毕业设计（论文）-小功率无线馈电系统的设计.doc

本科毕业设计 第I页 共I页目 录1 绪论 11.1 概述 11.2 课题分析 11.3无线供电技术指标 12. 无线供电的方案设计 12.1系统总体方案设计及思路 12.2硬件设计 22.2.1系统总体方块图 22.2.2系统的总体设计 22.2.3电源电路的设计 22.2.4发射端电路的设计 72.2.5接收端电路的设计 173.系统程序设计 223.1程序的编制 234.无线供电部分频率和波形的相关调试 374.1线圈输出波形的测试 374.2 CPU输出波形的测试 384.3 无线供电测试 38结论 39致谢 40参考文献 41附表1 43 本科毕业设计 第43页 共42页1 绪论 1.1 概述无线供电是一种方便安全的新技术，无需任何物理上的连接，电能可以近距离无接触地传输给负载。本文设计了一种近距离无线供电方案，通过电磁场感应原理，将电能以无线的方式传输给负载。这种近距离无线供电技术有着广泛的应用前景。比如无线充电器，只需将手机、PDA 等移动设备放上去，无需插拔连线就可以充电，给人们的生活带来了很大的方便。1.2 课题分析无线供电系统由线性电源、发射模块、接收模块三部分组成，线性电源为发射模块提供12V直流供电，发射模块通过线圈将电能传递至接收模块，接收模块最终将接收到的交流电转化为直流输出并带动负载LED。本文介绍了无线电力传输的原理基本思想。包括单片机系统的应用和线性电源的原理，电磁感应原理，设计了一种简易的无线供电原型，并对其进行了一个初步的分析和探讨。1.3无线供电技术指标该发射模块大小：6*5*2cm，发射线圈（天线）6*4cm矩形。发射功率最大10W供电电源DC12V线圈参数大小、功率等参数可调2无线供电的方案设计2.1系统总体方案设计及思路通常，对手机、笔记本等移动设备的电池充电时需要一个充电器，一端连在市电电源上，另外一端连在移动设备上，频繁的插拔不但使用不便，而且容易损坏，同时也不安全。在工作环境恶劣的场合，比如水中，应该尽可能避免电气接触。有时，需要对封闭容器内的传感器等电路供电，一般采用电池。然而，电池的使用寿命毕竟有限，当电量耗尽时，将封闭容器打开更换电池是非常麻烦的事情，有时也是不允许的。鉴于这些情况，本文设计了一种近距离无线供电方案，无需任何物理上的连接，通过电磁场感应原理，将电能以无线的方式传输给负载。无线供电系统总体设计的思路：无线电力传输的原理并不复杂，从原理上，电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播，要产生电磁波首先要有电磁振荡，电磁波的频率越高其向空间辐射能量强度就越大，电磁振荡的频率至少要高于50kHz，才能够提供足够的电磁辐射，以达到实验的目的。2.2硬件设计高频振荡电路高频功率放大电路高频整流滤波电路负载电源电路发射模块接收模块2.2.1系统总体方块图图2.2系统总体功能方块图图2.1无线供电系统图2.2.2系统的总体设计整体上由六部分组成：（1）电源电路 直流线性电源，负责供给发射端+12V电源。（2）高频振荡电路 由AVR单片机作为CPU，型号为ATmega48，负责产生振荡。（3）高频功率放大电路 将振荡放大后并进行输出，用于能量功率的传递。（4）高频整流滤波电路 负责将接收的交流电信号转化为直流并带动负载。（5）负载 高亮二极管，用于证明实验效果。原理图见附表一。2.2.3电源电路的设计1.工作原理假如有图1所示电路，输入电压Uin加在可变电阻R与负载电阻RL串联电路的两端，于是，通过改变R两端的压降即可实现稳压。如输入电压增加时，可增大可变电阻R的阻值，使输人电压的增加量全部降在它的两端，这样，输出电压即可维持不变；输入电压减少时，可减小R的阻值，使它两端的压降随输入电压的减少而减少，以维持输出电压不变；若输人电压不变，而负载电流变化，这时也可通过改变可变电阻R的阻值，使它两端的压降不变，即输出电压输入电压可变电阻两端的压降。这种以调整元件（可图2.2 利用可变电阻稳压变电阻）与负载串联的电源称为串联型稳压电源。实际电源电路中，通常利用负反馈原理，以输出电压的变化量去控制晶体管集电极与发射极之间的电阻值，原理电路见图2.2。图2.2示出的是一种最简单的单管串联型晶体管稳压电源。调整元件为晶体管VT1。220V交流电压经变压器降压后，再经整流滤波电路转换成直流Uin，加在调整管与负载两端。R1、R2和R3（R3=R31R32）组成分压器，用来测量输出电压Uout的变化，VD为硅稳压管，产生基准电压，R4为其限流电阻。VT2组成的放大器起比较和放大的作用，Rc为其集电极电阻。VT2集电极的输出直接加到调整管VT1的基极，改变VT1的c、e极之间的电阻。图2.3串联型晶体管稳压电源原理电路图假如因电网电压降低或负载电流加大，而使输出电压Uout降低，则通过R1，R2和R3组成的分压器使VT2的基极电压下降。由于VT2的发射极接在稳压管VD上，此点电位基本不变，所以，VT2的Ube2减小，集电极电流Ic2减小，因而Uc2增加。