直流稳压电源的设计方案范文

导语：如何才能写好一篇直流稳压电源的设计方案，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：项目教学法；中职教育；直流稳压电源

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）03-0121-02

1 项目教学法简介

1.1 实施项目教学法的指导思想

著名的教育学家弗雷德・海因里希教授曾以这样的例子来介绍项目教学。首先由学生或教师在现实中选取一个“造一座桥”的项目，学生分组对项目进行讨论，并写出各自的计划书；接着正式实施项目，利用模型拼装桥梁；然后演示项目结果，由学生阐述构造的机理；最后由教师对学生的作品进行评估。通过这样的教学步骤，充分发掘学了生的创造潜能，并促使其在提高动手能力和推销自己等方面努力实践。

所以，项目教学法”就是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。它传统的教学法相比，有很大的区别，主要表现在改变了传统的三个中心，由以教师为中心转变为以学生为中心，由以教材为中心转变为以“项目”为中心，由以课堂为中心转变为以实际经验为中心。

1.2 项目教学法的实施步骤

在运用项目教学法进行教学设计的时候，必须明确学生是认知的主体、是知识意义的主动建构者。所以根据项目教学的教法思路和教学设计原则，项目教学具体见以下五个步骤：

1）确定项目的目标和任务：通常先由教师提出一个或几个项目任务，然后同学们一起讨论，最终确定项目的目标和任务。

2）计划：由同学们共同制定出项目的工作计划，确定工作步骤和程序。

3）项目实施：同学们根据各自的分工和合作的形式，按照已明确的工作步骤开展工作。

4）项目的检查评估：先由同学们自评，再由教师根据项目的工作成绩进行检查评分。最终师生共同讨论、提出工作中问题，讨论解决方法并进行总结记录。

5）归档或应用。

2 中职学校电子技术教学的现状

《电子技术基础》是中等职业学校一门专业基础性质的课程，它是理论性、实践性都很强的课程。 在传统实践教学中，由于实验设备有限，只能进行一些验证性的实验，且传统实践教学多采用讲解式，其教学内容的选择、实验步骤的设定和实验器材的组织等均由老师组织，缺乏对学生动手能力和创新能力的培养，使得学生的综合素质未得到锻炼和提高。如何让学生能完全接受这门课的知识，为以后的专业知识打下良好基础，是中等职业学校需要解决的课题。

3 项目式教学法在设计直流稳压电源教学中的具体实施和反馈

直流稳压电源应用广泛，也是中职学校电子技术学科的重要知识点。它包含了电路的集中重要基本元器件，电阻器、二极管和晶体三极管等，以及由这些基本元器件所构成基本电路，所以利用项目教学法设计直流稳压电源的教学具有十分重的要意义。

下面我以设计直流稳压电源的教学为例。

3.1 确定项目任务

首先，向学生下达项目任务：设计直流稳压电源电路。并提出要求如下：

设计要求：① 分析设计要求，明确性能指标。 集思广益，提出多种设计方案，并构建出设计框架。② 确定合理的总体方案。③ 将总体方案化整为零，分解出各个单元电路，逐个设计。④ 组成总的系统，形成合理的布局，并按照设计要求进行总体论证，给出必要的说明。

3.2 制定工作计划

任务下达后，学生开始前期的准备工作，通过查找相关资料、讨论等制定工作计划，也就是接下来的工作步骤。具体如下：① 确定直流稳压电源电路的设计方案；② 设计各分电路确定元器件的采用表；③ 形成直流稳压电源总体电路；④ 利用软件进行仿真验证。

3.3 项目的实施

为了更好地调动学生们的学习兴趣和积极性，我们可以把课堂搬到一体化教室，让学生在学习理论知识的同时，动手操作起来，手脑并用。这样可以使得学生学到知识更加直观，便于理解和记忆。

实施步骤一：确定设计方案。

在具体的实施过程中我将班级的学生分成4-5人一组，要求每组明确每个成员的具体分工和合作形式，并按照已确定的步骤开始工作。同学们可以根据我们之前所学习的，在这里可以采用分工合作，集体讨论，教师指导，确定直流稳压电源电路的设计方案。

实施步骤二：确定子电路图。

我们已经学过直流稳压电源由四个主要部分组成，包含整流变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。接下来开始让同学们自己利用所学的知识设计直流稳压电路的各个部分。为了提高效率，这里可采取分工合作的形式，由组员各自去收集材料，收集的过程不仅复习和巩固了所学知识的，还锻炼了大家分工协作的能力以及团队合作的精神。教师在旁边观察各组学生的讨论过程并适时给予指导，并要求各组上交工作报告，由各组表表阐述各电路的工作原理，给予点评和鼓励，以便于接下来的集体讨论形成整体电路。

实施步骤三 ：形成直流稳压电路总体整体电路，进行参数的论证。

在教师指导下形成最终的整体电路，并在Multisim软件上进行绘制。阐述工作原理并进行电路参数的论证。

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[关键词]单片机 直流稳压源 智能化电源 闭环控制

[中图分类号]TM[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0034-02

直流稳压电源作为电气设备及其控制系统的主要电源系统,在实际生活中被广泛的应用于电力电子教学、电气设备开发研究等工程领域。传统直流稳压电源由于受技术条件的影响,普遍存在功能简单、调节误差大、干扰大、接线复杂、体积大等问题。传统直流稳压电源对输出电压通常采用粗调的方式来完成,调节精度不高,当需要输出电压在一个很小范围内进行调节时,传统的直流稳压电源就难以办到,严重影响了稳压电源的使用范围。基于单片机的智能高精度直流稳压电源,结合了最先进的单片机控制技术采用高性能基准稳压电力电子元件,稳压调压精度高而且抗干扰能力强,克服了传统直流稳压源的缺点。同时整个控制系统具有完善的保护电路,大大提高了设备的使用寿命。随着电力电子技术的成熟,单片机价格越来越经济,且集成度相当高,大大减少了直流电源系统开发成本,具有明显的工程实际应用价值。

1 系统硬件设计

1.1 系统总体结构

单片机控制的直流稳压电源以AT89S52单片机作为整机的核心控制单元,经过调节AD7543的输入电压数字量来控制系统的输出电压,本系统具有可预置电压和步进调节电压的特性,而且整个电压调节步进值达到0.1V的小范围。此系统具有自我检测功能、短路保护等故障处理技术。整个系统的工作原理框图如图1所示。

从图1可以看出,整个系统包含变压整流单元、键盘预设电压单元、滤波电路单元、电流检测短路保护单元、电压反馈单元等多个部分组成。为了使系统能够具备自动采样检测实际输出电压值的大小,可以通过电压取样及电压调节回路,实时对电压进行采样,并经过相应的比较放大电路直接控制单片机内部系统程序进行相应的电压调节,保障输出直流电压的稳定,然后经过八段式数码显示管进行数据处理及显示相应的系统输出电压值。单片机在得到电压取样数据后,通过数字信号处理中心,获得相应的控制策略,可以通过两个驱动电路,对不同的输出电压值采取不同的控制策略。当电流检测回路发现系统中电流过大时,就直接将信息反馈给驱动电路和单片机系统,控制电路调整进行自动短路保护。利用单片机为核心处理控制器的稳压电源系统整体设计方案比较灵活,合理利用软件编程控制方法来解决电压值的预置以及输出电压的步进控制,比传统滑档控制更加精确可靠。由于单片机是一种电子产品的集成系统,可以大大地减少直流电压源系统内部的硬件回路,且采用较为先进的电子器件,系统的相应时间和误差都在有效的控制范围,大大扩大了稳压电压源的使用范围,在稳压源系统中得到了广泛的推广。

