本方案需要给各模块电路提供5V和3.3V电源电压，故选用ROHM公司的DC-DC电源芯片BD99011EFV和LDO电源芯片BD33IC0MEFJ-M。BD99011EFV是一款低静态功耗、高转化率的Buck电源芯片，用于输出5V电压，最大负载为2A，最大静态功耗为35uA，具有过流、过压、欠压等保护功能。BD33IC0MEFJ-M是一款无静态功耗的LDO芯片，用于输出3.3V电压，最大负载电流为1A。电源芯片的选择满足本方案的电源供给。
3.3电源架构方案设计。车身电池KL30主要给5VDC-DC电源芯片、LCD屏的背光驱动芯片[5]，以及少数的硬件报警指示灯控制电路供电，其他模块电路则由5V电源芯片供电。5VDC-DC电源芯片是本设计方案的主电源芯片，用于给3VLDO电源芯片、MCU控制器、CAN收发器、Speaker功放芯片、LED驱动芯片、恒流源电路运放芯片以及LED背光灯等供电[6]。本方案多数模块电路由5V电源电压供电，当KL30上电，发动机KL15未点火时，5V电源电压下的负载均处于不工作状态，静态功耗为0，实现了低静态功耗的需求，本设计方案的电源架构框图如图2所示。图2电源架构框图本硬件设计方案应用于汽车仪表中，并对硬件系统的静态电流进行了测量，测量结果如表1所示。每款元器件芯片的使用手册均注明了该款芯片的典型静态电流值以及最大静态电流值，经过实际测量，每款元器件芯片的实际静态电流值均在规定范围内，整个仪表硬件系统的静态电流值约为1530uA，即1.53mA，满足该款汽车仪表静态电流在3mA以内的要求。
4结论
驱动电源设计范文2
一、系统电源
此控制系统集成多种高精度采集模块，最高精度实现24位AD数模转换，所以此部分的电源设计需要多路独立设计，以保证整体电源不受干扰，主电源采用MP1582作为电源核心总电源，通过DC－DC降压设计，实现将总输入电源24V转化为12V输出电源，通过磁珠隔离将电源实现模拟－数字电源隔离，进而将模拟电源再次通过LDO实现降压设计，此部分电源主要实现对模拟电路信号以及传感器信号的电源供给，通过磁珠的隔离可以有效的隔离数字模拟电源之间的高频隔离，最终可以实现模拟电源的稳定，而主电路通过MP1470实现DC－DC再次降压设计，可以利用DC－DC的开关特性，可以实现很好的稳压实现，最终如模拟电源，通过低压差稳压芯片实现主电路3.3V电源的转换，此部分电源的多路隔离设计可以保证模拟参考信号的稳定，进而可以避免数字电路的高频特性干扰，可以实现模拟采集的精度要求。在模拟参考部分原先采用78L05作为独立5V参考源，由于其文波较大，致使参考电压不稳定，最后采用ADI的ADR02ARZ作为5V参考电压稳压芯片，ADR02芯片具有低温漂（3mmp/℃），高精度特性（线性精度±0.1%），由于经过设计验证，参考电压文波会极大的影响模拟数据的采集精度，按照AD采样的精度实现，24位AD的采样精度在5.9×10-8，如果采用78L05作为参考芯片，其他最高精度为±4%，因此采样精度会在5.9×10-8×5×（±4%），而如果采用12位DA输出的数模转换（控制输出），其精度为0.000244，如果采用78L05，其精度就会低于采样精度的0.4级要求，所以此处我们采用精度为0.1%的ADR02ARZ作为参考电源芯片。
二、模拟信号采集、控制输出
标准器的模拟信号主要包括多个传感器的信号模拟电压采集，其中包括高压压力采集、低压压力采集、低压流量采集以及流量阀体信号控制输出。检定标准器的精度要求主要为高压压力0.4级，流量精度1.0级，此次模拟采集电路部分采用ADC7192作为24位AD模数转换设计电路，此芯片可以实现四路模拟信号24位高精度转换，我们选用的传感器均为0~5V电压模拟信号输出，所以选用一片此模数转换芯片可以实现同时转换，从生产成本上可以很好的控制，同时又能实现模拟信号的高精度转换。由于此系统可以实现流量阀体的自动控制输出，而控制信号也为0~5V模拟信号控制，所以我们采用TI的DAC122S085数模转换芯片，此芯片为12位DA输出信号，原先我们采用8位精度的DAC082S085作为DA输出芯片作为方案，但是经过计算发现DAC082S085的精度为0.0039，作为流量传感器的最大量程为10L/min，则线性误差会将近0.039，这样加上电源参考误差，所采集信号的误差将会大于国标规范要求，因此选用12位DA输出满足此方案设计要求，其精度将达到0.000244，通过主芯片MCU的数字输入，进而通过数模转换，最终实现阀体的控制，最终实现0~10L/MIN的气体流量控制输出，检定者可以通过系统编程实现流体自动指定流量的控制输出。压力、流量模拟量的输出采集同时配合着压力和流量的控制输出，由于压力和流量都是通过模拟量的采集以及模拟量的输出，这就可以为传感器的精密校准作为基础，通过模拟量的二次标定，不需要以数字量作为参考依据进行二次标定，进而可以通过算法进行二次校准，这样的设计可以最大可能的抵消掉传感器的本身线性误差，由于参照国标浮标式氧气吸入器检定规程JJG913－2015的标准要求，压力误差要保证0.4级，流量误差1.0级，此参数对检定标准器的精度要求较高，为符合此规格要求，传感器必须控制在内控0.2级压力以及0.5级流量精度范围内，而此类规格传感器对于生产工艺要求较高，很难匹配，而如果传感器为模拟输出，同时可以进行二次标定，对传感器本身的线性误差就不做要求，因此相对来说就容易符合设计要求。
三、自动调压器控制设计
自动调压设计部分主要采用LV8731V作为驱动，通过步进电机的驱动实现对调压器电路的自动调压，此部分电路主要通过主芯片PWM波形实现驱动控制，通过简易联轴器实现电机与调压器的连轴驱动，最终通过电机转动实现对调压器的转动调压，调压的反馈通过传感器的检定抄读实现，检定操作通过编程目标电压实现调节最终结果，此部分设计简易稳定，可以实现检定过程中指定升压、降压的实现，最大误差不超过一个步距角，完全符合升降压误差。通过电机的输出控制信号，进而通过传感器的输出反馈形成一个类似PID闭环控制，通过步进电机的布距控制输出进行压力调节，此部分设计结合PID控制理论，通过得到最终压力数值，将输出经过比例、积分、微分等多种运算方式，进而叠加到输出中，最终实现系统地控制。
