2015年全国大学生电子设计竞赛LED灯闪光灯电源.doc

2015年全国大学生电子设计竞赛LED灯闪光灯电源【高职高专组】2015年8月15日9摘 要本系统采用Arduino UNO R3单片机为核心控制器，它是一款具有14路数字IO口(其中6路可作为PWM输出)，另外6路模拟输入，它比之前的51单片机、16单片机更加的简单，可以对电源的脉冲输出模式进行控制；通过红外遥控来设定电源的工作模式，电流峰值，脉冲周期以及脉冲数量。在恒流电源控制电路中，采用BP1360提供恒流电源所需要电流，负载可变，输出电压在10.5V以内变化，若高于10.5V则蜂鸣器报警。D/A输出电压控制输出电流在100mA到600mA之间调节，并保持稳定。同时LCD可显示电源的工作状态。本系统具有过压保护和报警功能。关键字：arduino uno r3 LCD 恒流 脉冲Abstract:This system USES the Arduino microcontroller as the core controller, it is a has 14 digital input/output (including six road can be used as a PWM output), 6 road analog input, it than the previous 51 single chip microcomputer, 16 monolithic integrated circuit is more simple, and the output of the pulse control, and duty ratio for a third, USES the infrared remote control to set the mode, peak current, pulse cycle and pulse number. In constant current power supply control circuit, using BP1360 needed to provide constant current power supply current, load, variable output voltage change within 10.5 V, if higher than 10.5 V buzzer alarm. D/A output voltage to control the output current regulation between 100 mA and 600 mA, and remained stable. English, LCD can display value at the same time. This system has the overpressure protection and alarm function. We only use battery power for power supply system.Keywords: arduino uno r3 LCD Steady flow pulse 目 录一 系统设计11.1设计要求11.1.1基本要求11.1.2发挥部分11.2设计方案11.2.1系统方案11.2.2方案的论证选择2二 硬件电路设计32.1中心控制模块32.2控制模块42.3电源模块42.4显示模块4三 理论分析与计算5四 软件设计6五 系统测试65.1测试条件65.2测试方法65.3测试结果65.4结果分析7六 总结7参考文献8一 系统设计1.1设计要求1.1.1基本要求（1）输入电压 3.0V3.6V。（2）连续输出模式输出电流可设定为 100、150、200mA 三档，最高输出电压 不低于 10V，最低输出电压为0V(输出短路)。（3）在规定的输入电压和输出电压范围内，输出电流相对误差小于2%。 （4）等效直流负载电阻过大时，输出电压限幅值不高于 10.5V 并报警。 （5）输出电流 200mA，输出电压10V时，效率不低于80%。（6）自制一个LED闪光灯，用于演示。1.1.2发挥部分（1）具备脉动输出模式，输出占空比为 13，相对误差小于2%。（2）输出电流峰值可设定为300、450、600mA 三档，相对误差小于5%，间歇期电流小于1mA。（3）脉冲周期可设定为10、30、100ms 三档，相对误差小于2%，上升时间、下降时间均不大于100s，电流过冲不大于10%。（4）输出脉冲个数可设定为1到5个和连续的脉冲串(以便测试)，每按一次启动键输出一次脉冲串。（5）其他。1.2设计方案1.2.1系统方案首先33.6V直流电经过升压电路将电压提升到12V稳定电压，然后经过恒流电路输出恒定的电流，采集电阻把电流值转换为电压信号传送给单片机控制中心，单片机把电流采样值与设定值进行比较，再通过PWM波来控制恒流电路输出电流的稳定性。图1-1设计方案整体思路图1.2.2方案的论证选择1.2.2.1控制装置的选择方案一：矩阵按键控制矩阵键盘触点式开关按键，也可以实现对本题要求的各种设定，但是按键数量太多，对电路线路排布太过繁琐，浪费的接口太多，所以要用矩阵按键要慎重考虑。方案二：红外遥控控制红外遥控体积小，成本低，并且使用方便，控制信号就一定要稳定、安全。行解码电路能对红外编码进行可靠地接收，同时要能够稳定地控制继电器的开关。而且它能够引导脉冲为宽度是10ms左右的一个高脉冲和一个低脉冲的组合，用来标识指令码的开始。识别码、键码、键码的反码均为数据编码脉冲，用二进制数表示。“0”和“1”均由毫秒量级的高低脉冲的组合代表识别码(即用户码)是对每个遥控系统的标识。当指令键按下时，指令信号产生电路便产生脉冲编码。键码后面一般还要有键码的校验码，用来检验键码接收的正确性，防止误动作，增强系统的可靠性。由于红外遥控的性价比比较高，并且基于单片机的原因，所以选择方案二。