1.2 数控部分

单片机AT89S52作为整个稳压系统的控制核心主要完成电压输出值的采样判断、键盘电压预设控制、控制驱动电路进行电压调节、输出电压值数字显示、系统短路自动检测保护及其他辅助功能。

为了实现系统的人机对话功能,本系统采用10个数字电压预设按键和两个步进(“+”,“-”)按键,为了避免有些其他未考虑功能按键的使用,最终选用具有16按键的输入键盘实现整个系统的人机交互控制电路。输出电压值显示部分采用8位8段式LED数码管,数显LED管现在已经很成熟,易于同其他设备进行数据交换,可以直接与单片机输出相连。但是本系统单片机作为系统控制核心,数显单元只是单片机控制的一个点,且单片机I/O端口总数目有限,必须采用扩展电路来控制数显部分,因此为了优化系统,采用一片8155作为单片机系统的外部扩展接口电路,实现16个键盘的通信接口与LED数显的通信接口。键盘及数显接口单片机扩展电路如图2所示。

1.3 电压取样及电压调节

为了提高输出电压的精度,保证电源稳定运行,利用电压取样单元对电源输出电压进行检测,得到一个电压信号的反馈电压。为了提高单片机控制系统的整体精度和灵敏度,将采样数据经过比较放大电路,利用一级运算放大器将采样电压进行放大,再送给单片机系统进行相应的数据处理。

1.4 电源方案

采用78系列三端稳压器件作为控制核心单片机及系统各功能芯片的动力源,通过输入电源的全波整流,获得可靠的稳压供电电源。

1.5 过流报警功能

为了提高单片机控制系统的安全可靠性,提高单片机数控直流电压源的人性化服务。利用电流检测回路检测系统中的电流值,当电流大于系统设定值时,通过单片机系统自动保护跳闸,实现保护贵重电气设备的功能,并可以通过相应的蜂鸣器报警,提醒工作人员对相应的设备进行检查看修。

2 软件设计

在实际硬件电路搭配完成后,为了有效地减小纹波电压,保证供电可靠性,本系统采用软件编程方法实现去峰值数值滤波,以减小外界环境干扰对输出电压的影响,数据取样分析判断是整个滤波系统的中心部分,取样的准确性与否直接影响系统的整体控制。为了保证取样的可靠性,在整个系统的软件设计中设置了电压采样主程序和键盘输入中断子程序,相应的流程图见图3和图4所示:

程序运行后,单片机系统就自动开始检测是否有键按下,若有键盘触发脉冲,则进入电压预设按键功能程序。LED数码管显示部分就开始自动动态定时扫描数据,达到系统CPU资源得到充分利用。单片机系统不断通过取样电路采集系统输出电压数据,经过比较放大和相关分析判断,然后通过单片机系统发出增减命令对实际输出电压进行相应的校正,控制输出电压源保持电压恒定。

3 数据分析

把系统相关的硬件和软件设定完成后,对装置进行相应的检测,其检测结果数据如表1所示:

从表1中可以看出,基于单片机的直流稳压电源系统可以有效的保障输出电压的稳定,系统整体误差在10-2量纲级内,误差相当小,完全满足稳压电源的要求。

4 结语

以AT89S52单片机为核心设计的一种智能稳压电压源系统,有效保证电气设备的安全稳定运行。系统输出电压采用数显和键盘输入控制,提高了电源的人性化服务。基于AT89S52单片机的一种稳压电压源系统系统集成度高、可靠性强、具有自我故障检测保护功能,具有良好的实用价值。

[参考文献]

[1] 李全利.单片机原理及应用技术[M].北京高等教育出版社,2004.

[2] 陈太洪.基于LM399的高精密度稳压电源[J].工矿自动化,2006,(02):66-72.

[3] 吴恒玉,唐民丽,何玲,黄果,韩宝如.基于89S51单片机的数控直流稳压源的设计[J].制造业自动化.2010,32(01):95-96.

[4] 陈伟杰,张虹.基于混合最优算法的高精度数控直流电源设计[J].中国集成电路,2008,8(06):48-52.

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关键词：电子技术行业 虚拟仿真技术 应用

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0000-00

电子技术行业的各类设备产品必须具备良好的设计方案才能够保障其工作状态的理想。电子行业具有产品更新快研发周期短的特点。为了满足不断发展的市场需求，加快产品结构的升级，在核心技术领域取得重大突破，电子行业必须采用新的研究方法和技术。虚拟仿真研究是目前电子行业所广泛采用的一种新的方法和技术。本文即以直流稳压电源以及数控机床为切入点，对虚拟仿真技术在上述两个领域中的应用要点及价值进行分析与探讨。

1 虚拟仿真技术概述

虚拟仿真技术即虚拟现实技术，也可称之为模拟技术，技术核心是用一个完全虚拟的系统对另一个真实存在的系统进行模拟。此项技术涉及到多个学科，是计算机图形、人机交互、传感技术、以及人工智能等多个学科的交叉综合领域。虚拟仿真技术主要包括三个方面的含义：第一是借助于计算机所生成环境具有虚拟性的特点；第二是人对这种虚拟环境的感知是高度逼真的；第三则是人可以通过自然的方法与虚拟系统实现交互，系统可响应人的动作并作出合理的反应。

当前虚拟仿真技术被广泛应用于包括汽车制造、道路桥梁、油田矿井、教育教学、电子技术、以及水利电力等在内的多个行业中，体现出了包括交互性、沉浸性、虚幻性、以及逼真性这四个方面的特点。对于电子技术行业而言，虚拟仿真技术的最主要优势是可对产品设计或优化方案在实践前通过高度仿真的模拟环境进行分析，以验证方案的可靠性以及有效性，兼顾实现了提高效率，缩短周期，以及控制费用等方面的性能优势，有推广价值。

2 虚拟仿真技术在直流稳压电源中的应用

直流稳压电源的组成部分包括电源变压器、滤波电路、整流电路、以及稳压电路四个部分。电网供给的交流电压在经过电源变压器降压处理后得到与电路需求相对应的交流电压，然后经由整流电路变化为方向恒定、大小伴随时间变化而变化的单线脉动电压，并经过滤波电路进行滤过（滤过交流分量），通过此环节处理后得到相对平滑的脉动电压。最后经过稳压电路处理，以确保电网电压以及负载水平在发生改变时电压维持在稳定状态下。为更加清晰的了解整个电路的工作原理与运行情况，可以借助于虚拟仿真软件，在软件模拟环境下通过设置开关或调整电路结构的方式观察示波器所呈现出的波形变化。本研究中引入Multisim10虚拟仿真软件，该软件借助于图形方式创建电路，具有界面直观、操作简便、调用方便等优势。本软件提供有包括交流、直流等在内的17种分析方法，虚拟仿真能力强大。

整流电路仿真分析下全波整流与半波整流波形图如下图1所示。结合图1：4个二极管所构成桥式全波整流电路，其核心作用是将正弦变化的电压演变为脉动电压。通过设置开关J1为开启状态的方式，对整流器在二极管损坏状态下所产生的开路情况进行模拟。则全波整流转换为半波整流，半波整流下所对应输出电压为0.45*全波整流电压。

