用于熱敏電阻特性測(cè)量的數(shù)控加熱直流電源

1、用于熱敏電阻特性測(cè)量的數(shù)控加熱直流電源舊式的熱敏特性曲線測(cè)量系統(tǒng)采納水熱法加熱、溫度計(jì)測(cè)溫柔手動(dòng)電橋法測(cè)電阻，這會(huì)帶來(lái)很大的誤差，同時(shí)有一定的平安隱患，效率低下。近年來(lái)有眾多科研人員提出采納計(jì)劃，但都或多或少保留了本來(lái)的設(shè)計(jì)計(jì)劃，問(wèn)題沒(méi)有得到徹低的解決。筆者提出采納單片機(jī)為控制核心，數(shù)控直流電源加熱，a/d法測(cè)量電阻，18b20測(cè)量溫度，從而完成了系統(tǒng)化的智能改造，解決上述問(wèn)題。此系統(tǒng)的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)一個(gè)能易控的程控輸出穩(wěn)定和的加熱電源，避開(kāi)脈沖電壓、電流的引起的溫度的突變，影響試驗(yàn)精度。同時(shí)，此數(shù)控電源因?yàn)榫雀?，穩(wěn)定易控而可適用于其他各類需要恒壓恒流直流電源的系統(tǒng)。系統(tǒng)計(jì)劃以 mega16l

2、為主控制器，通過(guò)內(nèi)置a/d檢測(cè)充電電池電源電壓值，并通過(guò)挑選充電方式為恒流性還是恒壓性。恒壓性通過(guò)ams1117實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出和小紋波電壓。在恒流狀態(tài)下，實(shí)時(shí)通過(guò)ad檢測(cè)輸出電流，同時(shí)通過(guò)da實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)電流穩(wěn)定性。該設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于小于1ma的紋波電流，因?yàn)橄到y(tǒng)要求紋波較小，我們對(duì)市電舉行濾波，并采納熱噪聲和熱系數(shù)較小的云母和金屬膜電阻，并在中串聯(lián)還是以及并聯(lián)電容，以削減紋波，達(dá)到較好的效果。在接地方式上采納數(shù)字地和模擬地分開(kāi)，最后舉行單點(diǎn)共地。在程序設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)不工作的端口所有上拉，并盡量減小單片機(jī)的動(dòng)作。圖1 系統(tǒng)框圖恒流電路的調(diào)整控制辦法主控芯片mega16將預(yù)置的電流值通過(guò)16位d/a芯片

3、ad669輸出電壓給恒流電路，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生相應(yīng)的電流并顯示。電流反饋電路將反饋值通過(guò)a/d芯片ad1674輸人mega16，通過(guò)數(shù)字pi調(diào)整器對(duì)輸出的電流值舉行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高精度的閉環(huán)反饋控制?？紤]本系統(tǒng)對(duì)電流的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能要求不高，數(shù)字pid中的d調(diào)整在本系統(tǒng)中作用不大，為削減主控芯片的計(jì)算量和提高處理速度，故采納增量型pi算法，計(jì)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)為比例項(xiàng)增強(qiáng)量，pi(k)為積分項(xiàng)增強(qiáng)量，e(k)為當(dāng)前的電壓測(cè)量值編制出pi算法程序，用法pi算法能否達(dá)到設(shè)計(jì)的調(diào)整

4、品質(zhì)，關(guān)鍵在于調(diào)節(jié)好比例系數(shù)kp,、積分系數(shù)ki。各個(gè)參數(shù)的取值大小分離對(duì)系統(tǒng)的性能有不同的影響。比例系數(shù)kp增大，將使系統(tǒng)的動(dòng)作反應(yīng)速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小;但是kp增大，將使系統(tǒng)趨于振蕩或振蕩加劇，調(diào)整時(shí)光加長(zhǎng);kp太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定;kp太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。積分系數(shù)ki，積分作用能消退穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度;ki小，積分作用變小，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降;ki過(guò)小會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定?？刹?用 臨 界敏捷度法整定pi調(diào)整器的kp，ki兩個(gè)參數(shù)。恒流電路擴(kuò)流的挑選用法軟件和apsys舉行模擬，對(duì)不同種類三極管舉行dcsweep掃描，測(cè)試不同三極管特性得出厄利電壓大小。對(duì)于恒流源所用的

