超高速节能型调占空比交流稳压系统开发【说明书论文开题报告外文翻译】
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目 录摘 要 .IIAbstract .III1 绪 论 .41.1 单片机技术发展状况 .41.2 稳压系统的发展及应用 .41.3 交流稳压电源分类 .51.4 研究目标 .62 系统总体设计 .72.1 系统设计框图及原理分析 .72.2 系统结构及模型图 .83 系统硬件设计 .103.1 AT89C52 单片机 .103.2 ADC0808 转换器 .113.3 LM016L 液晶模块 .123.4 调占空比交流稳压系统 .134 系统软件设计 .154.1 系统控制流程图 .154.2 Proteus 仿真软件设计 .164.2.1 proteus 的介绍 .164.2.2 proteus 仿真软件的工作过程 .164.2.3 proteus 仿真软件的模型建立 .164.3 液晶显示程序流程图 .244.4 电压采集转换流程图 .255 系统调试与分析 .285.1 计算 .285.2 仿真调试 .305.3 仿真结果分析 .32I6 总结 .33参考文献 .34附 录 .35致 谢 .39II超高速节能型调占空比交流稳压系统开发摘 要伴随着科技的进步和如今电子发展技术的日益提高，越来越多的电气设备在人们的生活、工作中中起到了越来越重要的作用，这些设备对电源的功能和稳定性的要求也特别高，但是电网的电压并不是不变的。当电压发生波动那么就会造成不必要的电能浪费，采用稳压系统可以减少这一方面的影响。本文首先对单片机技术的发展与研究状况进行了介绍；然后通过对比传统的交流稳压系统的缺点来讲诉本系统的优点；区别于传统稳压产品本系统无工频变压器，可以使效率提高、重量减轻从而改善性能；无逆变器、结构简单、控制灵活、性能好；减小谐波干扰。同时大幅度降低了稳压器自身的重量和尺寸，然后讲述了运用 proteus 仿真软件通过单片机的程序控制实现改变占空比进行稳压的方法。关键词：交流稳压；单片机；仿真IIIUltra-high speed energy-saving adjustable duty ratio ac voltage stabilizing system researchAbstractWith the progress in science and technology and the increasing development of electronic technology, more and more electrical equipments are playing more and more important role in peoples work and daily life. These equipments have high requirement on function and stability of power supply but the voltage of power grid is not invariable. The fluctuation of voltage will bring about unnecessary waste of electric energy. Pressure stabilizing system can reduce the impact on this aspect. This article firstly introduces the development and research status of single-chip microcomputer technology. Then through comparing the deficiencies of traditional AC pressure stabilizing system, the article introduces the advantages of this system. Different with no industrial frequency transformer in traditional voltage stabilization products, it can improve efficiency reduce the weight so as to improve performance. It has no inverter with simple structure and good performance, easy to control, and small harmonic interference. Meanwhile, it greatly reduces the weight and dimension of the voltage stabilizer itself. Then