通过对直流稳压电源系统中J2开关进行接通或断开的方式能够对比波形观察得到：在电容接入电路内后，输出电压平滑程度明显提高，波纹得到有效控制，同时输出电压平均值也有一定的增加。其依据是：在电容接入电路内后，电容可有效存储电荷，同时对高频分量而言容抗脚下，从而电流中的交流成分可通过电容C1而被旁路。在电容维持恒定的状态下，可通过调整负载电阻运行仿真的方式，使示波器分别显示滤波器输出波形，仿真结果如下图2所示。结合图2来看，电容放电时间常数为RC。在C为恒定状态下时，R取值越高则意味着放电速度越缓慢，输出波形更加平滑，输出电压值更小；在R为定值状态下时，电容器容量越大则意味着放电越慢，所对应输出波纹越小，输出电压值更大。

除此以外，通过对虚拟仿真软件的合理应用，还能够对直流稳压电路的改进设计效果进行仿真验证，以确保改进方案的实施效果理想。以某直流稳压电路对集成电路以及自保电路的改进方案而言，为验证该方案的可靠性，借助于Multisim10虚拟仿真软件进行实验。操作方法为：在Multisim10虚拟仿真软件按照改进方案构建直流稳压电压仿真点图，以供电电压220V（±10%）为标准进行虚拟仿真。借助于4综虚拟示波器对各点波形进行观察并读值，虚拟仿真实验结果如下图3所示。结合图2可见：经过改进后，直流稳压电路波形脉动被控制在较小范围内，电压输出稳定程度高，可保持在12.036V左右，经计算稳压系数为0.015（符合

3 虚拟仿真技术在数控机床中的应用

数控加工是现代模具CAD/CAM加工体系中不可或缺的重要内容之一。以五轴数控加工技术为例，所对应的模具工件性状复杂，对表面质量要求高，因此对铣削加工提出了非常严格的要求。五轴加工在完成最后一次装夹后，可以从多个面加工工件，其优势在于节约了大量的装夹时间以及辅助测量装置，且加工位置精度更高。在数控机床设计及性能验证中通过对虚拟仿真技术的合理应用，一方面能够使数控机床充分且合理的应用于对模具以及机械产品的加工中，另一方面能够为正确且充分的应用数控机床，完成更多模具以及机械产品加工提供保障。以某单叶片曲面零件数控加工实例为例，采用五轴加工方案，引入五轴五联动编程开发技术，同时对后置技术进行了编程制定。为进一步验证数控机床五轴五联动方案的编程程序正确性以及后置处理结果的可靠性，借助于虚拟仿真技术，在仿真软件所提供虚拟环境下参照数控机床实际配置构建实验模型。虚拟仿真结果显示：所模拟机床在对零件进行加工的全过程中刀具路径未发生偏差，加工零件性状基本与设计要求相符合。

4 结语

本研究中针对虚拟仿真技术在电子技术行业中的应用问题进行分析及探究，通过上述分析不难发现：在电子技术行业中积极应用虚拟仿真技术能够有效解决以往设计方案直接应用于实践中存在的浪费或失误问题，避免了不必要的事故产生，可以有效提高电子技术产品及相关设备的使用寿命与性能，对促进电子技术行业的发展也有重要价值。

参考文献

[1] 陈军，周晓平，郝江涛 等.基于MatLab & Simulink的电工电子技术仿真实验平台[J].中国现代教育装备，2015（3）：57-60.

[2] 赵丽梅.Electronics workbench在电子技术仿真实验中的运用[J].中国远程教育（综合版），2001（12）：58-59.

[3] 周凯，那日沙，王旭东 等.Saber在电力电子技术仿真中的应用[J].实验技术与管理，2015（3）：126-128，140.

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【关键词】电源系统；改造；项目；可靠性

前言

克孜尔电厂原48V直流装置是阿城继电器厂生产，配备两套，互为备用，由于阿城继电器厂生产的48V直流装置可靠性较差，经常出现故障，而且维修调试复杂工作量大。后又委托新疆水电设计院王淑华高级工程师设计一套简易48V装置，仍然保证不了48V直流系统安全运行，每年检修人员要花费大量时间维修、维护，但仍然效果不大。从1991年――1998年10月，先后因48V故障引起保护误动、拒动多次，给发供电造成很大损失，针对这一情况，电厂技术人员利用一些闲置设备，设计一套48V直流装置，有效地保障了全厂控制、保护自动化设备电源的供应。

一、改造原因

电厂原有两套48V装置在运行过程中经常出现故障，造成继电保护、计算机控制设备、自动控制回路不能正常工作，信号指示消失，而且检修调试复杂、运行检修人员劳动强度大，已经不能适应电厂生产的需要，为此必须进行技术改造。

二、改造方案

经过对原有的设备详细调查、技术分析、可行性论证后，设计和提出技术改造方案如下：

1、用途：

以免维护电池、可控硅整流设备、测量保护回路、自动控制、电压调整、信号回路组成新的一套直流电源，作为电厂继电保护计算机集中控制和其它自动控制设备的可靠直流稳压电源。

2、直流电源装置正常工作环境条件：

（1）环境温度：―10～+400C。

（2）相对温度不大于85%。

3、工作原理：

本直流电源采用单相50Hz220V交流电压经单相桥式半控整流、自动调节控制电路，并通过电抗器滤波、电压调整回路输出直流，一方面向负载供电，同时也对蓄电池进行均充或浮充电。

直流系统原理框图：

三、设备材料

采用的是原纵横制电话交换机用的整流设备、220V直流装置的一些部分设备。

四、安装使用

根据设计方案，认真细致的安装调试，完成了技改项目，投入运行后经检测能满足运行要求，达到了技改的各项技术要求。

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关键词：双向Dc/Dc变换电路；TPS4530；测控电路；步进控制

双向DC-DC变换器是实现直流变换器两象限运行的电路，用于实现直流电能的双向传输，实质上是两个单向直流变换器。对于它的研究，国内外有众多文章介绍它的设计与开发方法。本文则从减少设备体积与重量的角度，兼顾效率的前提下进行设计和研究，有一定的参考价值。

1.设计方案的论证与选择

方案一：采用LM2596开关电压调节器组成DC/DC变换电路，它能够输出3A的驱动电流，可调电压输出范围在12-37v之间，具有过流保护和限流保护功能，效率达到80%，但是不能将效率提高到90%至以上。

方案二：采用双向DC/Dc变换电路模块，找不到完全符合设计要求的模块。

方案三：采用TPS5430组成电路，该芯片同样具有高电流输出，达到3A，宽电压输入范围在5.5～36v之间，高转换效率达到了95%，有过流保护及热关断功能，与其他同类型直流开关电源转换芯片相比更符合题目要求。

综合以上3种方案，选择方案三。

2.辅助电源的论证与选择

方案一：工频电源（220v）为其供电。

方案二：使用直流稳压电源（U处）与L7805芯片电路为其供电。

综合考虑采用方案二。

3.系统理论分析与计算

3.1双向DC/DC变换电路的分析

直流换电路主要工作方式是脉宽调制（Pulse WidthModulation，PWM）工作方式，基本原理是通过开关管把直流电斩成方波（脉冲波），通过调节方波的占空比（脉冲宽度与脉冲周期之比）来改变电压。