Uc2增加导致Ib1、Ic1增加，VT1管的c、e之间的电阻减小，从而使输出电压恢复到原来的数值附近。放大倍数愈大，输出电压的变化就愈小。当输出电压升高时，通过负反馈作用，同样能使它下降，以维持输出电压基本不变。改变取样电路的分压比，则可调节输出电压。输出电压Uout的近似表达式为:实际的稳压电源中，调整管常由若干个晶体管复合而成，以扩大输出电流；为了减小放大器的温度漂移和提高它的放大倍数，常采用两级差动式放大电路。为了消除输人电压不稳对放大器和输出电压的影响，稳压电源中常增加一组辅助电源，将它与输出电压串联后，向放大器供电。精密电源中，为了降低漂移和噪声，在电路设计、元器件选择和制作工艺上还将采取一系列措施。2.电路和元器件的选择实际制作当中，本设计中的线性电源采用实验PCB板焊接元件制成，从变压器副边输出的交流信号经过四个整流二极管（VD1、VD2、VD3、VD4）进行全波整流；通过电容（C1、C2、C3、C4）进行滤波；通过三端稳压器输出稳定的12V电压。其电路图如图2.10图2.4直流供电线路原理图电容C1、C3选用2200F/25V和470F/25V的电解电容,C2、C4为104/50V直插瓷片电容，变压器为50W电源变压器2635mm、220V/15V,VD1VD4均为整流二极管IN4007，1N4007是低频整流管，主要用于市电（50/60Hz）整流，1N4007耐压1000V,用于工频整流、全波整流，原理如图2.3.5所示.图2.5原理图 一种对交流整流的电路。在这种整流电路中，在半个周期内，电流流过一个整流器件（比如晶体二极管），而在另一外一个半周内，电流流经第二个整流器件，并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。全波整流整流前后的波形与半波整流所不同的，是在全波整流中利用了交流的两个半波，这就提高了整流器的效率，并使已整电流易于平滑。因此在整流器中广泛地应用着全波整流。在应用半波整流器时其电源变压器必须有中心抽头。无论正半周或负半周，通过负载电阻R的电流方向总是相同的。全波整流使交流电的两半周期都得到了利用。其各项整流因数则与半波整流时不同。本设计中，利用三端集成稳压器进行稳压，输出三端稳压器采用12V输出三端稳压器MC7812，电气特性以及内部原理图如下：表1 MC7812电气特性表参数符号值单位输入电压VO =5V 至18VVI35VVO 24VVI40V热阻(结到壳) (TO-220)RJC5/W热阻(结到空气) (TO-220)RJA65/WO工作温度范围TOPR0 +125储存温度范围TSTG-65 +150参数符号条件MC7812 LM7812单位最小典型最大输出电压VOTJ =+2511.51212.5V5.0mA IO1.0A, PO15W VI =14.5V to 27V11.41212.6线性调整率ReglineTJ =+25VI =14.5V to 30V-10240mVVI =16V to 22V-3.0120负载调整率RegloadTJ =+25IO =5mA to 1.5A-11240mVIO =250mA to 750mA-5.0120静态电流IQTJ =+25-5.18.0mA静态电流变化IQIO =5mA to 1.0A-0.10.5mAVI =14.5V to 30V-0.51.0输出电压漂移VO/TIO =5mA-1-mV/输出噪声电压VNf =10Hz to 100KHz, TA =+25-76-V/Vo纹波抑制RRf =120Hz VI =15V to 25V5571-dB电压差VDropIO =1A, TJ=+25-2-V输出电阻rOf =1KHz-18-m短路电流ISCVI =35V, TA=+25-230-mA峰值电流IPKTJ =+25-2.2-A图2.6 LM7812内部原理图3散热方案（1）三端稳压器MC7812的安装表面应平滑、无尘、无表面损伤，当安装散热器上时，应先在稳压器与散热器的解除表面涂上一层导热硅脂，以保证良好的接触面减少热阻。（2）为保证良好的散热，本设计中添加了12V、0.1A散热风扇一个，以保证电源的正常工作。4.12V直流线性电源实物图图2.7实物图2.2.4发射端电路的设计1振荡电路的选择本文中介绍的无线供电发射模块频率在70KHZ左右，在无线充电实验中可以采用晶体振荡器采用1-20MHz的石英晶体，在无振荡晶体时用几百kHz振荡电路。用CMOS电路反相器构成的晶体振荡电路如图2.4.1所示，图2.4.1 中用了三个反相器，一个反相器产生振荡，二个反相器作缓冲。图2.8晶体振荡电路用高速CMOS电路与非门的晶体振荡电路高速CMOS电路做的晶体振荡电路广泛应用于各种电子电路中，它起振容易，特别在高频段。图2.9晶体振荡电路多谐振荡器产生振荡是最简单的电路，构成多谐振荡器有多种办法，常见的有用CMOS门电路构成的多谐振荡器，电路简单而省电，但在实验过程中发现振荡幅度不够，高频段更甚。