四、结语
驱动电源设计范文3
关键词：智能药盒；研究背景；结构设计；智能控制系统设计；技术说明
随着科技的进步，医疗水平的提高，许多疾病已经可以通过简单的药物治疗得到缓解或治愈。而现代社会日趋老龄化，越来越多的老年人患上了糖尿病、心脑血管疾病、阿尔兹海默病等慢性疾病，需要长期不间断地服药。由于老人自理能力越来越差，而子女又忙于工作，因而需要一种智能药盒来提醒老人按时服药，同时，针对聋哑人、盲人等残疾人士也应有相应的智能药盒提醒其按时服药。目前市场上具有提醒功能的药盒大多只能通过声、光提示病人服药，其功能单一，不能满足各类人群的使用需要。鉴于以上原因，本智能药盒的目的在于提供一种不仅可以通过语音、强光进行报警提示，同时还可以弹出药盒以供病人取药，而有效避免病人漏服、错服药品的智能药盒。
1智能药盒技术方案
本实用新型智能药盒，包括壳体、设于壳体表面的数码显像管、控制按键、扬声器，以及壳体内的控制模块、警示模块；控制模块包括微处理器、功能驱动输出电路、时钟电路、时间显示电路、语音录放电路、电源单元。时钟电路、时间显示电路、语音录放电路及电源单元分别与微处理器电路连接；警示模块通过功率驱动输出电路与微处理器电路连接。本实用新型智能药盒可通过语音、强光进行报警提示，并可弹出药盒以供病人取药，进而可以有效避免病人漏服、错服药品。
2智能药盒优点
第一，可以设置服药时间及自行录入语音提示，时间到即可通过语音、强光及时提醒病人服药，避免了漏服。第二，可根据设置自动弹出不同药盒，即可根据不同的服药周期，弹出不同的药品，从而避免了错服。第三，若没有及时取走药品，即发出声、光报警，进一步提醒病人或看护者服药时间到，引起注意。第四，塑料吸盘作为药盒的底座，能够牢固吸附在任何平面上，不易碰倒。第五，内置纽扣电池，在关闭电源后，仍能保证系统保存数据，避免了数据丢失。第六，电源接口位于药盒底层背面，方便为装置提供电能。
3智能药盒具体实施方式
3.1智能药盒结构设计。(如图1所示)本智能药盒可以设置5个定时服药时间，每次定时时间到，通过语音、强光提示病人服药，并自动弹出相应的一层抽屉式小药盒，供病人取药。可以针对不同的服药周期(如一日2次、一日3次)，弹出不同的药品，避免错服、漏服。本智能药盒，为一个内置多层抽屉式小药盒、智能控制电路、警示装置的盒体。盒体材料为ABS塑料。盒体主体为5层倾斜抽屉式小药盒；盒体上层为智能控制电路；盒体表面安装声光报警器、控制按键、8段式数码显示管、强光灯；盒体底层安装电源接口及塑料吸盘。所述倾斜抽屉式小药盒：每一层小药盒放置一次用药所需的药量，用吸盘式电磁铁吸附，每次到达预定的吃药时间，设置相应的一层电磁铁断电，其吸附的小药盒自动滑下。所述警示装置包括声光报警器、扬声器、强光灯。
3.2智能控制系统设计。图2是智能控制系统原理框图，智能控制电路包括以下几部分[1]：第一，微处理器MCU。主要用于数据处理，控制各模块工作；4个控制按键，其中三个按键与MCU直接连接，一个按键用于选择需要设定的参数，如当前时间、定时吃药时间等；一个用于设定参数值并设有查询功能；一个用于确认取药、复位报警；最后一个按键用于录制提示语音。第二，电源模块。用于转换电压，给整个装置各模块元器件供电。第三，时钟电路。产生系统所需的时钟信号。第四，时间显示电路。包括译码器、锁存器和8段式数码显示管，用于显示当前时间、定时时间，可以显示小时、分钟。第五，功率驱动输出电路PDC。用于驱动强光灯、声光报警器报警、打开各层抽屉式小药盒。第六，语音录放模块。用于通过装置内置麦克风录制提示语音，通过扬声器播放该语音或默认音乐。第七，控制按键、时钟电路、时间显示电路、功率驱动输出电路、语音录放模块分别与MCU连接，控制抽屉式小药盒的电磁铁、强光灯及声光报警器与功率驱动输出电路连接。内置纽扣电池，在关闭电源后，仍能保证系统保存数据，避免了数据丢失。
3.3智能药盒的技术说明。第一，系统通过电源适配器将交流220V转换为直流12V，作为智能药盒的电源接入药盒。单片机STC89C52作为微处理器(MCU)用于处理数据，控制各模块工作。由MC7805及电路组成的三端稳压电源模块，将直流12V转换成5V，给各模块供电[2]，如图3所示。第二，时钟电路由涓流充电时钟芯片DS1302及其组成，为MCU提供时、分等时钟信号，接入MCU的P3端口。按键S1～S3直接接入MCU的P3端口。由三八译码器74HC138、锁存器74HC573、4个8段式数码显示管组成时间显示电路。MCU的P2端口输出3位二进制加权地址，经过译码器译码，生成位选通信号，逐个点亮4个数码显示管。MCU的P0端口输出8位二进制数据，通过锁存器输出给数码显示管，产生所需的字符。第三，UM2003作为功率驱动输出电路PDC，接收MCU的P1端口输出的驱动信号，驱动强光灯、声光报警器、电磁铁工作。第四，录音键S4、内置麦克风、扬声器接入录放模块ZY1420B中。可以通过按S4键，自行录制20秒语音。第五，按键S1，S2共同设置当前时间、第1次到第5次的服药时间。系统自动将时间数据存入MCU存储器中，并通过时间显示电路显示当前时间，按下S2键可以查询设置的5个服药时间。当到达第1次服药时间时，MCU输出控制信号给PDC相应的输入引脚，驱动PDC输出驱动信号给强光灯和第一层电磁铁，电磁铁断电，小药盒自动滑下。MCU同时输出控制信号给语音录放模块，模块通过扬声器连续播放录制的语音。病人取药后，按下复位键S3，把小药盒推回，扬声器、强光灯断电，系统记录取药次数、取药时间并保存，一次循环完成。第六，若病人在5分钟内没有按下复位键，则视为病人没有取走药品，MCU输出报警信号给PDC，PDC驱动声光报警器报警。直至有人按下复位键。同理，完成第2～5次取药过程。
4结语
通过大学生创新产品设计，智能药盒的研制已经达到了产品的设计要求，产品试件已经加工完成，准备批量生产投放市场。通过本次智能药盒创新产品的设计，培养了学生的创新精神和创新思维，也体现了当代大学生逻辑思维能力、产品设计能力、动手操作能力的结合。该产品已获得实用新型专利。
参考文献
[1]贺力克,邱丽芳.自动控制技术项目教程[M].北京:机械出版社,2018.