图1左上部是一个斩波基本电路，UD是输入的直流电压，堤开关管，UR是负载R上的电压，开关管V把输入的UD斩成方波输出到R上，右上部线为斩波后的输出波形，方波的周期为T，在V导通时输出电压等于ud导通时间为ton在V关断时输出电压等于0，关断时间为toff占空比D=ton/T，方波电压的平均值与占空比成正比。改变脉冲宽度即可改变输出电压，在时间t1前脉冲较宽、间隔窄，平均电压（URT）较高；在时间t1后脉冲变窄，平均电压（UR2）降低。固定方波周期’r不变，改变占空比调节输出电压就是PWM法，也称为定频调宽法。

3.2芯片公式与元器件选择

该款TPs5430在PH和GND之间接外部钳位二极管。选定的二极管必须满足大于该系统的绝对最大额定值：反向电压必须比最高PH电压还高，这是vINMAX+0.5，峰值电流必须大于IOUTMAx再加上峰值电感电流一半。重要的是要注意该二极管传导时间通常长于高侧FET，因此重视对二极管参数配置可以使整体效率显著提高。对于这个二极管，反向电压40v，正向电流3A，正向压降为0.5V。

C1=10uF，C2=0.01uf，C3=220uF

L1=22uH

Rl=10kQ，R2=510Ω

3.3辅助电源的分析

辅助电源使用L7805芯片模块为其供电，C1，G3为小电容，过滤低频信号；C2，C4为大电容，过滤高频信号。取C1=G=0.1uF，G2=4700uF，C4=1000uF。

4.电路与程序设计

4.1主电路的设计

系统电路的总体框架如图2所示。

4.2辅助电源设计

辅助电源需自制或自备，可由7805芯片模块为其供电。辅助电源电路子系统电路如图3所示。

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一、系统总体设计方案

系统的总体设计方案框图，主要由灯控箱系统电路和上位PC机两部分组成。两部分之间通过RS-232串行通信总线连接，完成对各楼丛电灯亮灭的在线控制及监控、数据远距离传输和集中显示管理等。

1.远程灯控箱系统中单片机的选择

单片机最早是以嵌入式微控制器的面貌出现的，是系统中最重要和应用最多的智能器件。单片机以其集成度和性价比高、体积小等优点，在工业自动化、过程控制、数字仪器仪表、通信系统以及家用电器产品中有着不可替代的作用。

目前常用的单片机有51系列、AVR系列、MSP430系列等，其各有优缺点，而比较主流的单片机是51系列和AVR系列两种。而51系列和AVR系列最大的一个区别就是AVR系列单片机采用全新配置的精简指令集RISC（Reduced Instruction Set CPU），而51系列单片机采用复杂指令集CISC（Complex Instruction Set CPU），所以与AVR单片机相比，51单片机在效率、速度及指令格式上就显得比较复杂，更不适用于在嵌入式系统中使用。

其次，因为是应用在日常生活及工业中，所以就必须是低功耗的。而51系列单片机正常情况下消耗的电流为24mA，在掉电状态下，其耗电电流仍为 3mA ；即使在掉电方式下，电源电压可以下降到2V，但是为了保存内部RAM中的数据，还需要提供约50uA的电流。而AVR单片机在低功耗方面的优越之处，是51系列单片机不可比拟的。

综上所述，无论从功能上还是经济上考虑，AVR系列单片机无疑是最好的选择。

2.远程通信实现方式

随着科技的日新月异不断发展，实现通信的方法也多种多样，可以通过GPRS技术进行通信，可以通过红外传输进行数据传送，也可以通过有线传输进行远程通信。现有的一些数据传输方法如利用电话线、电力载波等都存在着诸多的问题，如覆盖范围小，线路维护量大，电力载波上噪声污染导致通信不可靠等。最后基于自己所学专业知识专业技能，结合实现的简易成度及性价比方面，决定使用以ATMEG 16单片机为中心，通过RS-232总线与PC机进行通信，PC机可将命令通过RS-232总线传送给单片机对照明设备进行控制，单片机也可将数据通过RS-232数据线反馈给PC照明设备的状态，以便进行监控。

二、系统概述

1.系统组成

系统硬件由PC上位机、MAX232、ATmega16、灯箱单片机组成。

2.系统工作原理

PC机作为主控制系统，单片机作为控制器，控制系统和控制器之间通过RS-232接口通信。控制时，数据由上位机发出，通过串口发送给单片机，然后再由单片机控制灯箱；发送时，先发送识别字，再发送控制数据，单片机通过读识别字，决定控制哪层楼的灯亮。检测时，PC机先发送一命令数据，当单片机读到“检测”命令数据时，把此时每层楼灯的状态读取过来，然后发送到PC机，PC机读取单片机发送过来的数据，并进行程序处理运算，在VB界面上显示出来。

三、系统硬件

1.ATmega16单片机模块

本模块是整个系统的的核心，所有的命令都由此模块控制。本次单片机采用的是ATMEL公司推出的AVR系列的ATmega16。它具有电路简单、故障率低、可靠性高、成本低、可采用高级语言编程等优势。并且广泛应用于计算机设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。

2.串口通信协议

目前的PC机都有至少一个串行通讯端口RS-232，RS-232端口可实现两台计算机之间进行通讯，RS-232的逻辑电平用正负电压表示，且信号使用负逻辑，逻辑0的电压范围是+5V～+15V，而逻辑1的电压范围是―15V～―5V。在Atmega16单片机的内部有一个全双工的异步串行I/O 口，它的输人和输出使用+5V的TTL逻辑电平，因此要进行逻辑电平的转换。通常选用MAX232专用芯片来完成。Atmega16有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和PC之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，采用的串口是RS-232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，本设计采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。

3.直流稳压电源

电源模块可以直接提供正5V的直流电压，但是由于在一些工业环境中并不提供直流电源，而都是交流电源，为确保其实用性，在电源这一部分，提供了整流稳压电路，可以把交流电压变成5V的电压，为整个电路板提供电源。

3.1电源模块原理图

当开关按下时，电路接通，先通过一个整流电路，使交流电压变成直流电压。为了保证其输出的电压是5V，在后面接一个稳压电路，由一个7805稳压器和一个发光二极管组成，发光二极管作为电源导通的指示灯。当电源导通时二极管发光。其中电容C1起滤波作用，电容C2是抑制高平信号。电容C3， C4直接接地，起到抗干扰的作用，能使电压稳定在5V。

四、软件设计

1.系统软件框图

数据由上位机发出，通过串口发送给单片机，然后再由单片机控制灯箱；发送时，先发送识别字，再发送控制数据，单片机通过读识别字，决定控制哪层楼的灯亮。检测时，PC机先发送一命令数据，当单片机读到“检测”命令数据时，把此时每层楼灯的状态读取过来，然后发送到PC机，PC机读取单片机发送过来的数据，并进行程序处理运算，在VB界面上显示出来。

2.VB编程流程图

五、系统调试操作

1.在电路焊接完成后检查线路是否有虚焊、短接等硬件焊接错误。检查无误后进行通电调试。

2.首先使用RS-232连接灯控箱与PC上位机，使用变压器变压后接入电路电源模块接口。在PC上位机“我的电脑”管理中确定串口号，接入不同的USB口，操作界面中串口号都不同。若串口号判断选择错误，则系统不能判别识辩。

篇7

[关键词] 项目教学；模拟电子技术；应用

[中图分类号] G424.4 [文献标识码] A [文章编号]