我们选用的是晶体管做的多谐振荡器，用晶体管做多谐振荡器有两种电路：第一种是集电极一基极耦合多谐振荡器，这种多谐振荡器在低频段效果还可以，但在高频段就无法应用。因为集电极一基极耦合多谐振荡器的输出上升沿差，为使输出幅度稳定，两只晶体三极管工作在饱和状态，因而使电路的最高工作频率受到限制。第二种是发射极耦合多谐振荡器，它可以克服第一种振荡器的缺点，两只晶体三极管工作在非饱和状态，提高了三极管的开关速度，从而可以得到更高的振荡频率。耦合电容接在发射极上，能改善输出波形。图2.10多谐振荡器电路理论上来说，在大规模生产此设备时，我们应选用的晶体管多谐振荡器是发射极耦合多谐振荡器，亦称射极耦合多谐振荡器。但是在本次设计当中，因为方便于测试在不同频率下，发射端发射的功率，发射端的波形以及能量传输的距离，选用了AVR单片机作为CPU，型号为ATmega48，作为振荡产生电路，并产生控制脉冲。从而代替上述晶体管多谐振荡器的功能，原理如图2.11所示本设计中的振荡电路采用AVR单片机作为CPU，型号为ATmega48。Atmega48是基于AVR增强型RISC结构的低成本、高性能、低功耗8位CMOS微控制器。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega48的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。图2.11单片机接线原理图ATmega48具有非易失性的程序和数据存储器4K字节的系统内可编程Flash、256字节的EEPROM、512字节的片内SRAM。ATmega48内部集成了丰富的外设资源，集成了两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器，一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器，一个具有独立振荡器的实时计数器RTC，六通道PWM，8路10 位ADC，可编程的串行USART 接口，可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口，面向字节的两线串行接口，具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器。选择ATmega48的理由：（1）高性能、低功耗的8位AVR微处理器（2）先进的RISC 结构131 条指令（大多数指令的执行时间为单个时钟周期）（3）非易失性的程序和数据存储器（4）23个可编程的I/O 口线（5） 宽工作电压: ATmega48V/88V/168V：1.8V 5.5V ATmega48/88/168：2.7 V 5.5V（6） 宽工作温度范围:-40C 85CATmega48内部原理图如图2.6所示： 图2.6 Atmega48内部原理图2.高频功率放大电路的制作功率放大电路的主要任务则是，在允许的失真限度内，尽可能高效率地向负载提供足够大的功率。因此，功率放大电路的电路形式、工作状态、分析方法等都与小信号放大电路有所不同。对功率放大电路的基本要求是：（1）输出功率要大输出功率Po = UoIo，要获得大的输出功率，不仅要求输出电压高，而且要求输出电流大。因此，晶体管工作在大信号尽限运用状态，应用时要考虑管子的极限参数，注意管子的安全。（2）效率要高。放大信号的过程就是晶体管按照输入信号的变化规律，将直流电源提供的能量转换为交流能量的过程。其转换效率为负载上获得的信号功率和电源供给的功率之比值，即： 式中：Po 负载上获得的信号功率；PE 电源供给的功率。（3）合理的设置功放电路的工作状态。功放电路的工作状态有甲类、乙类、甲乙类及丙类。它们的定义如下图Z0401所示。图2.7 功率放大电路的工作状态由于在能量转换的过程中，晶体管要消耗一定的能量，从而造成了下降。显然，要提高，就要设法减小晶体管的损耗。而晶体管的损耗与静态工作点密切相关。图2.7 给出了晶体管的几种工作状态及对应的输出波形。由图可见，甲类状态，iC始终存在，没有信号输入时，直流电源供给的能量全部消耗在晶体管上，这种状态的效率很低，乙类状态，没有信号输入时，iC = 0，晶体管不消耗能量，这种状态的效率较高。这就指明了提高效率的途径是降低静态工作点。 （4）失真要小。 甲类功放通过合理设置静态工作点，非线性失真可以很小，但它的效率低。乙类状态虽然效率高，但输出波形却出现了严重失真。为了保存乙类状态高效率的优点，可以设想让两个管子轮流工作在输入信号的正半周和负半周，并使负载上得到完整的输出波形，这样既减小了失真，又提高了效率，还扩大了电路的动态范围。因而在买际中得到广泛应用。 由于功率放大电路工作在大信号状态，所以对功放电路的分析多采用图解法。要确定的主要性能指标是Po 、PE 、PT（损耗）和。本设计中的放大后的振荡输出是用于能量功率，而不是信号，波形的失真并不重要，不但要有足够的振幅，电路还要简单。原理图见图2.8。