1.2.2.2中心控制系统的选择方案一：STC89C52RC 51单片机是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器，其价格便宜，但处理速度慢，编译程序繁琐。方案二：Arduino单片机是一块基于开放源代码的USB接口SimpleI/O接口板（包括12通道数字GPIO，4通道PWM输出，6-8通道10bit ADC输入通道），并且具有使用类似Java,C语言的IDE集成开发环境。它能通过各种各样的传感器感知外界的环境，编译程序简单直观。考虑到红外传感器对单片机资源和处理速度的要求，所以采用方案二。1.2.2.3电源芯片的选择方案一：AX20122.5V至5.5V操作输入电压范围，广泛用于PWM调光(200赫兹到200赫兹)，内部1.9合闸电流限制过压保护(OVP)，内部软启动功能电流限制和热停堆保护。AX2012使用电流模式，频率为1.2MHz固定结构调节LED电流，这是通过外部电流检测电阻。效率低，发热严重。方案二：BP1360BP1360是一款驱动高亮度LED的降压恒流驱动芯片，BP1360外部采用极少的元器件，为LED提供一个极高性价比的解决方案。BP1360输入电压范围从5伏到30伏，输出电流通过采样电阻设定，单颗LED最大输出电流可达500毫安。BP1360采用专利技术的恒流控制方法使得LED电流精度高达3。BP1360通过DIM引脚接受0.5-2.5V的模拟调光以及频率范围很宽的PWM调光。当DIM的电压低于0.3V时，功率开关关断，BP1360进入极低工作电流的待机状态。BP1360内置功率开关，根据不同的输入电压，BP1360可以驱动多颗1瓦或2瓦的LED。BP1360包含过温保护、LED短路和开路保护功能。BP1360采用体积很小SOT23-5封装，且具有较高的效率，综合分析，选择方案二。1.2.2.4 显示器的选择方案一： 选用12864大屏128*64点阵显示器，该显示器适用范围广，可显示内容丰富，符合本题系统思路，但是12864编程相对麻烦， 本项目并不需要太多的显示内容。方案二：选用1602工业字符型液晶显示器，该显示器程序代码相对简单，成本更加低廉，而且符合本题思路，可以完成题目内所有要求， 性价比很高。通过多方考虑，我们选择方案二作为显示用元件。1.2.2.5提高效率的方法选用具有低功耗特性的单片机可以大大降低系统功耗。可以从供电电压、单片机内部结构设计、系统时钟设计和低功耗模式等几方面考虑。本电源的升压电路采用高效率的DC-DC升压电路，控制系统为arduino uno r3单片机，具有能耗低优点。二 硬件电路设计2.1电路设计图图2-1电路总设计图2.2控制模块图 2-2 红外遥控原理图2.3电源模块图2-3 电源模块电路图2.4显示模块显示模块由中心控制系统将探测模块和识别模块传入的信息进行整理，改变为1602显示器可识别显示的信息，信息传输给1602显示器，显示器显示题目要求的信息。显示模块具体电路图如图2-4所示。图2-4 显示模块电路图三 理论分析与计算（1）负载电流的计算如图2-3电源模块所示，FB1和FB2之间接采样电阻，当负载电流流过采样电阻时会产生一个电压差信号Ucs，当(Uin-Ucs)115mV时，CS输出比较器的输出变低，内部功率开关关断，当(Uin-Ucs)85mV时，CS输出比较器的输出变高，内部功率开关闭合。这样使得流过负载的电流I维持在一个恒定值。其中Rs为采样电阻。（2）如下图所示，单片机控制系统通过控制继电器的开关开设定电源的输出电流值。图3-1 继电器电路图（3）通过改变负载电阻值，测试电源输出电流的稳定性能，设置输出电流分别为100mA、150mA、200mA三个档位。四 软件设计基础软件设计流程图如图所4-1所示，系统上电后，首先进行初始化设置，电源默认工作在恒定电流模式，单片机循环扫描检查是红外遥控是否有按键按下。如果有按键按下则通过检测输入的内容，对电源的工作模式及参数进行设置。图4-1基础软件设计流程图五 系统测试5.1测量仪器示波器、万用表、负载电阻、LED灯。5.2测试方法用万用表直接对负载电流进行测量。5.3测试结果（1）输出电流的测试（见表5-3-1）表5-3-1 输出电流范围测试预置电流/mA实测电流/mA|误差|/mA100100015014822002023300297345045446005964（2）输出电流稳定度测试（见表5-3-2）表5-3-2电流设定值/mA负载电阻值/实测电流值/mA10075/80/84103/101/9815036/33147/14920025.5/20198/2015.4结果分析（1）通过表5-3-1的测试结果可以看出此次设计的稳流电源的电流变化范围在100mA600mA之间，满足题目基础和发挥部分的要求。同时，通过表5-3-1的“误差”栏可以看出，电流源的预设值与输出值误差很小，基本满足题目中输出电流与给定值偏差的绝对值给定值的2%的要求。（2）通过测试结果可以看出，在电流不变的前提下改变负载电阻的阻值，电路的输出电流基本上没有变化，基本满足基本部分（输出电流变化的绝对值输出电流值的2%）与发挥部分（输出电流峰值可设定为 300、450、600mA 三档，相对误差小于 5%，间歇期电流小于 1mA）的要求。六 总结通过这次设计实践。我学会了直流稳流电源的基本设计方法，对直流稳流电源的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对直流稳流电源的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的方案应用到实践中的时候，问题出现了，不是不能测试，就是测试的结果和要求的结果不相符合。经过解决一个个测试中出现的问题，我们对直流稳压电源的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。加深了我们对理论与实践联系的理解，促进了我们运用知识解决具体问题的综合应用能力，特别是对直流稳流电源的应用、理解上升到了更深的一个层次。这门课程总的来说让我深