the article indicates some methods to use proteus simulation software to change duty ratio for voltage stabilization through the program control of singlechip.Key words: Ac voltage regulator; Single chip microcomputer; simulation41 绪 论1.1单片机技术发展状况单片微型计算机简称单片机，它是嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）,人们常用 MCU 来表示单片机，它是将很多的外围设备与 CPU 放在一个芯片上，这就使得计算机系统变得小，因此它得到了更多的应用。在初期阶段单片机都是 8 位的或者是 4 位的。此后在技术人员在 8031 上研发了 MCS51 系统，但是由于工业控制领域要求的不断提高，慢慢的 16 位的单片机出现在了人们的视线里，但由于它的性价比不好，16 位的单片机并没获得人们的认可。90 年代那是一个电子类产品的发展狂潮，因此单片机技术也随之得到了巨大的提高，所以 32 位单片机迅速代替了 16 位单片机的地位，而最初的开发出来的 8 位的功能也变的比原先强大。现代人类生活中所用的电子产品中几乎都会集成有单片机，在比较复杂的工业控制系统中可能有好几百台单片机在工作。当然随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度更高、体积将会更小、但是功能会更加强大，单片机是 1970 年左右出现的，经历了三个不同的阶段。单片机则是微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生以来，已经发展为上百种系列的近千个机种。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势进一步向着 CMOS 化、低能耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。1.2稳压系统的发展及应用稳压根本上就是根据现代电力电子技术，改变开关打开与关断的时间比，从而保持稳定输出电压的一种系统，现在世面上大多是开关电源为主，开关电源问世后，取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。刚开始出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑和线性电源的很相似，但它的功率晶体管是处在开关状态。但是随着脉冲调制型开关电源被研发出来之后，由于这种电源的特点是用 20KHZ 的载波来进行脉冲宽度调制，那么这样它的效率可达到 65%到 70%，但线性电源的效率只有 30%到 40%，相比而言脉冲调制型的开关电源能够跟好的节约我们的电能，因为这个原因，它也慢慢的为人们熟知。稳压电源系统发展阶段分为三个阶段：第一个阶段是功率半导体器件从双极性器件发展为 MOS 型器件，使得电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低了导通损耗，电路也变得更为简单。第二个阶段则是从 1980 年发生的，随着各种软开发技术的研究成果慢慢出现，电子设备的性价比变得越来越好。软开发技术是过去二十年里人们所关注和研究的重点。第三个阶段是从 1990 年以后慢慢发生的，由于电子集成技术的产生和快速发展，它的优势为人们乐道，同样它也有着缺点，如今的人们也在不断的对其进行研究和创新。当今社会，稳压设备的适用范围越来越广，通讯设备、工业自动化、医疗设备、测5试设备、大型机床、全场稳压等越来越多的场合需要运用到稳压系统，这是为什么呢？因为经过了稳压系统后，损耗会大大降低，而且适用的负载性较好，能够承受瞬时过载的情况，精密度高，没有波形畸变。所以随着时代的不断发展强大，人类科技文明的进步，对节能意识的不断提高，我相信稳压系统会在人们以后的生活中大放异彩。现代稳压系统运用于各种开关电源，开关电源向着小型的方向发展。使电源小型化的具体办法有：第一是高频化。因为要提高电源它的功率密度，那就需要提高对应的脉冲调制变换器的频率来降低电路中的储能器件的体积和重量。第二个办法是用压电变压器让功率变换器变得更小、更轻、更薄但是同时它的功率密度很高。那是因为它利用的是陶瓷材料，陶瓷材料拥有特殊的性质传送能，它就等效于一个串并联的谐振电路，在这一点上一直是人们研究的重点。第三就是用新型的电容器。这样能相应减少电子设备的体积，从而使其密度提高。第四是在我们的电路板的两个面都安装上电子元件，这样可以让电源变得小。1.3交流稳压电源分类(1)铁磁谐振式交流稳压器铁磁谐振式交流稳压器是通过饱和的扼流圈与一定的电容在一块后成为了能够稳定伏安特性的一种稳压器。