驱动电源设计范文4
关键词:蓄电池;单片机;充电器;恒流充电;恒压充电
0引言
蓄电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的设备，具有容量大、性价比高、原材料丰富等优点［1］。当蓄电池充电时，电能转化为化学能，供电时，化学能转化为电能。近几年，在国家政策的支持下，蓄电池作为一种新能源广泛应用在电力电子系统中，特别是在工业上的全自动小车、电动汽车等方面发展最快。蓄电池技术的进步带动了信息、通信、电动汽车等相关产业的发展［2］。随着蓄电池使用量的不断增加，传统的充电模式造成蓄电池的循环使用寿命变短和储存容量下降，使蓄电池过早的废弃，产生了严重的资源浪费和环境污染。因此，高效、快速并且安全可靠的蓄电池充电方法就显得很重要。本文以应用于微电网中储能蓄电池为研究对象，设计以STC12C5A60S2单片机为主控电路的蓄电池快速充电器，给出了详细的硬件和软件设计过程，并提供了控制器的测试结果，测试结果表明所制作的蓄电池充电器对蓄电池进行恒流、恒压充电方案的可行性与有效性。
1系统总体方案设计
系统总体设计方案包括硬件设计和程序设计。硬件设计主要对Buck的拓扑电路、驱动电路、单片机最小系统、电压电流采集电路、辅助电源电路、显示与按键电路的设计，并对各电路的工作原理进行分析;程序设计主要是对系统控制方法和恒压恒流程序的设计。系统的整体结构框图如图1所示。蓄电池快速充电器由单片机主控系统、电流电压采集电路、辅助电源电路、按键电路、Buck电路、驱动电路、显示电路构成。单片机主控系统是由单片机和的复位电路、晶振电路、ISP1下载电路组成，通过调节脉冲占空比的大小，达到输出恒流或者恒压的目的。Buck电路的主要组成器件是MOS开关管。辅助电源为驱动电路和单片机提供可靠直流电压，其电路是把接入的高电压转换为所需的电压。驱动电路的作用是把单片机发出的PWM波进行放大和隔离。电流电压采集电路是对输出端电压电流的实时采集，反馈给单片机系统进行处理。
2系统硬件设计
2．1蓄电池快速充电器主电路设计
系统采用同步Buck电路作为充电主电路，主要由全控器件MOSFET、电感元件L、电容C等元件构成［5］，主要功能是把原直流电压转化为所需求的直流电压，电路如图2所示。同步Buck拓扑电路工作在电感电流连续模式，即CCM模式。对于同步Buck拓扑电路，元件参数的计算主要对电感、电容进行计算。(1)电感参数的计算当处于最大输入电压时，占空比公式为:根据设计参数可以知道最大输入电压为36V，输出电压为12V，所以占空比为0．33，考虑此时的输出电流为2A，一般选择输出滤波电流脉动为额定电流的20%，即0．4A。于是对于最小电感值为:其中f为Buck电路中开关管的开关频率，通过计算可得电感值最小为860μH。开关频率是由ST-CRC5A60S2单片机的内部PWM模块决定的，不受其他因素的影响，当单片机外部晶振电路使用外置12MHz的晶振时，PWM输出频率为23kHz。对于上式的最小电感的计算结果，需要考虑一定的裕量，不能直接取上式计算结果大小的电感，故使用1mH的滤波电感。(2)电容参数的计算设恒流输出的时候，最大输出电压24V，即恒流值为2A、24V，然后开始计算输出电容值。令纹波电压的输出为:事实上，电解电容上电阻R(ESR)的大小能够决定输出电压的峰峰值。滤波电感电流的脉动为0．4A，为了让电解电容上R的电压脉动不大于24mV，那么R的值需要小于0．06Ω。根据电解电容的特点，其容量与R满足的关系如下:得到最小的滤波电容C=1000μF，在实际的电路中使用两个1000μF/50V的电容并联。
2．2驱动电路设计
驱动电路是主控电路和主电路连接的桥梁，因为单片机的I/O口不具备直接驱动主电路的MOS管的能力，所以由驱动电路间接控制主电路MOS管的通与断。驱动电路正常工作是整个系统可以稳定运行的关键。IR2104S芯片不仅拥有双通道的输入输出信号，还有栅极驱动及高压高速功率驱动器。该芯片采用电平转换技术，满足了逻辑电路对功率器件的控制要求，提高了驱动电路的可靠性。由IR2104S组成的驱动电路稳定性很好，能够保证MOS管的可靠通断。驱动电路如图3所示。
2．3辅助电源电路设计
辅助电源是为单片机、显示器和驱动电路供电的，在辅助电源中用到了LM2596和L7805T两个芯片。考虑到MOS管驱动器IR2104S供电需要12V的电压，但是单片机、INA282、液晶显示LCD1602这些部分需要5V的供电。而整流后输入的电压是18V，压差比较大，所以本设计中先采用LM2596将电源电压降到12V，然后再采用低压差线性稳压源L7805T将12V的电压通过稳压后得到5V的直流电压输出，具体电路如图4所示。
3系统软件设计
3．1主程序设计
主程序设计主要包括两个部分，分别是输出恒压程序、输出恒流程序的设计。输出恒压、恒流的程序设计是通过单片机采集电路上电压电流，看输出电压是否等于给定值的大小，然后通过单片机内部的PWM模块改变占空比的大小来调节，使输出电压、输出电流为恒定的给定值，系统主程序流程图如图5所示。
3．2恒压恒流控制技术
当电路切换到恒压模式时，此时恒压子程序开始运行，在程序中设置好给定电压为12V，将从主电路中采集回来的电压和此给定值相比较，如果等于此值，直接输出，如果不等于此给定值，通过系统相应调节后再输出恒定电压。其控制框图如6所示。当电路切换到恒流模式时，这时恒流子程序起作用，先在程序中设置好电流给定值为2A，把从主电路中采集回来的电流同这个给定值比较，如果等于此值，直接输出，如果不等于此给定值，通过系统相应调节后再输出恒定电流。其控制框图如7所示。
4测试与分析
4．1测试方案