图2.8高功率放大电路原理图在本设计的实际制作当中，由于为了方便操作和简化制作流程，采用了FC05-1743冰箱温控芯片加以改造制成，将PCB版上的Atmega48芯片重新编写程序，使之输出频率可调的方波，并将振荡电路部分加入PCB当中，其原理图如图2.9，其中A端接在功率Mos管IRF840的Vout脚上，B端接在NPN型通用晶体管8050上。图2.8 FC05-1743冰箱温控芯片电路改造原理图经改造后FC05-1743冰箱温控芯片分为两部分，Atmega48芯片及其PCB板（包含发射线圈）以及带有LED频率显示器的频率控制端。3.LC 正弦波振荡电路LC振荡电路主要用来产生高频正弦波信号，电路中的选频网络由电感和电容组成。常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式。它们的选频网络采用LC并联谐振回路。LC并联回路如图2.9所示，其中R表示回路的等效损耗电阻。由图可知，LC并联回路的图2.9 LC并联回路等效阻抗为 （1）考虑到通常有，所以 （2）由式（2）可知，LC并联谐振回路具有以下特点：（1）回路的谐振频率当或 （3）本设计中，电感L1=34198.4nH，电容C5和C6串联，C=165000pF，则谐振频率为f0=67kHz（2）谐振时，回路的等效阻抗为纯电阻性质，并达到最大值，即 （4） 式中，称为回路品质因数，其值一般在几十至几百范围内。 由式（2）可画出回路的阻抗频率响应和相频响应如图2.10所示。由图及式（4）可见，R值越小Q值越大，谐振时的阻抗值就越大，相角频率变化的程度越急剧，选频效果越好。 (a) 阻抗频率响应 (b) 相频响应图2.10 阻抗频率响应和相频响应LC振荡电路主要用来产生高频正弦波信号，电路中的选频网络由电感和电容组成。常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式。它们的选频网络采用LC并联谐振回路。（3）谐振时输入电流与回路电流之间的关系由图2.9和式（4）有 通常，所以。可见谐振时，LC并联电路的回路电流或比输入电流大得多，即的影响可忽略。这个结论对于分析LC正弦波振荡电路的相位关系十分有用。图2.11所示为变压器反馈式LC振荡电路。由图可见，该电路包括放大电路、反馈网络和选频网图2.11变压器反馈式LC振荡电路络等正弦波振荡电路的基本组成部分，其中LC并联电路作为BJT的集电极负载，起选频作用。反馈是由变压器副边绕组N2为实现的。下面首先用瞬时极性法来分析振荡回路的相位条件。如果在反馈线点b处断开，同时加入输入信号Vb，其瞬时极性为正，在谐振频率f0下，LC并联电路呈电阻性，而电容Cb和Ce通常较大，可视为短路，因此Vc和Vo反相（即ja为180），故变压器的1端为负极性。图中变压器的3端和2端分别接直流电压源和地，对于交流信号而言，它们都相当于接地，而绕组N2的4端和绕组N1的1端互为异名端，它们的相位相反，故4端为正极性，即为Vf为正，这样Vf与Vc反相（jf=180），而Vf与Vb同相，满足相位平衡条件（）。变压器反馈式LC正弦波振荡电路的幅值条件容易满足，只要变压器的变比和BJT选择适当，一般都可以满足幅值条件。而振荡的稳定是利用放大器件的非线性来实现的。当振幅大到一定程度时，虽然BJT集电极的电流波形可能明显失真，但由于集电极的负载是LC并联谐振回路，具有良好的选频作用，因此输出电压的波形一般失真不大。 LC振荡电路除变压器反馈式，还常用电感三点式和电容三点式振荡电路，现分别讨论如下。 图2.12所示为电感三点式振荡电路的原理图。这种电路的LC并联谐振电路中的电感有首端、中间抽头和尾端三个端点，分别与放大器件的集电极、发射极（地）和基极相连，反馈信号取自电感L2上的电压，因此，习惯上将图2.12所示电路称为电感三点式LC振荡电路，或电感反馈式振荡器。前面讨论LC并联谐振回路时已得出结论：谐振时，回路电流远比流入或流出LC回路的电流大得多。因此，电感中间抽头的瞬时电位一定在首、尾两端点的瞬时电位之间，图2.12 电感三点式振荡电路即（1）若电感的中间抽头交流接地，则首端与尾端的信号电压相位相反。（2）若电感的首端或尾端交流接地，则电感其它两个端点的信号电压相位相同。 现在分析图2.12电路的相位条件。设从反馈线点b处断开，同时输入Vb为正极性的信号，则共射极电路的输出信号应为负极性，而电路中的电感中间抽头交流接地，因此3端与1端的极性相反，即Vf为正极性，Vf与Vb同极性，满足相位平衡条件。至于振幅条件，则容易满足，只要适当选择BJT的b和L2/L1的比值，就可以实现起振。考虑到L1、L2间的互感M后，电路的振荡频率可近似表示为4.元器件的选择三端稳压器KA7805为Atmega48提供5V直流电压，R1、R2、R3分别为1K、100K、10K的碳膜电阻，Q1为NPN型通用晶体管NPN8050，IRF840为金属氧化物半导体场效应晶体管用于整流回路。C5、C6为0.33F/50V陶瓷多层电容器，D5为FR157快速整流二极管，L1为发射线圈。