用于热敏电阻特性测量的数控加热直流电源

1、用于热敏电阻特性测量的数控加热直流电源旧式的热敏特性曲线测量系统采纳水热法加热、温度计测温柔手动电桥法测电阻，这会带来很大的误差，同时有一定的平安隐患，效率低下。近年来有众多科研人员提出采纳计划，但都或多或少保留了本来的设计计划，问题没有得到彻低的解决。笔者提出采纳单片机为控制核心，数控直流电源加热，a/d法测量电阻，18b20测量温度，从而完成了系统化的智能改造，解决上述问题。此系统的关键在于设计一个能易控的程控输出稳定和的加热电源，避开脉冲电压、电流的引起的温度的突变，影响试验精度。同时，此数控电源因为精度高，稳定易控而可适用于其他各类需要恒压恒流直流电源的系统。系统计划以 mega16l

2、为主控制器，通过内置a/d检测充电电池电源电压值，并通过挑选充电方式为恒流性还是恒压性。恒压性通过ams1117实现稳定输出和小纹波电压。在恒流状态下，实时通过ad检测输出电流，同时通过da实时控制，实现电流稳定性。该设计的难点在于小于1ma的纹波电流，因为系统要求纹波较小，我们对市电举行滤波，并采纳热噪声和热系数较小的云母和金属膜电阻，并在中串联还是以及并联电容，以削减纹波，达到较好的效果。在接地方式上采纳数字地和模拟地分开，最后举行单点共地。在程序设计时对不工作的端口所有上拉，并尽量减小单片机的动作。图1 系统框图恒流电路的调整控制办法主控芯片mega16将预置的电流值通过16位d/a芯片

3、ad669输出电压给恒流电路，经过转化产生相应的电流并显示。电流反馈电路将反馈值通过a/d芯片ad1674输人mega16，通过数字pi调整器对输出的电流值举行调节，实现高精度的闭环反馈控制。考虑本系统对电流的动态调节性能要求不高，数字pid中的d调整在本系统中作用不大，为削减主控芯片的计算量和提高处理速度，故采纳增量型pi算法，计算公式如下：pp(k)=kp×e(k)-e(k-1)pi(k)=ki×e(k)p(k)= pp(k)+ pi(k)其中pp(k)为比例项增强量，pi(k)为积分项增强量，e(k)为当前的电压测量值编制出pi算法程序，用法pi算法能否达到设计的调整

4、品质，关键在于调节好比例系数kp,、积分系数ki。各个参数的取值大小分离对系统的性能有不同的影响。比例系数kp增大，将使系统的动作反应速度加快，稳态误差减小;但是kp增大，将使系统趋于振荡或振荡加剧，调整时光加长;kp太大时，系统会趋于不稳定;kp太小，又会使系统的动作缓慢。积分系数ki，积分作用能消退稳态误差，提高系统的控制精度;ki小，积分作用变小，使系统的稳定性下降;ki过小会使系统不稳定。可采 用 临 界敏捷度法整定pi调整器的kp，ki两个参数。恒流电路扩流的挑选用法软件和apsys举行模拟，对不同种类三极管举行dcsweep扫描，测试不同三极管特性得出厄利电压大小。对于恒流源所用的

5、电路，厄利电压的值越大解释三极管的恒流特性越好，负载电阻的变幻不受到影响到电源的恒流特性。集电极电流值只受到基极电流ib控制的性质越好。图2 横流电路扩流三极管模拟测试结果电路设计主处理器挑选采纳单片机mega16为主控芯片，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，32个io口，内置8路10 位，可编程电路，抗干扰能力强，可在电磁干扰环境下工作。且mega系列的单片机可以在线编程、调试，便利地实现程序的下载与整机的调试。显示模块用法液晶显示屏显示。lcd有显然的优点：功耗很低;尺寸小，厚度约为的1/3;字迹清楚美观，同

6、时又可显示大量文字信息和图形，可形成人性化的交互界面。电源端口电压10v检测通过与标准电压比较(见图3)检测电源端口电压。图3 电源端口电压检测电路通过一级电压尾随并通过电阻分压，调整到当外电压为10v时输出5v电压，并制作5v基准源，通过电压比较器，电压比较器接单片机中端口检测。10v恒压输出电路为达到较小纹波，并实现电压可调的目的采纳ams1117精密稳压芯片，通过调整电阻比例得到所要电压。因为输出电压的波动与输入输出电压的差值有关，差值越大，纹波越大。故采纳两级稳压(见图4)。这样经过稳压后输出电压纹波基本为电容电阻的热噪声。图4 10v恒压输出电路又由于ams1117的参考端电流相对于

7、输入输出电流很小，可忽视。通过在两极之间接入电阻并通过仪表ad620放大差压，用a/d测试电压输出换算出电流值，有精密测量和取出共模纹波电流的功能。100ma和200ma恒流源采纳对电流值的负反馈，并举行实时调整(见图5)设计恒流源。图5 无反馈100ma和200ma恒流源电路采纳16位d/a芯片ad669，调整加在精密电阻上的电压值，同时采纳12位a/d芯片ad1674对电压值举行实时检测，经过具有高共模抑制比的仪表专用放大器ad620。电压值反馈回单片机，通过矫枉过正的办法微调电压，稳住电流，实现恒流。恒流充电与恒压充电方式的转换采纳电磁继电器挑选通路。电磁继电器具有通过电流大的优点，但是开关速度较慢。在该题目要求中，不需迅速的开关速度但要求能导通较大电流。因此，我们选用电磁继电器。图6 负反馈100ma和200ma恒流源电路过温庇护采纳18b20实时检测加热电阻的温度，当大于120摄氏度时控制继电器使电路断开。因为不同型号的热敏电阻对庇护温度要求不同，这样可以通过软件设置庇护温度，来完成加热任务。测试结果通过大功率可调电位器模拟热敏电阻的加热过程，调整电阻由小增大，开头为恒流充电方式，当达到10v时自动转换为恒压方式。在调整过程中检测充电端的电压波动，充电电流波动和电压电流纹波。在调整过程中，同时观看lcd上电压、