本设计采用滑动变阻器来代替蓄电池进行充电测试，需对输出的电压电流性能指标进行测试。充电器的测试框图如图8所示，充电器和滑动变阻器、稳压电源连接，用数字万用表记录输出的电流电压，通过示波器检测两种模式下的输出波形。具体方案如下:(1)恒压输出测试:切换到恒压输出模式，保持输入电压不变，通过滑动变阻器改变阻值大小，测试出输出电压并记录在表格中，并通过示波器观察输出波形。(2)恒流输出测试:切换到恒流输出模式，保持输入电压不变，通过滑动变阻器改变阻值大小，测试出输出电流的数据并记录在表格中，并通过示波器观察输出波形。
4．2测试与结果分析
(1)切换到恒压模式时，当输入电压保持24V不变，负载电阻分别为6Ω、8Ω、10Ω时，测试的输出电压Vo的结果如表1(参考电压的误差V=Vout±0．1V)。(2)当切换到恒流模式时，输入电压Vs为24V，输出电阻分别为6Ω、8Ω、10Ω时，测试输出电流Io的结果如表2(参考电流的误差I=Iout±0．1A)。通过对以上测试结果分析可得，恒压、恒流两种模式下的输出与各自给定值基本相等(允许的误差范围之内)，表明本次设计能够实现对蓄电池的恒流、恒压充电。
5结论
本文基于STC12C5A60S2单片机设计出蓄电池快速充电器，选用Buck拓扑电路作为充电器的主电路，通过制作出的实物进行测试，测试结果表明:系统给定输入电压在24～36V范围内，在恒流模式下恒定输出电流为2A，误差为±0．1A，在恒压模式下恒定输出电压为12V，误差为±0．1V，该充电器有着广泛的应用前景。
参考文献:
［1］李成谦，周克，董芳针．基于AVR单片机的蓄电池充电器设计［J］．工业控制计算机，2016，29(9):132－133．
［2］何志强，崔新会，郑艳娟，等．基于51单片机的铅酸蓄电池充电器的实现［J］．福建电脑，2006(12):148－149．
［3］吕志方．开关电源的原理与维修［J］．山东工业技术，2018(8):159．
［4］王红，许加建，张于贤，等．Buck变换器在射流清洗设备电源中的应用［J］．电子技术应用，2018，44(3):135－138．
驱动电源设计范文5
关键词：集成电路应用；蓝牙模块；感应灯；数字脉宽信号；恒流驱动
0引言
目前多数地下停车场的照明用的常亮LED灯管，感应LED灯管，以普通单灯管感应为主，也有部分采用物联网分址控制技术。经使用检验有如下缺点：常亮的LED灯管，24h全天候开灯，存在无效照明，电源的元器件容易老化，寿命不超过2×104h，光源的光效衰减严重，照度一段时间后下降很多，达不到设计的照度要求。带感应的LED灯管，虽能实现最大限度的节电，人和车走到哪里亮到哪里，但是体验一般，无法实现提前亮和大区域高亮的照明状态。物联网分址控制的LED灯管，管理人员通过电脑网络，对LED灯进行点对点的时间和亮度控制，实现高亮的需求。需要上位机编程控制实现，编程复杂，操作的便利性不强，通信的实现需要在每个LED灯上加上通信模块，还需要和上位机组网，通信线路需要重新布线，线路复杂，施工难度大，成本高。蓝牙模块控制的停车场感应灯不仅能实现常规功能的控制还能用智能手机作为操作器，通过蓝牙模块信号来控制感应灯的驱动调光功能端口，克服了普通单灯管感应控制与物联网分址控制存在的不足和缺陷[1-5]。
1系统组成
蓝牙模块装置停车场感应灯由智能手机蓝牙遥控，驱动模块，感应模块，蓝牙接收模块，四部分组成。
2驱动模块
驱动模块由整流滤波电路、恒流驱动控制器、电源输出电路、控制信号处理四部分组成，主要为感应模块、蓝牙模块提供稳定的5V电源，为LED灯提供80V/0～240mA可调的电源。
2.1整流滤波电路
整流电路由D1～D4二极管桥接成桥式整流，EC1为滤波电容。220V市电经整流、滤波转输出300V左右直流电。
2.2恒流驱动控制器
由LIS8921芯片及电路组成恒流驱动控制器。集成块的第1脚为公共接地端GND，第2脚为电流控制信号输入端ADJ（Sensorout）外接一个电阻R6与蓝牙模块的PWM输出端连接，通过数字脉宽信号（PWM）实现对LED灯恒流控制。第3脚为NC空脚。第4脚CS片选端子，外部并联2个电阻实现入地，起电流检测作用。第5、6脚为Drain端子，内接了场效应管的漏极。第7脚为空脚。第8脚为VDD端，外部与电源供电端之间串联了R1、R2两个降压电阻为集成块提供+15V电源。芯片的第1、2、3、6脚内部集成了反馈控制电路、恒流逻辑控制电路、时钟脉冲信号发生器、脉宽调制电路、功率开关驱动器、场效应管（MOS）、保护电路。
2.3信号采集电路
集成块的第2脚对地并联电阻R5，串联电阻R6，与蓝牙模块的PWM输出端连接。蓝牙模块的输入端第8脚与红红外传感信号处理电路的输出端第2脚连接构成声、光、红外感应信号采集电路，实现了LED灯的声、光、红外感应的信号输入处理和对输出信号的控制。
2.4恒流电源输出电路
（1）LED灯恒流电源（0～240mA）。这是一个非隔离恒流电源方案，优点是电源的效率高，恒流精度高，发热小，工作稳定。在电源IC内置MOS管导通期间，300V左右的直流电压，经LED负载、开关电感L1、LIS8921芯片的5、6脚的场效应管的漏极与第1脚入地，形成电流回路。D5为续流二极管、R7为保护电阻，在电源IC内置MOS管截止期间，电感L1产生的自感应电动势经D5、LED灯串、L1形成回路，通过EC2滤波，LED灯珠得到一个稳定的直流电流通过。LIS8921的第2脚有数字脉宽信号（PWM）输入时，电流控制电路工作，控制场效应管导通和关断的时间，调节流过LED灯珠的电流。随着数字脉宽信号（PWM）的变化，场效应管导通电阻值也相应变化，使回路电流在0～240mA之间变化，实现LED灯0～100%的亮度调节。（2）VDD电源由变压器产生的感应电压经D6整流、EC3滤波、R8电阻限流为蓝牙模块、红外传感信号处理电路提供稳定的5V直流电。
3红外传感信号处理电路
红外传感信号处理电路如图3所示。
3.1ICTM2291引脚功能
