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開關電源設計教程范文1
【關鍵詞】STC15F2K60S2；電路設計；軟件設計
1.引言
在一些作業半徑大，測點分散的工業場合，就需要由一種多點巡回檢測，集中管理的測量儀表，能夠實現報警、遠傳、控制、數據記錄等功能，自動運行無需人為干預。針對這種需求，本文設計了一種智能多路溫度巡檢儀，采用Pt100鉑電阻作為溫度傳感器巡回檢測16路溫度，可設報警限值，具有報警信號常開常閉接點輸出，支持RS485通信。儀表前面板具有數碼管、LED燈、按鍵人機接口，操作簡單，便于維護。
2.總體方案設計
系統方案如圖1所示。
在本系統中CPU主要是對溫度值進行巡回檢測、數據計算、數據顯示、同時檢測報警狀態、鍵盤輸入及通信數據并做出相應的處理。有溫度傳感器信號處理電路、人機接口、通信接口、報警輸出及供電電源電路。其中溫度傳感器信號處理電路由轉換電路、濾波電路、多路模擬開關電路、放大電路、A/D轉換電路組成，是影響整臺儀器性能的關鍵。
3.Pt100測量原理
測量儀表連接的溫度傳感器由Pt100鉑電阻和連接導線組成。在精確測量時連接導線的電阻對測量結果的影響不容忽視。工業上Pt100一般都采用三線制接法，在鉑電阻-端連接-根引線，另一端連接兩根引線，且三線長度、線徑、材質一致，這樣就保證了三線的電阻相等為r。這種方式通常與補償電路配套使用，以消除導線電阻引起測量誤差。
4.硬件電路設計
4.1 電源電路
采用TOP414的開關電源，由圖2可知，輸入電源通過TOP414開關和高頻變壓器變壓，再經過整流、電容濾波和電感平波，輸出直流電。高頻變壓器二次側有3個繞組，2路輸出功率，另一路為反饋回路提供電源。反饋回路從輸出端進行電壓取樣，通過光耦來控制脈沖控制開關的通斷，調節輸出功率。供電電源電路分別向系統電路提供5V電源，向報警及通信電路提供12V電源，且兩路輸出電源相互隔離。由于系統對12V電源精度要求不高，所以反饋回路從5V輸出端取樣，12V電源通過線圈匝數比獲得。
4.2 Pt100信號選擇及放大電路
巡檢儀信號轉換電路由圖3中的17個信號檢測電路組成（由于版面所限，圖中僅繪出第1個、第2個和第17個），實現將16路Pt100溫度傳感器輸出的電阻信號轉換為電壓信號。其中第1路沒有外接Pt100傳感器，設置它的目的是為系統提供零電壓和參考電壓，用于彌補運算放大器放大倍數的誤差，余下16個電路的原理完全一致。
4.3 A/D數據轉換電路
由圖4可知，TLC7135的A/D轉換周期為40002個時鐘周期。串行接法是通過計脈沖數的方法來獲得測量結果的，通過設置單片機定時計數器時鐘與TLC7135時鐘頻率相同，設置INT0外部中斷為邊沿觸發，進入被測信號積分階段時，TLC7135的BUSY引腳變為高電平，觸發單片機中斷，定時計數器立即啟動計數，在A/D轉換的基準電壓反積分階段結束時，TLC7135的BUSY端變為低電平，定時計數器停止計數，讀出定時計數器的計數結果。
4.4 人機接口電路
如圖5所示，4位數碼管各有8個顯示段，每位數碼管相同的段連在一起，由P0端口統一進行段驅動，而各個數碼管的共陽極則由另一個I/O進行驅動。P2.4用于驅動LED燈公共端，P2.5用于分時檢測按鍵輸入。
4.5 報警輸出及通信電路設計
為了避免外聯設備的浪涌沖擊和噪聲干擾，報警輸出和通信電路與系統電路完全隔離，接地以及電路之間沒有任何物理上的傳導連接。為了提高RS 485通信速度本設計采用了接收和發送自動轉換的零延時電路。如圖6所示，若發送為低電平，DE/RE為高電平，發送允許，此時由于D管腳接地，MAX1487芯片的輸出端A、B產生表示低電平的差分信號。若發送高電平，DE/RE為低電平，MAX1487芯片的A、B端處于高阻態。
5.軟件設計
儀表整機軟件主要由3部分組成：數據采集與溫度計算程序、人機服務程序、通信程序。為了保證各子程序協調運行，需要通過中斷機制實現。
人機服務程序是實現儀器的顯示及人工操作，由于數碼管和LED指示燈采用動態刷新顯示，為了保證動態刷新周期，人機服務程序安排在定時器中斷里運行。RS485通問方式為主從方式，本儀表處于從機地位。儀表收到主機發來的數據幀后，根據MODBUS RTU通信協議將主機要求的信息發送到RS485網絡中，主機可以讀取16路溫度、報警設定數據，以及重新設置相關參數。
6.結語
本文基于STC15F2K60S2設計了多路溫度傳感器測量，系統設計緊湊、成本低、功能強大，且適用范圍非常廣泛。每個通道通過參數設置及變換電路稍加更改即可接受不同的輸入類型，如熱電偶、熱電阻、線性電壓、線性電流、線性電阻，可與各種傳感器、變送器配合使用，實現對溫度，壓力、液位等物理量測量，為工業系統集成提供了一個很好的硬件平臺。
參考文獻
[1]何橋.單片機原理及應用[M].中國鐵道出版社，2008.
[2]王福瑞.單片微機測控系統設計大全[M].北京航空航天大學，2002.