模拟电子技术是电类专业很重要的一门专业基础课，传统的教学方式是教师先进行理论讲解，然后安排学生做一些简单的验证性实验。教学中，一般要求理论和实践内容各占一半，大量简单而重复的验证性实验容易让学生产生厌烦情绪，非但不能提高学生的技能水平，反而令学生失去学习兴趣，究其原因在于传统的教学方式是学生被动地让老师推着学。

项目教学法把学生由被动接受知识的客体转变为参与教育过程的主体，教师是起咨询和引导的作用，项目的内容和任务由学生和教师共同讨论确定，因而受到了大部分学生的喜爱，激发了学生的学习兴趣。

一、项目教学法在模拟电子技术课程中的应用

1.1项目的准备

项目教学是师生通过共同实施一个完整的项目来组织教学活动，其指导思想是将一个相对独立的任务项目交给学生独立完成，从信息的收集到方案的设计与实施，都由学生具体负责，教师在教学过程中起到咨询和指导作用。项目教学可以分为三个阶段：项目的准备、实施与评价。在项目的准备阶段，由师生共同准备项目的内容、目标和任务，再由学生制定项目工作计划，经教师同意，项目的实施按照工作计划进行，学生具体负责项目的实施，教师及时给予指导。本文把模电课程划分为三个小项目：收音机项目、功率放大器项目和稳压电源项目。项目任务由指导教师提出，和学生一起讨论，最终确定项目教学的目标和任务。

1.2 项目的实施

1.2.1收音机项目

收音机的原理是把接收到的电台高频信号用一个变频级电路转化为频率固定的中频信号，然后对这个中频信号进行多级放大、检波和低放。由于不同频率的无线电波用途较广、接收的电波较多，所以音频信号就会互相干扰，导致音响效果不好，因此要选择所需的电台并把不要的信号“滤掉”，以免产生干扰，所以我们在收听广播时，使用选台按钮。

在收音机的组装与调试中应用项目教学法，可以把它分解为五个子任务：电子元器件的识别，电子产品生产流程与质量控制，工具的使用，元器件的排布与安装，收音机的调试。在电子元器件的识别中，让同学查阅并收集电子元器件的资料，利用万用表测量元器件的参数，在这个过程中教师应该讲解如何使用万用表。在电子产品生产流程与质量控制中，让学生按照实际生产流水线上的要求制定工艺卡和随机卡，设计好收音机的组装与调试的方案，在这个过程中教师给学生提供一段现代电子生产线的视频，帮助学生了解现代电子整机产品的装配工艺流程，建立质量管理意识。在工具的使用中训练学生使用电烙铁和吸锡器进行元件的焊接和拆卸，以及熟练操作示波器。教师对学生的焊接结果进行点评。

1.2.2功率放大器项目

集成电路是当今科学技术最伟大的成果。集成电路的出现打破了器件、电路与系统的传统界限。集成运算放大器是一个高输入电阻、低输出电阻、高放大倍数的直接耦合的多级放大器，它是模拟集成电路中的典型电路，功率放大器就是在集成运算放大器的基础上发展起来的。

功率放大器的制作与设计项目可以分解为如下相应的任务：电路的设计，购买和测试元器件，电源电路部分的焊接与调试，放大电路的焊接与调试，整机调试。在电路的设计中，教师先对电源和功率放大器的原理分别进行讲解，让学生自己比较和选择使用单电源还是双电源，使用分立元件还是集成芯片来制作功放。学生需自己设计方案，通过仿真确定元器件的参数，列出元器件的清单，和老师讨论后，自己购买元器件。元器件购买回来后，让学生测试元器件的好坏，在万用板上设计好电路走线和元器件的排布，然后焊接电源电路部分并进行调试，学生在焊接过程中遇到的困难，教师应及时给予指导。

1.2.3稳压电源项目

本项目主要进行的是串联稳压电源的实验，它主要由降压电路、整流电路、滤波电路和调压稳压电路四大部分组成。在此次项目教学中，教师需要向学生们讲解电阻、电容、变压器、二极管、三极管、电位器、电感等常用电子元件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，特别是如何用色环标记法计算电阻值和如何用万用表检测二极管的正向导通性和三极管是NPN型还是PNP型，以及各管脚所代表的极性的判别。教师讲解之后，在实践中需要学生们自己动手计算和判别。在安装与调试的过程中，学生们需自己按照图纸焊接元件，组装并调试一台直流稳压电源，在此过程中，教师适当给予指导。本项目教学的一个难点就是学生要自学Protel软件，查阅相关书籍，熟悉印制电路板的步骤和方法、熟悉手工制作印制电板的工艺流程，能够根据电路原理图、元器件实物来设计和印制电路板，教师需在学生遇到困难和疑问时给予指导。在焊接元器件的环节中，教师可以放有关焊接技术的视频录像，让学生掌握正确安全的焊接方法。最后，教师要对学生的作品进行验收。

1.3项目的评价

在项目的评价阶段，先由学生根据自己对工作计划的执行情况和自己积极参与的行为表现进行自我评价，再由教师根据项目的创新性，项目的效果，学生独立解决问题的能力和小组合作精神等方面进行检查评分。在项目总结课上，先由学生总结自己的体验和收获，再由教师总结本次项目的成果和不足并对项目内容进行拓展和延伸。

二、实施项目教学的成效以及出现的问题

在模电课程中展开项目教学是一次全新的尝试，本次项目教学取得了一定效果：首先，由于选取了学生们普遍喜欢和感兴趣的项目，项目难度适中，大部分学生都能完成，从而使他们获得了完成任务的成就感，建立了信心。其次，在项目教学的课堂上，师生双向互动，共同讨论，把教师逼着学生学变成了教师带着学生学，学生们学习的积极性提高了；再次，学生的动手能力普遍得到提高，积累了实用的设计制作经验为以后的职业生涯做好了准备。

但是，在项目教学中也发现了一些问题：第一，学生综合应用相关知识解决实际问题的能力有待提高。第二，学生的创新能力不强，只有小部分同学能够在设计中加入创新的元素。第三，学生不够重视项目总结课，鲜有学生能够提出自己究竟从项目中获得了哪些技能。

三、结语

以行动为导向的项目教学，是高等教育课程改革的方向，也是培养合格工程人员的要求。教学重点倡导学生的主动参与，勤于动手，培养学生搜索和处理信息的能力、获取新知识的能力以及交流合作的能力。根据学生的基础和实际安排教学内容，在教学中，一次课堂教学信息量和难度不宜过大，要边做边学，学生把看到的、听到的、手上做到的结合起来思考，就会发现问题，进而解决问题。所以说，实施项目教学，教师不是学生具体学习过程的主导者，不起直接的主导作用，而是指导者，是项目内容的设计者，项目计划的制定者，是动态教学的调控管理者。实施项目教学，学生的自主性强，自由度大，教师备课量增加，动态管理事务多，要求也高。

项目教学作为一种新型的教学方式，对学生和教师都具有一定的挑战性，有待于我们在不断的探索和实践中逐渐完善。

参考文献：

[1]姜大源.职业教育的教学方法论[J].中国职业技术教育，2007,25.

[2]张沛云.项目教学的实施及特点[J].山东电力高等专科学校学报，2009,12（3）：22-23.

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关键词 电子技术综合设计；实践能力；创新思维

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）02-0113-02

Reform and Practice of Integrated Design of Electronic Techno-logy//ZHOU Tao， ZHANG Ruimin， LIU Qiao， LI Shuanming， ZHONG Furu

Abstract This article introduces the curriculum reform and practice from the aspects of teaching goal， teaching content， teaching imple-mentation， teaching method， examination method and teaching effect. The reform of the integrated design course of electronic tech-nology will be beneficial to the improvement of students’ practical ability， and to cultivate the students’ innovative thinking.