ICTM2291集成块的第1（A）脚为触发控制端。允许重复触发时，将SW1与电源连通，A＝“1”为高电平。不允许重复触发时，将SW1与地接通A＝“0”为低电平。第2（V0）脚为控制信号输出端。第3（RR1）、4（RC1）脚为输出延迟时间TX的调节端，输出延时时间Tx＝4×104×R1×C1。第5（RC2）、6（RR2）脚为触发封锁时间Ti的调节端，触发封锁时间Ti＝56×R2×C2。第7脚为工作电源的负极VSS，一般接0V。第8脚为参考电压及复位端VRF/RST，一般接VDD，接“0”时可使定时器复位。第9（VC）脚为禁止触发端，当VC＜VR＝“0”时，禁止VS触发，当VC＞VR＝“1”，允许VS触发。第10（IB）脚运算放大器偏置电流设置端，经1MΩ电阻RB接VSS端。第11（VCC）脚为工作电源端，范围为3～5V。第12（OUT2）脚为第二级运放输出端，外部并联1MΩ电阻与10nF电容，再接人第二级运放反向输入端。第13（2IN-）脚为第二级运放反向输入端，外部并联1MΩ电阻与10nF电容，再接人地二级运放输出端。第14（1IN+）脚为第一级运放同向输入端，外接红外传感器的S端。第15（1IN-）脚为第一级运放反向输入端，外接1MΩ电阻10nF电容，再接人地二级运放输出端。第16（OUT1）脚为第一运放输出端，外部并联接上1MΩ电阻10nF电容，再接人第二级运放的反向输入端。
3.2工作原理
由红外线感应器感应的车辆或人体信号直接送到集成块的第14脚进行第一级运算放大，放大后的信号从16输出，一路经R2、C4并联返回到第一级运放的15脚，另一路经C3、R6耦合到第二级运放的13脚，进行第二级运放放大后分别送到双向鉴幅器的VH、VL端进行比较，检出VS＝“1”的有效触发信号，送至与门电路作为A条件。同时环境照度检测光敏电阻R3，接到第9脚触发禁止端VC，其内部接一个条件比较器，当环境光线较暗时，R3阻值变大，VC＞VR＝“1”时，条件比较器输出高电平也送到与门作为B条件。此时与门输出高电平，允许VS触发，第2脚有控制信号输出（V0＝“1”）送至蓝牙模块的第8脚，LED灯点亮，并启动第3、4脚的延时定时器TX，开始延时。进入延时期，延迟时间由R10和C6参数决定（2s）。TX延时结束，启动5、6脚的封锁时间定时器（Ti），进入封锁周期，V0=“0”，抑制LED灯由亮到熄灭时产生的闪烁干扰，封锁时间由R9和C7的参数决定。当光敏电阻R3检测到环境照度较亮时，其阻值下降，VC＜VR＝“0”，条件比较器输出低电平，禁止VS往下传送，第2脚无控制信号输出（V0＝“0”），LED灯不亮。将第1脚直接与VDD连接（A＝“1”），设置成重复触发工作模式，当有多辆车或多个人依次进来时可以重复触发，点亮LED灯，最后一次触发延时有效。
4蓝牙模块
4.1LT-SmartRF03
蓝牙模块型号为LT-SmartRF03，对应下载专用的APP软件，支持苹果手机和安卓手机安装，支持Bluetooth无线通信协议，支持UART、I2C、SPI等多种通信方式，支持“IO口透传”功能，支持板载和外接天线两种RF输出方式，体积小，邮票孔与目标板进行对接。基本技术参数如下：工作电压+2.3～+5V；工作电流35mAMAX；通信协议Bluetooth；通信频率2405～2480MHz；通信接口UART、I2C、SPI最大发射功率8dBm；接收灵敏度-92dB；最大室外无障碍通信距离100m；无线接入方式Bluetooth；工作环境温度-30～+80℃。
4.2工作原理
首先手机下载安装专用的APP软件，当红外传感器理电路的14脚接收感应信号时，经运算放大处理后由第2脚输出控制信号（V0＝“1”）输入到蓝牙模块LT-SmartRF03的第8脚，启动软件程序，或者按照手机操作指令驱动，从15脚发出一个占空比为DPWM的脉宽调制信号（PWM），送到LIS8921的第2脚，通过LED恒流驱动控制器控制MOS管导通时间，从而调节LED灯供电电源在0～240mA内变化，实现LED灯0～100%亮度调节。PWM调光曲线如图5所示。LED灯点亮后延时关闭的精准时间由内置的程序控制，还可通过手机设置操作经蓝牙模块控制感应灯的驱动调光功能端口，实现更多的功能。
5功能分析
感应灯具加上蓝牙模块，智能手机作为操作控制器，蓝牙模块接收器和感应灯管集成在一起，通过蓝牙模块信号来控制感应灯的驱动调光功能端口，实现了如下功能。（1）正常工作时，所有感应灯工作在常规感应节电模式下，在没有车来时，感应灯处于低亮节能状态，保证一定的照度。当车辆行驶到灯前一段距离时，感应器作用，感应灯亮起保证车辆顺利通行；车辆驶离开后，灯高亮延时一定时间，转为低亮，进入节能状态。（2）设置好智能手机蓝牙功能，打开手机上的APP软件，触摸灯具“高亮”图标，所有关联的感应灯马上工作在高亮模式下，此时感应灯不会延时低亮，只有重新触摸“关闭”键，才会恢复感应模式。和常亮灯管比，增加了感应节能模式；和普通感应灯相比，增加了高亮模式，能更全面的满足停车场的多种照明需求。（3）通过手机软件对灯具待机低亮的亮度，进行0～100%范围的调节。（4）通过手机软件对灯具进行分组和场景设置，分组和场景内的灯具可以任意调节亮度。如停车场内可以把车道上的灯分成一组进行调节控制，车位上的分成另一组，不同场合不同控制应用。（5）可以对所控制的灯进行定时控制，比如，上下班高峰期间，设置为车道上的灯全部高亮，其他时间为常规感应。
6结语
本设计与物联网分址控制技术系统相比，控制线路不需要上位机，不需再加网络线，无线接收模块直接和灯设计在一起，灯和灯之间不需要再加信号线，成本低、施工方便。通过安装专用APP的智能手机就可以进行不同模式的切换，操作方便。
参考文献
[1]邢书剑,王明强,史经伦.采用无线通信的航站楼智能照明控制系统[J].现代电子技术,2019,42(01):68-72.