其中最初最具有代表性的就是磁饱和型的稳压器，总体来说，这种稳压器的系统结构比较单一，而且造价便宜，尽管它所允许的输入电压的波动范围较广，过载能力也可以，但是这种稳压器输出的波形失真比较大。而且稳定度也不够。最近几年所研究的稳压器都是靠电磁器件的非线性的特征实现的稳压，它的工作原理都是差不多的但是由于它能够实现稳压并且变压的两种功能，因此它比一般的变压器和磁饱和型稳压器更受欢迎。 (2)磁放大器式交流稳压器磁放大器式稳压器，在结构上它与自耦变压器串联。改变了放大器的阻抗值来达到稳压的效果的一种稳压器。这种稳压器的稳定性非常好，而且输出的波形也基本上没有失真。但是因为是磁放大器，所以它需要的回复时间略长，而且与自耦变压器串联以后，这种稳压器的抗干扰能力就下降了。 (3)滑动式交流稳压器滑动式稳压器，这种稳压器用电机来调整接触点的位置。使电压获得稳定。这样的话稳压器的工作效率会相对比较高。输出波形无失真，但是它的稳定度低。 (4)感应式交流稳压器感应式稳压器通过改变一定的相位差来实现稳压的。这种稳压器所允许的输入电压值范围很广，而且对应的波形很好，功率也比其他的稳压器高出很多，但是它的功耗比较大，不节能。而且制作成本也比较高，世面上很少见这种稳压器。 (5)晶闸管交流稳压器6晶闸管交流稳压器它是把晶闸管当作功率调整元件的一种装置，这种稳压装置的稳压速度非常快，没有噪音，稳定性也很好，但是对市网的电压有影响，会对其他设备造成干扰。 1.4 研究目标为了使稳压系统变得更加高效，节能，本文介绍了一种通过调节占空比来稳压的方法，用 proteus 仿真软件来实现，具体功能要求为，当市电输入的是不稳定的三相交流电时，本系统通过电压采集模块对输入电压进行采集，因为是高压，所以需要一个分压电路，最终输入给 ADC0808 的信号也是一个交流信号。通过采样两个周期的 40 个点累加起来，根据一定的比例关系，最终得到实际的交流电压。通过单片机程序的控制，最终使得当输入电压和稳定电压值一样时，占空比为 50%,输入电压大于稳定值电压时，占空比小于 50%，输入电压小于稳定电压时，占空比大于 50%即可。72 系统总体设计2.1 系统设计框图及原理分析本设计的节能型交流稳压装置，包括市电连接端 和稳压电源输出端 ，所述市电sUOU连接端 与稳压电源输出端 之间的三相线路上依次串接有第一储能电感sUOUL1、L2、L3，限流电阻 Rt1、Rt2、Rt3，储能电容 C1、C2、C3，以及第二储能电感L4、L5、L6；各限流电阻两端分别并接有可控开关 K1、K2、K3；还包括控制单元、电压检测单元、第一电子开关 S1 和第二电子开关 S2；各可控开关 K1、K2、K3 的控制输入端分别连接控制单元；第一电子开关 S1 和第二电子开关 S2 分别包括控制输入端和三个电流输入端，其中控制输入端连接控制单元，第一电子开关 S1 的三个电流输入端分别连接在三相线路中限流电阻 Rt1、Rt2、Rt3 与储能电容 C1、C2、C3 之间，第二电子开关 S2的三个电流输入端分别连接在三相线路中储能电容 C1、C2、C3 与第二储能电感L4、L5、L6 之间；电压检测单元的输入端连接市电连接端 以检测输入电压，然后将检sU测到的电压信号输出至控制单元；控制单元根据电压信号控制可控开关 K1、K2、K3 的开关状态，以及第一电子开关 S1 和第二电子开关 S2 的导通和截止，系统设计框图如图 1所示。S 1 S 2U sL 1L 2L 3C 2C 3C 1L 4L 5L 6R 1R 2R 3C 4 C 5 C 6U o图 1 系统设计框图稳压输出端 三相线路与公共端之间还串接有滤波电容 C4、C5、C6，组成滤波单元，OU以对输出电压中的高频谐波进行滤波。稳压输出端 与公共端之间的三相线路上分别串OU接回路电阻 R1、R2 和 R3。在应用时，市电输入的不稳定电压可被自动调整为稳定的交流稳压电源输出给三相负载，无需传统的交流稳压装置的变压器和逆变电路，稳压器自身耗能少，电压调节迅速。限流电阻 Rt1、Rt2、Rt3 皆为防浪涌热敏电阻。第一电子开关 S1 和第二电子开关 S2可采用现有的占空比可调的高速电子开关集成芯片，其具有用于调节占空比的端口即控制输入端。电压电流测量单元可利用现有的电压电流测量电路，将测得的电压电流模拟8量转换为数字量传输给控制单元。控制单元可选用现有的单片机，可控开关 K1、K2、K3可利用继电器辅助触点实现，控制单元单片机控制继电器线圈的通断电，从而达到控制可控开关通断的目的。通过电流电压的测量，控制单元能够判断稳压器接入电源的状态，从而控制可控开关在电源接入稳压器启动时保持断开状态，并在一段时间后控制可控开关闭合，从而将限流电阻短路，避免其上的电能损耗。因为在设计初始，运用的 S1 和 S2是高速电子开关芯片，所以本发明在应用时，市电输入的不稳定电压
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