Key words integrated design of electronic technology； practical ability； innovative thinking

1 引言

随着石河子大学人才培养模式的不断改革，以及社会对高等教育培养具备实践能力、创新思维人才目标要求的提出，实践教学环节作为工科专业人才培养体系中的重要组成部分[1]，成为当下大学生创新思维和创新能力培养的重要环节。电子技术综合设计是一门实践性非常强的实训类课程，是电子技术人才培养成长的必由之路。由学生自行设计、自行制作和自行调试电子电路，旨在培养学生掌握综合模拟、数字、高频电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，培养学生电子电路设计与EDA（Electronic Design Automation）调试工具的使用方法，以及开展项目管理的基本方法。

2 现状

以往的教学安排中主要侧重电子电路的设计和仿真，留给学生自己用于思考和设计的时间有限，设计基本停留在纸上和计算机上。因此，教学效果很难达到预期的教学目的。虽然W生在参加接下来的相关课程的课程设计、大学生训练计划、全国大学生电子设计大赛、毕业设计时理论分析能力得到提高，但实际设计和调试时却出现大量问题很难得到快速解决的现象。所以，这种教学模式不再适应目前新的人才培养方案对于电子信息工程专业提出的要求以及创新人才的培养。

3 课程改革探索与实践

电子技术综合设计课程的改革与探索主要从课程教学目标、课程教学内容、课程教学实施、教学方法、考核方法和教学效果等几个方面进行。

课程目标 电子技术综合设计将学生已学过的电路基础、模拟电路、数字电路以及高频电路等课程的知识综合运用在该课程中[2]，从而培养学生具备电子元器件的识别和选择，电子电路仿真和电路设计软件的使用，电子电路的分析和设计以及实际应用电路项目的开发、管理等综合能力，使学生切实经历从原来课本上的电路到EDA软件的仿真电路再到实际看得到、摸得着的电路的实现过程。该课程是对现有课程体系的完善和补充[3]，帮助学生拓展视野，提升学生参加课外科技活动、校级SRP（Student Research Project）活动、国家大学生创新计划以及全国电子设计竞赛等专业竞赛的兴趣和毕业设计的质量与水平。

教学内容 课程的主要内容按照基本知识验证、专业知识综合、创新设计能力培养的原则进行安排，主要包括：常用电子元器件基础知识；常用电子测量仪表的使用；电路仿真软件的使用；印刷电路板的设计与实现；电子电路系统设计方案提出、论证、设计、元件焊接、系统调试；撰写总结报告、答辩等。

1）常用电子元器件基础知识：主要讲解电阻、电容、电感、电位器、变压器等常用元件的区分，还包括一些电子常用术语，比如单面板、双面板、焊盘、焊接面、虚焊、桥接等。

2）常用电子测量仪表的使用：包括万用表、示波器、函数发生器、直流稳压电源的基本使用方法。

3）电路仿真软件的使用：主要讲解电路仿真软件Multisim的使用。

4）印刷电路板的设计与实现：Altium Designer软件中电路原理图的绘制和PCB图的绘制方法。

5）电子电路系统设计方案提出、论证、设计、元件焊接、系统调试：对全班学生进行分组，四个人一组，每组一个设计题目，每组经过方案的提出、讨论、修改、教师审核、论证后设计出电路仿真图，仿真没有问题后设计PCB图，然后制成单面板进行元件焊接、调试。

6）撰写总结报告、答辩：系统设计完成后，每组撰写总结报告，提出系统的优点和设计不足，以及设计过程中自己的心得体会，最后制作幻灯片进行课程汇报答辩。

教学实施 在完成各个教学内容时，课程采用项目驱动的方式使学生在掌握理论知识的同时，实践能力也得到不同程度的提高。整个教学过程分为4个项目进行，通过项目的完成，学生逐步完成课程的学习，综合能力也在不知不觉中得到锻炼。

1）基本元件及电路测试项目。教学内容的前两部分讲解完成后，要求每个学生进行基本元件参数的测试、电路虚焊、双面板线路测试等。通过该项目，学生掌握电子元件与电路测试的基本方法和常用测量仪器的使用方法。

2）电子电路设计和仿真项目。在该项目中，教师首先讲解电路仿真软件Multisim的使用方法，然后以实例设计一个两级晶体管放大电路。在此过程中，教师从元件参数的选取、放大倍数的计算、系统测试和修改等方面给学生进行讲解。讲解完成后，学生参考实例设计一个放大倍数不同的晶体管放大电路作为练习。练习完成后，全体学生设计一个波形发生电路用来产生方波、三角波信号。学生设计过程中可相互交流，碰到问题可询问教师，最终完成项目预期目标。该项目完成后，学生可以掌握电路仿真软件的使用方法和电路设计的基本原则。

3）电子电路制板与焊接调试项目。前两阶段的项目完成后，教师讲解电路制板软件Altium Designer的使用方法和手工腐蚀法制作单面电路的流程，讲解和制作过程以上一个项目中的两级晶体管放大电路为例，讲解的过程中学生如果有问题可随时提出，教师进行解答。最终要求学生自己实现一个两级晶体管放大电路的印刷电路板的绘制，以及电路的腐蚀、焊接、通电调试。通过该项目，学生掌握了电子电路从书本的理论知识到实物实现的过程。

4）C合设计与总结项目。学生按学号进行随机选题，题目内容涵盖模拟电路（如连续可调直流稳压电源）、数字电路（如循环彩灯控制器）、高频电路（如小信号阻容耦合放大电路设计）。题目选定后，题目相同的学生分成一组，组建项目小组。项目组成员提出设计方案，经过理论论证，设计完成仿真电路和PCB电路，然后采用手工腐蚀法实现电路系统的板面布线，最后进行元件焊接和调试。系统完成后，整个课程基本接近尾声，每组学生要对自己的设计方案进行汇报答辩。通过该项目，学生掌握了复杂电路的设计与实现，以及团队合作完成项目设计、管理、总结的过程。

教学方法 课程的教学方法，打破传统理论课程完全靠教师讲授以及实验课程以学生动手为主的模式，采用教师讲授、项目训练、学生参与设计和讨论、分析讲解和答辩的形式。学生有机会表达自己的观点和设计思路，充分调动积极参与的兴趣。

考核方法 课程的总评成绩由5个部分组成：考勤10%+课程表现10%+项目完成情况30%+课程答辩情况20%+课程报告30%。新的考核标准打破原来课程总评成绩主要由平时成绩、设计成绩两部分组成的模式，主要以学生在教学实践活动中的参与度和完成度作为考量，注重学生实践能力和综合能力的培养。

教学效果 经过两周的项目驱动训练和实践环节的总结，学生对于测量仪器的使用更加熟练，对常用电子元器件的选用和封装了解得更为清楚，对电子电路的设计和实现更加有信心，分析问题、解决问题的能力得到了很大的提高。

4 结论

课程改革和实践在石河子大学电子信息工程2012级、2013级和2014级为期两周的电子技术综合设计课程中进行，学生对于课程内容安排和各个环节的设计比较欢迎，加大了学生创新思维和创新能力的培养。课程实施的整个过程侧重基础能力培养，将项目管理理念贯穿整个课程的始终，加大创新能力的培养。学生在后续的毕业设计和课外科技活动中凸显了较强的实践和创新能力。■

参考文献

[1]吴大鹏，黄沛昱.“电子系统综合设计”课程建设探索[J].电气电子教学学报，2014，36（6）：41-43.