5、電路，厄利電壓的值越大解釋三極管的恒流特性越好，負(fù)載電阻的變幻不受到影響到電源的恒流特性。集電極電流值只受到基極電流ib控制的性質(zhì)越好。圖2 橫流電路擴(kuò)流三極管模擬測(cè)試結(jié)果電路設(shè)計(jì)主處理器挑選采納單片機(jī)mega16為主控芯片，atmaga16l是一個(gè)低功耗，高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)含16k空間的可反復(fù)擦寫(xiě)100,000次的flash存儲(chǔ)器，32個(gè)io口，內(nèi)置8路10 位，可編程電路，抗干擾能力強(qiáng)，可在電磁干擾環(huán)境下工作。且mega系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，便利地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。顯示模塊用法液晶顯示屏顯示。lcd有顯然的優(yōu)點(diǎn)：功耗很低;尺寸小，厚度約為的1/3;字跡清楚美觀，同

6、時(shí)又可顯示大量文字信息和圖形，可形成人性化的交互界面。電源端口電壓10v檢測(cè)通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)電壓比較(見(jiàn)圖3)檢測(cè)電源端口電壓。圖3 電源端口電壓檢測(cè)電路通過(guò)一級(jí)電壓尾隨并通過(guò)電阻分壓，調(diào)整到當(dāng)外電壓為10v時(shí)輸出5v電壓，并制作5v基準(zhǔn)源，通過(guò)電壓比較器，電壓比較器接單片機(jī)中端口檢測(cè)。10v恒壓輸出電路為達(dá)到較小紋波，并實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào)的目的采納ams1117精密穩(wěn)壓芯片，通過(guò)調(diào)整電阻比例得到所要電壓。因?yàn)檩敵鲭妷旱牟▌?dòng)與輸入輸出電壓的差值有關(guān)，差值越大，紋波越大。故采納兩級(jí)穩(wěn)壓(見(jiàn)圖4)。這樣經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后輸出電壓紋波基本為電容電阻的熱噪聲。圖4 10v恒壓輸出電路又由于ams1117的參考端電流相對(duì)于

7、輸入輸出電流很小，可忽視。通過(guò)在兩極之間接入電阻并通過(guò)儀表ad620放大差壓，用a/d測(cè)試電壓輸出換算出電流值，有精密測(cè)量和取出共模紋波電流的功能。100ma和200ma恒流源采納對(duì)電流值的負(fù)反饋，并舉行實(shí)時(shí)調(diào)整(見(jiàn)圖5)設(shè)計(jì)恒流源。圖5 無(wú)反饋100ma和200ma恒流源電路采納16位d/a芯片ad669，調(diào)整加在精密電阻上的電壓值，同時(shí)采納12位a/d芯片ad1674對(duì)電壓值舉行實(shí)時(shí)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)具有高共模抑制比的儀表專用放大器ad620。電壓值反饋回單片機(jī)，通過(guò)矯枉過(guò)正的辦法微調(diào)電壓，穩(wěn)住電流，實(shí)現(xiàn)恒流。恒流充電與恒壓充電方式的轉(zhuǎn)換采納電磁繼電器挑選通路。電磁繼電器具有通過(guò)電流大的優(yōu)點(diǎn)，但是開(kāi)關(guān)速度較慢。在該題目要求中，不需迅速的開(kāi)關(guān)速度但要求能導(dǎo)通較大電流。因此，我們選用電磁繼電器。圖6 負(fù)反饋100ma和200ma恒流源電路過(guò)溫庇護(hù)采納18b20實(shí)時(shí)檢測(cè)加熱電阻的溫度，當(dāng)大于120攝氏度時(shí)控制繼電器使電路斷開(kāi)。因?yàn)椴煌吞?hào)的熱敏電阻對(duì)庇護(hù)溫度要求不同，這樣可以通過(guò)軟件設(shè)置庇護(hù)溫度，來(lái)完成加熱任務(wù)。測(cè)試結(jié)果通過(guò)大功率可調(diào)電位器模擬熱敏電阻的加熱過(guò)程，調(diào)整電阻由小增大，開(kāi)頭為恒流充電方式，當(dāng)達(dá)到10v時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為恒壓方式。在調(diào)整過(guò)程中檢測(cè)充電端的電壓波動(dòng)，充電電流波動(dòng)和電壓電流紋波。在調(diào)整過(guò)程中，同時(shí)觀看lcd上電壓、