5发射端实物图图2.13发射端实物图6散热方案IRF840金属氧化物半导体场效应晶体管的安装表面应平滑、无尘、无表面损伤，当安装散热器上时，应先在晶体管与散热器的解除表面涂上一层导热硅脂，以保证良好的接触面减少热阻。2.2.5接收端电路的设计1桥式整流电路接收端是一个简单的LED系统，由发射端线圈作为其电源，电路中的直流电是由感应线圈中的交流电转换来的。这种直流电路的组成以及各处的电压波形如图2.14所示。图2.14直流电源的组成图中各组成部分的功能如下：整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50Hz交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。滤波电路：利用储能元件电容器C两端的电压（或通过电感器L的电流）不能突变的性质，把电容C（或电感L）与整流电路的负载RL并联（或串联），就可以将整流电路输出中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电。在小功率整流电路中，经常使用的是电容滤波。稳压电路：当电压或负载电流发生变化时，滤波电路输出的直流电压的幅值也将随之变化，因此，稳压电路的作用是使整流滤波后的直流电压基本上不随交流电网电压和负载的变化而变化。利用二极管的单向导电性组成整流电路，可将交流电压变为单向脉动电压。本章为便于分析整流电路，把整流二极管当作理想元件，即认为它的正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。但在实际应用中，应考虑到二极管有内阻，整流后所得波形，其输出幅度会减少0.61V，当整流电路输入电压大时，这部分压降可以忽略。但输入电压小时，例如输入为3V，则输出只有2V多，需要考虑二极管正向压降的影响。在小功率直流电源中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和三相整流电路等。整流（和滤波）电路中既有交流量，又有直流量。对这些量经常采用不同的表述方法：输入（交流）用有效值或最大值；输出（直流）用平均值；二极管正向电流用平均值；二极管反向电压用最大值。图2.15单相全波桥式整流器电路的工作原理由图2.15可看出，电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。桥式整流的名称只是说明电路连接方法是桥式的接法，桥式整流二极管：大家常用的一般是由4只单个二极管封装在一起的元件，取名桥式整流二极管,整流桥或全桥二极管。本设计当中采用2W10型桥式整流二极管，其电气特性见表2。表2 2W10型桥式整流二极管电气特性符号大小单位最大反向电压VRRM1000V最大均方根电压VRMS700V最大直流阻断电压VDC1000V最大平均正向电流IF(AV)2.0A负载的正向电流单一正弦半波峰值大小IFSM50A熔断速率I2t10A2S在IF=1.0Amp时加在每个二极管间的最大正向电压VF1.0V额定直流阻断电压下的最大直流反向电流Ta=25CIR10ATa=100CIR(H)1.0mA结电容CJ24pF热阻RJA36C/w工作温度范围TJ-50至+150C储藏温度范围TSTG-50至+150C2电容滤波电路当电路采用电容滤波，输出端空载，如图2.16(a)所示，设初始时电容电压UC为零。接入电源后，当U2在正半周时，通过D1、D3向电容器C充电；当在U2的负半周时，通过D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为（a）电路图 （b）波形图图2.16 空载时桥式整流电容滤波电路式中 包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。由于 一般很小，电容器很快就充到交流电压U2的最大值 ，如波形图2（b） 的时刻。此后，U2开始下降，由于电路输出端没接负载，电容器没有放电回路，所以电容电压值UC不变，此时，UCU2，二极管两端承受反向电压，处于截止状态，电路的输出电压，电路输出维持一个恒定值。实际上电路总要带一定的负载，有负载的情况如下。图2.16给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。在 时刻，即达到U2 90峰值时，U2开始以正弦规律下降，此时二极管是否关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。先设达到90后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而维持一定的负载电流。但是90后指数规律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超过90以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。