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关键词：CAN总线；RS232；复用转换接口；通信协议；可编程直流电源

中图分类号：TP336

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）23-0041-03

在各种电子设备的开发、使用中，直流电源是一种必不可少的仪器，目前国内所使用的电源大多只有固定电压输出（例如常用的有±5V、±12V或±15V）或通过电位器进行手动调节，输出精度和稳定性也不高，容易产生漂移，无法进行设备的网络化控制。本文应用CAN总线和RS232通信技术，研究一种复用串口，解决主机与电源设备从机之间实时通信问题，进而对高精度可编程电源进行状态监测与运行控制，设计出硬件电路，提出一种通信软件解决方案。

1　高精度直流电源的整体结构及主要通信功能分析

本文研究的高精度可编程电源以单片机控制模块为核心，由主电源模块、串并联控制模块、电流电压反馈控制与保护模块、按键设置、液晶显示、接口等模块组成。在电源中，应用PID以及现代控制理论，通过12位A/D转换器实现对输出电压/电流的控制，得到较高分辨率及精确度，并要求可对设备进行远程联网监测与控制。电源的总体结构如图1所示，可配合上位机及其界面对设备进行单台或多台的网络化监控，在网络化控制中，很多测试设备都以单片机、ARM等处理器为核心进行控制，内部可提供串口通信信号，用于对设备进行状态监测与运行控制等。如提供USB或RS232等接口，但它们只能是短距离传输，多台设备协同使用时，组网监测与控制不便，性能也不稳定，尤其在较大的干扰环境下，不能有效工作，而控制器局域网CAN已广泛应用于控制系统中，在各检测和执行机构之间进行数据通信。因此，本文设计一种通过CAN总线或RS232接口与计算机（PC）联机组网的接口电路用于联接主机，实现对设备的远程联网监测与

控制。

图1　电源节点电路原理方框图

根据电源的功能分析得知，需要进行在线调整与控制的功能可分为两类，在查询与读出方向主要有：各组运行的串并联状态查询、各组输出电流、电压实时显示；在设置与控制方向主要有：起停控制、串并联控制、各组运行参数设置、各种保护功能设置等。电源的这些功能必须通过接口电路与主机进行信息交换才能实现，可简化为58条

指令。

2　方案设计

在设备的整体设计中，考虑其功能的复杂性，将硬件电路功能划分成不同的模块进行设计，并通过各自的接口进行模块之间的联接，同样，复用通信接口也设计成一个独立的模块，使其一端与主控制器的通信接口联接，另一端与电脑联接。本文接口电路采用两套信号采集与转换方案。

方案1的CAN总线和RS232复用转换接口由RS232通信接口并联CAN总线网络接口组成。RS232通信接口包括设备串行输出端、MAX232转换模块和阴头9针复用接口等部分，设备通过其串行输出端、MAX232转换模块和阴头9针复用接口的2、3、5脚与电脑主机之间进行RS232通信；CAN总线网络接口包括设备串行输出端、接口处理器、CAN总线控制器、光电耦合器、CAN总线收发器、总线端电源和阴头9针复用接口等部分，接口处理器与设备串行输出端连接完成设备与串口之间的串行信息交换，再由接口处理器通过CAN总线控制器、CAN总线收发器、光电耦合器、总线端电源和阴头9针复用接口与带有接口卡的电脑主机进行组网或单机通信，实现CAN总线网络通信功能。

方案2中接口单片机须使用两个串口，其第二串口与电源设备进行串行通信，通用串口通过MAX232与PC联接，实现与主机的RS232通信功能；CAN与主机的通信和方案1相同。因此，所有信号均需通过接口单片机进行中间处理或转换，实现主机与设备之间的通信。

图2　方案1接口电路原理框图

图3　方案2接口电路原理框图

由此可见，方案1使用232通信时为主机直接与电源控制器进行通信与控制，接口单片机只负责CAN与主机通信，编程简单；方案2中主机的所有信息需经接口单片机转接，有利于信息的归一化处理，也有利于提高指令的安全性，但所使用的单片机需具有两个串口，编程也较为复杂。因此，本文采用方案1的设计思路。

3　电源接口硬件电路设计

在CAN接口中的控制器选用SJA1000。选用PCA82C250作为CAN总线的收发器，它也是CAN协议控制器和物理层之间的接口，具有抗瞬变、抗射频和抗电磁干扰性能，内部的限流电路具有电路短路时对传送输出级进行保护的功能。同时加入光耦电路，即SJA1000的TX0和RX0并不是直接与82C250的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与82C250相连。6N137为高速光隔器件，作为外线路与系统之间的隔离，这样可有效地提高系统的抗干扰能力和内部系统的安全性，并采用两个完全隔离电源VCC和VDD对光耦部分电路供电，从而达到光隔目的。主机节点由PC机或接口卡电源供电，所有从机节点之间使用同一电源供电，即采用5线制通讯方式。在网络终端的两端各增加一个120Ω的线路匹配电阻，在CANH和CANL引脚后各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连，可起到一定的限流作用，保护82C250免受过流的冲击。INT接W77E58的INT0。这样，可通过中断方式访问SJA1000，也可采用查询方式访问SJA1000。

本文设计的CAN总线和RS232复用接口中，阴头9针复用接口J8用做RS232接口时，采用标准的三线法，即脚2、3、5分别接TXD、RXD、GND。用做CAN接口时，脚4、6接总线端电源，总线端电源通过跳线与脚9相接，为其他节点的总线侧供电，或取消本节点总线端电源，使用其他节点为本节点供电。当不需要该节点为网络提供电源，也不需要网络为本节点供电时，不需要跳线连接9脚。CANH、CANL分别与脚7、8相接，当本节点在网络中是最后一个节点，则需在CANH、CANL之间接入电阻值为120Ω。如图4所示：

图4　复用接口接线图

4　串口电路工作过程

该接口电路主要有两种工作模式：其一为RS232通信，通过开关S1给MAX232等部分供电，断开VDD。此时，电源的CPU通过MAX232直接与主机联接，从而实现点对点主从通信。其二即为CAN总线通信，接通VDD，断开开关S1，将MAX232电源切断，此时，CAN总线电路供电，设备通过接口控制器、CAN总线及其接口卡与主机进行通信，即以接口控制器及其电路作为桥梁进行设备与主机之间的通信。

5　结语

本文研究了高精度可编程电源工作原理，设计了一种集RS232和CAN总线集成的接口电路，可方便地与计算机联机组网，实现多点或点对点通信，有利于进行远程调整与维护。在CAN组网中，采用了光电隔离等措施，通过滤波和错误处理机制，保证主从机之间的数据传输质量，提高设备的可靠性和安全性。可实现节点之间较长距离的数据通信，有效提高传输过程中系统的抗干扰能力，可通过主机节点对多个从节点同时进行远程监控。

参考文献

[1]　Philips Semiconductors data sheet SJA1000 Stand-alone CAN Controller. 2000，1．

[2]　Philips Semiconductors data sheet PCA82C250 CAN controller interface. 2000，1．