[2]蒋峰,李行,熊霆宇,黄昌瑞,王淑良.基于ZigBee技术的远程无线智能灯光控制系统的设计[J].现代电子技术,2017,40(02):114-117.
[3]张军,刘筠筠.CPLD在智能感应照明控制系统中的应用[J].现代电子技术,2016,39(08):162-164.
[4]辛大欣,张志龙.基于CC3200的无线照明控制系统的设计[J].计算机与数字工程,2017,45(04):758-762.
驱动电源设计范文6
关键词：项目驱动教学；电子技术；创新能力
1电子技术课程特点
电子技术课程是上海师范大学信息与机电工程学院机电、汽车服务工程、电气自动化和电子信息等专业的专业必修课，主要有4个特点：首先是电子技术课程知识体系较为完整。它涉及了如模拟电子、数字电子和电力电子等，涵盖了丰富的知识体系。其次是具有很强的理论性，主要涉及了常见的电压和功率放大电路、整流滤波电路、集成运算放大器电路、晶闸管电路、组合逻辑电路和时序逻辑电路等，并由此延伸出在各方面的应用，要求学生能够准确分析和设计相关电路。这就要求学生要掌握常见电子元器件（二极管、三极管、稳压管、晶闸管、逻辑门、触发器等）的原理和使用特点。第三个特点是先进性，随着科技的进步和发展，授课内容要跟随时代的发展不断更新，不能多少年一成不变。第四个特点是实用性，从基本元器件到简单电子电路的实际教学中，只有将相关理论知识与汽车专业中的实际问题有机结合起来，才能让学生既学到了电子技术课程的相关理论知识，又能培养学生解决与汽车专业相关的电子技术问题的能力。
2电子技术课程存在问题
现有的教学方法以教师授课为主，对学生直接传授知识，满堂灌，不重视学生如何“学”。一方面这种传统的教学方式不利于具有创新能力的创造型人才的培养，学生在完成本课程学习之后，不能将理论与实际相结合，创新能力相对薄弱。另一方面电子技术内容多且比较复杂。学生即使理解了电子技术课程中基本元器件、基本电路的构成和工作原理，但很难将这些元器件和基本电路融合在一起来分析和设计较为复杂的电子电路。
3项目驱动教学模式在电子技术课程中的应用
项目驱动教学模式与传统教师授课教学模式相比，是一种行为引导式的教学方式。通过“项目”教授知识，教师可以针对本课程内容、知识点和教学大纲要求，选取适宜的教学实践项目，让学生在教学过程中完整地参与教学实践项目分析、项目方案制定、项目方案实施、项目调试试验、项目总结研讨等整个过程，通过动手做项目可以将课堂中的理论知识运用到实际中，与课堂的理论授课有机融合施教。针对电子技术课程教学目标，在此以设计并制作一简易直流稳压电源为例，简要介绍项目驱动教学方法。
3.1项目要求
用变压器、二极管、电容、稳压管等元器件设计并制作一个小功率直流稳压电源。设计要求：输入工作电压交流220V，频率50Hz；输出工作电压为正、负电压12V；输出工作电流1A，容量24W；输入端须上电指示灯，输出端须具备短路和过流保护功能。
3.2项目方案分析
根据项目要求，设计的小功率直流稳压电源由整流变压器、整流电路、滤波器和稳压电路4个部分组成。整流变压器是将正弦交流220V，频率50Hz的电压变换为整流所需要的正弦交流电压，然后通过整流电路利用二极管的单向导电性，将频率50Hz的正弦交流电压变为单向脉动的直流电压。为了改善整流电压的脉动程度，需加接滤波器来滤除整流电压的纹波成分，得到较为平滑的直流电压。经整流和滤波后的电压往往会随着交流电源电压的波动和负载的变化而变化，电压的不稳定会产生测量的误差，引起控制装置工作不稳定，因而在整流电路和滤波器之后，还需接稳压电路，这样才能得到满足要求的稳定的直流电压。
3.3项目方案制定
基于以上分析，本设计中电源变压器采用降压变压器，整流电路采用4个二极管构成的桥式整流电路，滤波电路采用结构简单的电容滤波，稳压电路采用将串联稳压电源和保护电路集成在一起的集成稳压器CW7812和CW7912结合并装设相关元件而成，这样就满足了12V正、负电压的电源输出，且能防止产生自激振荡。在电路输入端接一发光二极管和限流电阻，可实现上电指示。
3.4项目方案实施
根据以上项目方案分析和制定，用电路绘图软件画出电路原理图，然后根据项目要求，计算出电路原理图中所有元器件的理论值，最后根据元器件特性和工程经验来确定元器件参数及型号。参数计算要求：变压器二次电流及电压、变压器变比、变压器容量及型号；二极管的整流电流及型号；限流电阻的阻值和功率；滤波电容的容值和耐压以及类型；集成稳压块型号等。电子元器件选择后，在洞洞板上按电路原理图搭建实际电路，并焊接，同时在电源输入端和输出端引出接线端口，以备测试使用。
3.5项目调试
首先不通电，检查电路（注意二极管和电解电容的极性），无误之后在输入端口上接通220VAC交流电源，并将电源线连接在双踪示波器的一根探针上，观察输入信号是否送入电路；示波器的另一根探针依次分别连接在滤波电路输出端和±12V稳压电路输出端，观察各输出端口电压波形，并用万用表来测量各输出端口的直流和交流电压值，以便根据波形和测量值判别电路中元器件的是否正常工作。
3.6项目总结研讨
学生在完成项目后要提交电路原理图、元器件选取计算书和电路板。老师组织学生开展本次项目驱动教学的总结研讨活动，首先学生阐述项目设计方案，并对本项目在实施过程中遇到的关键问题进行分析并提出解决方案。老师对学生提出的问题进行讲解，现场对设计制作的电路板进行检查和验收，并对本次项目驱动教学活动进行总结等。
4结论
通过对上海师范大学信息与机电工程学院汽车服务工程专业学生在电子技术课程中实施项目驱动教学方法，可以有效激发学生对电子技术课程的学习兴趣，并能将电子技术相关理论知识与汽车专业中的实际问题有机结合起来，培养学生团队协作及工程实践能力。在以后的教学过程中要不断改进教学方法，培养出适应市场要求的学生，实现为社会培养应用型人才的教育目标。
参考文献：
[1]袁晓静.项目驱动教学在机械基础教学中的应用探讨[J].湖北农机化,2019(2):29.