随着U2的下降，正弦波的下降速率越来越快，UC 的下降速率越来越慢。所以在超过90后的某一点，例如图2.16(b)中的t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管关断。此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流，直至下一个半周的正弦波来到，U2再次超过UC如图2.16(b)中的t3时刻，二极管重又导电。以上过程电容器的放电时间常数为电容滤波一般负载电流较小，可以满足td较大的条件，所以输出电压波形的放电段比较平缓，纹波较小，输出脉动系数S小，输出平均电压UO(AV)大，具有较好的滤波特性。 （a）电路图 （b）波形图图2.17带载时桥式整流滤波电路3接收端的制作接收端实物也由实验PCB板手工焊接元器件制成，其电路原理图如图2.18所示。图2.18 接收端电路原理图其中L2为接收端接收天线，C7、C8为0.33F/50V陶瓷多层电容器，整流部分选用2W10型桥式整流二极管，R4为300K的碳膜电阻，D1则是高亮LED。制成的接收端实物图见图2.19。图2.19接收端实物图3系统程序设计3.1程序的编制/ICC-AVR application builder : 05-4-14 10:04:20/ Target : M48/ Crystal: 8.0000Mhz/ C/F select -push lampkey at least 3S then push tsetkey in 2S/ disp tempntc1-push lampkey at least 3S then push tset+key in 2S/ disp tempntc1-push lampkey at least 3S then push tset+key in 2S#include iom48v.h#include macros.h#include foun.h/LED改为工作指示/Signal bit definitions#defineLAMPCON0/PB0#definePWM1/PB1#defineCOM12/PC2#defineCOM23/PC3#defineKEY14/PC4#defineKEY25/PC5/tempsamp define -signed int/#define DEBUG#define VER 22/v2.1比V2.0/*1,修正看门狗设置错误 2,将看门狗时间修改为1S 3,修改熔丝看门狗一直使能*/ /v2.2比v2.x/* 1,修正温度设定状态也可进入温度/华度设置 导致温标设置黑屏(如果温度设定正处于消隐状态)并且温标设置无法退出 2,keymanage位置变动*/all *4ms ff26 #define KEYINPUTTIME 5#define FLASHDISPTIME 125 #define PWMTIME 7500#define SETMODEMAXTIME 3750 #define DISPUPDATETIME 128#define REPEATKEYTIME (140/KEYINPUTTIME)/added#define DELAY5S 150 /3S#define DELAY2S 100 /2S/#define MAXTEMPSETF 61#define MINTEMPSETF 46#define MAXTEMPSETC 16#define MINTEMPSETC 8#define KEY_NOKEY 0#define KEY_SET 1#define KEY_SETA 2#define KEY_SETD 3#define KEY_LAMP 4/ADDED#define KEY_FOUN 5/ #define TEMPF_LOW 32*8 /0 C #define TEMPF_HIGH 140*8 /60 C#define TEMPF_OVER (TEMPF_HIGH+10*8)#define TEMPC_LOW 0 /0 C #define TEMPC_HIGH 60 /60 C#define TEMPC_OVER (TEMPF_HIGH+10*8)#define KP 6 #define KI 1 #define KD 1 /4/kp=6 ki=1 kd=1 test232.dat/8/kp=6 ki=1 kd=1 test226.dat/KP=11 KI=1 KD=2 TEST217.DAT /KP=8 KI=1 KD=2 TEST218.DAT /max pwm=120/ - .5/ | | .4,.0/ - .6/ | | .2,.1/ - .3/ . .7/0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 F - Cconst unsigned char