[3]　唐义锋．维修电工与实训[M]．北京：北京理工大学出版社，2010．

[4]　唐义锋，陈新华，等．CAN总线在干燥设备水分在线测定中的应用[J]．农机化研究，2008，（12）．

[5]　唐义锋，李志坤．基于CAN总线的电工实验指导系统设计[J]?．电子工程师，?2007，（8）．

篇10

关键词 s7-200；重量变送器；EM235；配方管理

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0024-02

在众多的液料加工企业当中，有很多生产过程需要把两种或两种以上液体按照一定比例进行混合搅拌，然后出料。为了高效准确的进行生产，必须对搅拌生产工艺过程当中的液体重量、温度、加工效率进行快速、准确的控制。其中最重要的环节就是灵活应对液体配比的改变。本文以s7-200系列PLC为核心通过重量变送器采集反应釜内的重量数据、送入EM235转换成数字量送入PLC，利用PLC程序对数据进行处理并产生控制输出。通过触摸屏编辑手动、自动、配方管理等控制画面，全面提高企业的生产效率，灵活应对液体配比的改变。

1 液体搅拌装置生产流程

1.1 液料搅拌生产流程图

图1 液体混合搅拌流程图

1.2 生产流程分析

根据液体混合搅拌装置的实际生产过程，其生产流程图如图1所示。流程图中的自检部分为检测是否有液料在反应釜中未排出，检测原理就是利用重量传感器检测重量，和反应釜毛重比较，如果有液体未排除，产生声效、灯光报警。每种液体的重量由生产工艺决定，利用触摸屏进行配方管理，实现快速准确的生产。在流程图中只写出A料、B料，在实际生产中可以根据工艺实现多种液料的配比控制，本文不在一一阐述。搅拌时间T可以通过触摸屏根据加工工艺自由控制。

2 液体搅拌系统设计

硬件是控制系统的基础，在软件的协调下实现生产过程的检测与控制。本系统的硬件电路由数据采集、数据转化、数据处理、画面控制组成。如图2的硬件框图所示，称重传感器完成重量数据采集，EM235把采集来的模拟量转化成数字量，PLC负责对采集来的数据通过程序进行处理产生控制输出，触摸屏完成自动、手动、配方的管理控制。

2.1 硬件框图

图2 硬件框图

2.2 搅拌主电路

搅拌主电路由变频器控制变频电机进行搅拌。当完成数据采集、转换、处理形成控制输出按照触摸屏给出的指令给变频器发送搅拌信号，控制搅拌电机工作。变频器要设置成外部端子多段速模式。

2.3 重量数据采集转换电路

如硬件框图所示，本方案当中的数据采集采用KM02A重量变送器采集重量数据，将转换的模拟量送入EM235模块，完成数据的采集转换，然后送入PLC进行程序处理。KM02A重量变送器以工业现场标准设计，提供了使传感器与控制接口实现标准化的方法，不易受噪声干扰。以此为桥梁把反应釜内液体的重量转变为典型的4～20 mA或0～10 V模拟量输出。送入EM235模块进行A＼D转换。EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。根据EM235模块上的6个DIP开关的组合我们可以选择单双极性的电压输入也可以选择者0～20 mA或4～20 mA的电流输入。

在选择模拟量输出时只能选择一个电流输出或电压输出送入到PLC的模拟量输入输出模块EM235。PLC的模拟量输入模块输入电压时，其输入阻抗很高，在100 kΩ～10 MΩ。当变送器距离PLC较远时，线路间的分布电容和分布式电感的干扰信号在模块的输入阻抗上将产生很高的干扰电压，所以电压信号适用于近距离传输。电流输出具有恒流源性质，内阻很大，当PLC的模拟输入模块输入电流时，输入阻抗很低一般会≤250 Ω。线路上的干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适用于远程传送。工业现场最常选用的是电流信号。

变送器电源允许范围DC15 V～24 V，推荐使用15 V，18 V或24 V的直流稳压电源，当环境温度超过60℃时要确保电源电压不能超过24 V。实际应用时要把多余的接线端口堵死，防止潮气及灰尘进入重量变送器内部。

3 软件系统

3.1 PLC程序

PLC程序要协调硬件完成预定的功能。根据上述，本系统中PLC程序主要完成自动控制程序、手动控制程序、模拟量数据的处理程序。

自动控制程序可以调用配方自动完成称重、配重、正反方向的搅拌过程。

手动控制程序可以完成手动的启动、停止、手动的正反向搅拌控制。

模拟量数据的处理程序是程序运行的核心，负责把测得重量数据采集转化送给控制程序处理。西门子系列的PLC在软硬件方面有很强的模块化功能，把诸多硬件功能、常用的程序功能模块化。而针对模拟量处理有专门的模拟库完成，可以实现整数和实数之间的数据处理。在功能库的模拟量模块里，只要设定好数值的输入输出存储器，转化量的范围以及模拟量的范围值就可以方便的完成模拟量的采集转换。滤波、数值类型转化、求标度值等都无需手动编写程序，大大简化了编程工作。

程序处理中会涉及到反应釜本身毛重的问题，有三个办法可以解决：1）称好反应釜重量转换成数据量，使用PLC程序处理，在最终称完重量后减去反应釜毛重。2）在变送器侧调零，在反应釜空载的情况下使电压、电流输出为0，或者电流输出4 mA。3）在触摸屏侧设置去毛重按钮，在第一次使用，或校准时称得反应釜重量写入PLC断电保存寄存器，然后利用程序减去测得的重量。为了方便校准，本设计方案选择第三种方法。

为了满足触摸屏控制和外部控制，在手动、自动程序中采用软硬触点相结合的方式完成。M点作为和触摸交换的数据的软触点，为了实现外部的非触摸屏控制同时并接I点。I点只需完成外部硬触点的启动、停止、急停即可。

3.2 触摸屏画面

触摸屏和PLC的通讯根据选择触摸屏的不同可以选择PPI、MPI、PN、DP，而200的PLC如果要使用PN或DP需要另加模块。所以为了节省成本我们可以选用PPI或MPI协议进行通讯，完成数据互换。

为了灵活、快速、直观的反应控制过程，在本系统中利用触摸屏实现手动操作画面、自动操作画面、配方设置画面，参数设置画面。各个画面需满足监控当前工作状态、电机参数。能完成当前工作模式的急停、启动、停止功能。

手动操作画面需设置手动的启动、停止、手动的正反向搅拌按钮，电机速度的设定，电机当前速度的监控、物料重量的监控及去毛重按钮。

自动操作画面需要设置每种液料得监控，电机转速及电流的监控，自动启动停止按钮。

配方管理画面需要设置各种参数的设定项，包括电机正反向转速设定、正反向旋转时间设定、每种物料的重量设定。在配方管理画面可以将配方记录数据读取到触摸屏，可以把当前配方数据的保存到配方记录，能完成从PLC中读取配方数据在触摸屏中显示，能完成把配方数据下载到PLC。

4 结束语

西门子系列PLC在自动控制领域有着其独特的优势和特点。硬件模块化和软件的模块化使得功能增加、改变、程序的编写变得简单。而本系统采用以s7-200为核心配合触摸屏、变频器完成的液体搅拌控制过程，不但可以提高控制精度，而且大大改善了配比方式的灵活性，工艺的改变对控制主体的影响不大，做到最大限度的灵活控制和自动化控制。

参考文献

[1]西门子200系列编程手册[M].

[2]EM235 A＼D转换模块使用手册[M].KM02A 重量变送器使用手册[M].