驱动电源设计范文7
关键词：电力电子技术；PID；信息电子技术；自动化；STM32；驱动；开关电路
0引言
多功能清洁净化器是防灾科技学院大学生创新创业项目开发的使用工频220V工作的系统，它是集物品清扫、室内消毒、空气净化、房间除螨、异物除臭等功能于一体的小型电器。多功能清洁净化器系统的设计分为硬件电气系统搭建和软件算法控制。系统要求控制多元化且能在不同环境下达到既定稳定性，针对这一问题，本文将探讨在硬件层面使用电力电子技术及信息电子技术完成电能转化及控制；在软件层面主要使用PID算法调节各用电模块在不同工作环境下的工作稳定性及反应迅速性[1-3]。
1被控元器件及控制目的
我们将采用工频220V的电能作为系统供电电源，经过断路器作用于系统确保供电安全。系统所用的工作模块可分为220V的交流电模块和12～3.3V的直流弱电模块。由于各模块正常工作电压差别较大，需采用电力电子器件连接各模块使得交流电模块与直流弱电模块能够正常运行，同时做到电能变换和控制，使得命令信号和反馈信号能够正常传递。
1.1强电工作模块
模块分为负离子发生模块、紫外消毒模块、臭氧发生模块。这3个模块均需借助高频振荡实现转换，因此将220V家用交流电作为供电电源以高效率驱动模块工作，减少不必要的电能转化，从而提高工作效率并简化硬件设计。由微控制器（STM32）控制各模块运行和关断，引入双向电力电子器件实现弱电控制强电。负离子发生模块、紫外消毒模块、臭氧发生模块均通过电力作用产生所需物质，首先微控制器（STM32）通过驱动电路连接双向全控电力电子器件，以控制各模块运行或关断，从而控制各模块的工作状态。
1.2弱电工作模块
弱电模块分为12V直流电模块（电机、风扇、吸气泵）以及3.3V直流电模块（微控制器STM32、独立按键、红外模块、温度模块、显示屏模块等）。3.3V直流电模块的主要作用是系统控制以及采集反馈信息，并通过算法实现系统稳定、高效的运行。电机、风扇、吸气泵均通过电力作用产生动作。首先，由微控制器（STM32）通过以全控型电力电子器件MOSFET为核心的驱动电路来控制各模块开关状态。其次，要求使用独立按键调节各模块工作状态。通过软件调试PID，借助按键选择需要的模块工作状态，并迅速趋于稳定。最终，模块在不同的工作环境下均能达到既定值。独立按键、编码器、红外模块、温度模块采集信息反馈给微控制器（STM32），由微控制器根据反馈信息调节各模块工作状态[4-5]。
2电力电子技术及信息电子技术的运用
电力电子技术属于应用与电力领域，即使用电力电子器件，如晶闸管、IGBT等对电能进行变换和控制。信息电子技术用于信息采集及处理，包括数字电子技术和模拟电子技术。在多功能清洁净化器系统中使用的电力电子技术包括电能变化开关电源技术、电能控制双向可控电力电子技术和低压驱动高压的驱动技术。
2.1开关电源整流技术
开关模式电源（SwitchModePowerSupply,SMPS）又称交换式电源、开关变换器，是一种高频电能转换装置。整流技术利用PN结的单向导电性将方向变化的交流电变成单一方向的直流电，将现有电压通过不同形式的架构电路转换为用户端所需电压。开关电源的输入多为交流电（工频220V），而输出连接多为需要直流电源的设备，例如手机电池等。开关电源技术可将工频220V的电流经开关电源电路转化成电压为5V的稳定直流电。开关电源利用频繁切换晶体管饱和区和截止区的方式，使得电路可通过所需形式的电能，后经稳压及滤波得到所需电压。切换晶体管饱和区和截止区存在较高的耗散，但时间很短，因此可在节省电能损耗的同时减少电路过热情况的出现。开关整流技术中，电压稳压通过调整晶体管导通及断路的时间实现。开关电源整流电路的高转换率是其一大优点，而且因为开关电源工作频率高，可以使用小尺寸、轻重量的变压器，因此选用该技术为系统提供电能。多功能清洁净化器使用AC/DC型开关电源整流技术，其工作模式如图1所示。将220V工频交流电接入整流电路中，经整流电路变为直流电，后经高频逆变生成高频交流电，将高频交流电连接到变压模块，生成低压高频交流电，再经高频整流后接入滤波器，转换为直流电。系统采用220V工频交流电转化为12V直流电源的开关电源电路。
2.2以MOSFET为核心的驱动电路
MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管简称为金氧半场效应晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET），是一种广泛使用在模拟电路与数字电路的场效应晶体管（Field-EffectTransistor,FET）。MOSFET具有控制简单、体积小、重量轻、寿命长、输入电阻高、噪声低、热稳定性好、抗干扰能力强、功耗低等优势。多功能清洁净化器系统驱动电路的基本任务是将信息电子电路传来的电压信号按照微控制器（STM32）的命令转换后加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断。开通MOSFET全控型器件需要提供开通控制信号，关断则需要提供关断控制信号，以保证器件按要求可靠导通或关断。在微控制器（STM32）I/O口发送正向信号，信号经电路处理后送至MOSFET，MOSFET响应触发信号，沟道打开使得电流通过，从而控制其他模块的开启或关断。
2.3双向可控电力电子技术
双向可控电力电子技术以全控型电力电子器件为核心。常见的全控型器件有GTO、MOSFET、IGBT等，电力电子器件可直接用于主电路中电能的变换和控制。在全控型器件中，绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT）是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电力电子器件，兼具MOSFET和GTR的优点，使得电压、电流耐受较大。IGBT综合了以上2种器件的优点，是系统中控制型元件的首选。在多功能清洁净化系统中，要求被控电路使用工频220V的电源供电。IGBT耐受电压大，启动电压小，开关速度快，是较为理想的全控型器件，但由于IGBT具有单向导电性，所以需选用主电路为IGBT的双向复合管RB-IGBT，从而实现在交流电路中可自由控制其开通、关断的功能。微控制器（STM32）经驱动电路连接RB-IGBT，可控制工频220V交流电模块的开通或关断[6-8]。