dispcode=0x3f,0x03,0x6d,0x6b,0x53,0x7a,0x7e,0x23,0x7f,0x7b,0x3f,0x74,0x40,0x3c; /0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,F,-/0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,b,C,d,E,F/const unsigned char dispcode=0xfc,0x30,0xe5,0xb5,0x39,0x9d,0xdd,0x34,0xfd,0xbd,0x7d,0xd9,0xcc,0xf1,0xcd,0x4d; /0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,E,runsigned char flashdisptimer=FLASHDISPTIME,keyinputtimer=KEYINPUTTIME,dispupdatetimer=129;unsigned int setmodetimer=SETMODEMAXTIME; unsigned char setmode,flashdisp,openlamp,doubletime,timerover;/dispposi 0,LOW 1,HIGH 2,LED unsigned char dispposi; unsigned char dispbuff3;unsigned char tempset,tempkey; signed int temptemp;signed int tempsamp;signed int tempsamp1;/main/unsigned char tempsetd;unsigned char notfirstadj;/set addedunsigned char founmode,set5stimer,set2stimer;unsigned char set5sover,set2snotover,selectf;unsigned char maxtempset,mintempset;unsigned char Save;#define SAVE_TEMP (10)#define SAVE_TFORMAT (11)void port_init(void) PORTB = 0x02; DDRB = 0x03; PORTC = 0x3C; /m103 output only DDRC = 0x0C; PORTD = 0x00; DDRD = 0xFF;/Watchdog initialize/ prescale: 128K /1Svoid watchdog_init(void) WDR(); /this prevents a timout on enabling WDTCSR = (1WDCE|1WDE);/V2.1增加 WDTCSR = 0x0E; /WATCHDOG ENABLED - dont forget to issue WDRs/TIMER0 initialize - prescale:256/ WGM: CTC/ desired value: 250Hz/ actual value: 248.016Hz (-0.8%)void timer0_init(void) TCCR0B = 0x00; /stop TCNT0 = 0xe0; /set count OCR0A = 0x07d; TCCR0A = 0x02; TCCR0B = 0x04; /start timer#pragma interrupt_handler timer0_compa_isr:15void timer0_compa_isr(void) /compare TCNT0=OCR0A static unsigned char keystep,keytemp,keytimer;/keystep 0,nokey;1,has static unsigned char temp,i;/0,nokey; 1,SET; 2,SET+; 3,SET-; 4,LAMP; timerover|=1;/set .1 /getkeyanddisp dispposi=dispposi; dispposi=0x1; /close all PORTD=0; if(!(-keyinputtimer) keyinputtimer=KEYINPUTTIME; temp=KEY_NOKEY; PORTC=(1COM1); /COM1=0; PORTC|=(1COM2); /COM2=1; delay(); i=0; if(!(PINC(1KEY1) temp=KEY_SET;i=0; if(!(PINC(1KEY2) temp=KEY_SETD;i=1; PORTC|=(1COM1); /COM1=1; PORTC=(1COM2); 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