2.4微型计算机控制（STM32）
STM32系列专为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计。半导体硅片集成有中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、GPIO、定时器、中断系统、系统时钟电路及系统总线，具有高性能、低成本、低功耗、可裁剪、运算速度快等优点。多功能清洁净化器系统中的STM32为核心控制单元，各模块I/O口与相对应驱动电路相连，由驱动电路连接被控模块从而实现对系统的控制。
3PID技术对系统稳定性的作用
PID控制器又称为PID调节器，它针对控制对象对所需参数进行调节，是调节工作状态的重要手段。工作形式主要有PI、PD和PID等，使控制系统工作状态区域满足既定要求。控制系统在调节工作系统工作时往往因储能元件造成响应惯性而无法直接使系统工作在既定状态下，所以需引入PID算法的积分调节以提高精度，通过微分消除系统惯性的影响，使得系统工作状态的波动越来越小，系统在既定工作状态下趋于稳定。典型PID控制系统结构如图2所示。PID控制算法的模拟表达式如下：PID控制算法的模拟表达式为：在PID调节器作用下，对传感器采集的信号分别进行比例、积分、微分组合控制，之后反馈给被控对象调节工作状态。微控制器（STM32）的输出量作为被控对象的输入量。PID在调节过程中存在反馈变量，其中电机与吸气泵反馈数据分别为电机转速和吸气泵风口处空气流动速度。采集原件均为编码器，保证在不同环境下有相同的工作效率。风扇反馈量为系统内部温度，通常电力电子器件需加装散热装置，当温度达到阈值时增大风扇功率，其余时间保持稳定运行。直流电机的调速原理如图3所示。将给定的PWM波与编码器采集的数据进行比较，其差值经PID算法调整后输出新的PWM波，对电机转速作进一步调整。基于电机调速MATLAB仿真：k1=[53*100*0.6/5753*0.6*0.6*100/57];d1=[16.];d2=[10.4];d3=[1513];d4=[16];d6=conv(d1,d2);d7=conv(d6,d3);d8=conv(d7,d4);MM=tf(k1,d8);PID仿真图如图4所示。由图可看出初始电机曲线呈J型增高并超过既定值，后经反馈下调后又低于既定值，经多次调整终趋于稳定。如此方可实现系统的稳定运行并减少不必要的电能损耗。
4结语
驱动电源设计范文8
关键词：康复训练；单片机；电磁阀；屈伸
1概述
脑卒中是一种突发的脑血液循环障碍性疾病。据统计，我国脑卒中患者高发，每年新生增长率呈上升趋势，且脑卒中后约有85%的患者伴有上肢功能损伤。主要临床表现为10％手部首先受累，肢体无力，晨起关节无僵硬。所以如不在早期及时康复治疗将导致严重后果。而手部运动功能的复健、恢复是偏瘫康复难题之一[1-3]。对于手部无力的患者，首先应该进行被动康复训练和肢体功能性按摩。通过研制相应的手部康复训练设备不但可以帮助脑卒中引起的对侧或双侧上肢肌无力患者进行康复训练还可以减轻医护人员或家庭成员的工作负担。基于对手部关节的屈伸、腕关节的弯曲运动功能的分析，设计了一种集手部多关节被动训练和前臂肌肉按压式康复设备控制系统。
2系统设计
手部多关节功能康复设备电气控制系统由手部多关节屈伸训练模块和前臂肌肉按压式按摩模块组成。
2.1手部多关节屈伸训练模块设计。通过AT89C51单片机电路程序设计实现步进电机正反转，电机转速的控制和调节，电机转动角度可根据实际康复训练需要进行调节设定；采用数码管显示电机角度、速度，并显示训练时间。整个装置由晶体振荡电路、复位电路、显示电路、步进电机驱动电路按键模块等组成。电机驱动选择具有高压、大电流双H桥式驱动器的L298、锁存器选用74LS373。整体设计框图如图1所示图1手部多关节屈伸训练模块设计框图手部多关节屈伸训练模块整体电路设计如图2所示，选用芯片L298作用直流电机驱动带动手指多关节的伸展和屈曲，按键电路对直流电机的正反转、加速减速、开始、停止进行控制。通过系统编程，L298芯片驱动步进电机正反转动，可根据自身实际训练情况进行转动角度（10°、20°、30°、40°、50°）、转动速度（1-5挡，1挡最慢、5挡最快）的设定，并实现训练开始时数码管显示康复训练时间。
2.2小臂肌肉按压式按摩模块设计。前臂按压式按摩装置模块由电源控制中心、气泵控制电路、电磁阀控制线路组成。电源控制中心采用单片机STC89C52RD，该电源控制中心为充气泵和电磁阀提供工作需要的电压及电流。电源控制中心使用DC12V，2A的开关电源供电，使用电源稳压芯片7805将电源电压稳定到5V给STC89C52RD单片机供电。气泵控制电路由单片机输出信号控制继电器的开关，在这个系统中，通过对电磁阀的控制为两组条形气囊充气，气泵控制电路的额定电压设为直流电12V。选用型号为LY370APM的气泵，该气泵单位时间内的空气流量大，每秒的充气量30ml，充气速度快[4]，符合智能前臂肌肉按压式按摩装置的充气需求，其额定电流是200mA。电磁阀控制线路与气泵控制电路的工作方式相同，由单片机来控制电磁阀的开关，在气泵为两组组条形气囊充气的同时，控制条形气囊的充气、放气顺序，电磁阀额定工作电压与气泵额定工作电压相同，均为直流电12V。小臂肌肉按压式按摩模块电路见图3，该电路模块由电源电路和工作电路构成，整体供电为直流12V的电源，工作电路分为：单片机最小系统，气泵控制电路，电磁阀控制电路。使用三端稳压集成电路LM7805直接把直流12V电压转换成直流5V电压为单片机STC89C52RD供电，单片机STC89C52RD会自动复位，计时方式为内部时钟电路的时钟计时，单片机的P2.0引脚输出高电平使三极管Q1导通，继电器闭合，P2接口通电，驱动气泵开始工作，这个时候，单片机的P2.1引脚也输出高电平使三极管Q2导通，继电器闭合，P3接口通电，驱动电磁阀1开始工作，为气囊充气，当单片机的定时时间达到，气囊开始通过电磁阀1排气，此时P2.2引脚输出高电平，Q3导通，P4接口通电，驱动电磁阀2开始工作，为另一组条形气囊充气，到达单片机预定时间后，P2.2引脚输出低电平，Q3，电磁阀2停止工作，气囊通过电磁阀2排气，紧接着电磁阀1开始工作。整个工作是电磁阀1与电磁阀2的依次重复工作，当达到系统设置的按摩时间后，P2.0引脚输出低电平，Q1截止，继电器断开，充气泵停止工作。
3结束语
