悬挂和直流电源论文[1]

目录1前言12总体方案设计221方案一222方案二323方案选择43单元模块设计531单元模块功能介绍5311辅助电源部分设计5312主要电源部分设计6313保护电路部分设计7314继电器驱动部分设计7315输出电压比较部分设计8316编码译码部分设计932电路参数计算1033特殊器件介绍1134各单元模块连接164系统功能175设计总结17【参考文献】186系统原理图191前言可以说，有电器的地方就有电源。所有的电子设备都离不开可靠的电源为其供电。现代电子设备中的电路使用了大量的半导体器件，这些半导体需要几伏到几十伏的直流供电，以便得到正常工作所必需的能源。这些直流电源有的属于化学电源，如采用干电池和蓄电池，但这些不能持久性的供电。大多数电子设备的直流供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换为所需的直流电压。完成这种变换任务的电源成为直流稳压电源。现代电子设备中使用的直流稳压电源有两大类线性稳压电源和开关性稳压电源。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源。它的稳压性能好，输出纹波很小，缺点是需要使用体积和重量都比较大的工频变压器，而且稳定效率较低。开关型稳压电源效率高，体积小，重量轻，缺点是输出的纹波及产生的电磁干扰比较大。开关电源和线性电源的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。通常，当输出功率较小时，线性电源的成本较低。但是，当线性电源成本在某一输出功率点上时，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。本设计就是针对线性稳压电源，只是对普通稳压电源进行一些增加，使稳压电源更智能化却更安全。该电源主要在普通电源后增加一个LED数码显示电路、过电流保护电路和自动换档电路。总体方案设计21方案一该方案是通过变压器变压，再经过整流电路、滤波电路进而将交流电变为直流电，在通过稳压器的稳压得到较稳定的电压，由于稳压器当输入电压固定时只能在它的电压差范围内调节输出电压，、所以要在调出电压差的范围时自动调档，这是通过两个比较器将输出电压和基准电压进行比较，再通过计数器的计数功能控制继电器控制器的输入情况来判断输出电压的大小在哪个范围，然后进行自动调档。最后将稳压器的输出电压流经保护电路，最后输出。如图21。变压器整流滤波稳压保护电路两个比较器交流电220V/50HZ计数器继电器控制器图2122方案二该方案也是通过变压器变压，再经过整流电路、滤波电路进而将交流电变为直流电，在通过稳压器的稳压得到较稳定的电压，主要是自动换档这一单元有所改变，该方案的这一单元的原理是将稳压器输出的电压通过六个比较器和基准电压进行比较，将得出的结果通过编码器、译码器得出有效的二进制码，接着通过继电器控制器控制继电器自动调节档位。最后将稳压器的输出电压流经保护电路输出，如图22。交流电220V/50HZ变压器整流滤波继电器控制器稳压保护电路六个比较器编码器译码器图2223方案选择方案一的优点在于所用的器件较少,但由于用计数器给继电器控制器有一个缺点当电源一开始就往下调,要是不置数的话,往下就不能计数,但如果置数的话,在方案上有点困难方案二虽然元器件多点但它能完整的完成自动调档功能,并且思路简单明了,容易让人理解并不会出什么错误,元器件又好解决所以我选用第二中方案。3单元模块设计31单元模块功能介绍311辅助电源部分设计该部分的功能是提供主要电源部分所使用的芯片的驱动电压和用来作为基准电压。12J23D21N4007D41N4007D31N4007D51N4007C11IN12OUT3IC37805C13C15R11FUSEVIVO图311辅助电源5V该电源提供稳定的直流电源5V，它的主要功能是提供给比较器、译码器和编码器的驱动电压5V。如图311。12J23D21N4007D41N4007D31N4007D51N4007C11C13C15R11FUSEIN12OUT3IC7812VIVO图312辅助电源12V该电源提供稳定的直流电源12V，它的主要功能是提供给2803驱动电压12V和提供比较器的基准电压。如图312。该电源主要通过整流、滤波和稳压三部分构成，起部分功能如下桥式整流电路在U2的正半周，A点的电位高于B点的电位，D1、D3导通，D2、D4截止，电流自A端经D1，RL和D3回到电源的B端；在U2的负半周，B点的电位高于A点的电位，D2、D3导通，D1、D3截止，电流自B端经D2、RL和D4回到电源的A端。与半波整流电路相比，在U2、RL相同条件下，输出的只电流、电压都提高一倍；电流脉动程度减小；变压器在正、负半周都有对称的电流流过，既得到充分利用，又不存在单磁化的问题，但需要4个整流二极管，线路稍复杂。与全波整流相比，虽然多用了2个整流二极管，但反向耐压低了一倍，变压器次级少了一圈，综合成本低于全波整流电路。电容滤波电路电容滤波电路的特点（1）电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大。在纯电阻负载时，变压器副边的有效值I2111IL，而有电容滤波时I2（152）IL。（2）负载平均电压VL升高，纹波（交流成分）减小，且RLC越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取RLC（35）T/2（式中T为电源交流电压的周期）。（3）负载直流电压随负载电流增加而减小。VL随IL的变化关系称为输出特性或外特性，如图所示。电容滤波电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。312主要电源部分设计C13300UFC2104IN3ADJ1OUT2IC1LM317R25KC510UFR1240C422UFC30112J1D11N4007D21N4007D31N4007D41N4007F1FUSEVOVI图313可调电源部分该部分通过三端可调集成稳压器实行对电压的调节，当调节电位器R2时，电压就会随着电阻的阻值变化而变化。313保护电路部分设计RR1RR1TBD139TBF25VIVO图314保护电路如图313，该保护电路采用场效应管的功能，其工作原理如下当电源输出短路时，场效应管VT2的栅源极变成等电位而导通，其漏源极就会分去调整管VT1的基极电流达到减小调整管导通过电流的作用，R2为场效应管栅极的保护电阻。选用场效应管时应使其导通电压降（漏源极间的电压）小于调整管发射结导通电压降。314继电器驱动部分设计JDQJDQT71JDQJDQT71JDQJDQT71JDQJDQT71JDQJDQT711234567JCON7IN11IN22IN33IN44IN55IN66IN77IN88COM9DIODE10OUT811OUT712OUT613OUT514OUT415OUT316OUT217OUT118ICULN2803AB图314继电器驱动该部分的设计主要利用继电器的特殊功能当继电器两端有电压时，继电器则导通，反之继电器就断开。继电器用2803芯片驱动，如图314所示，可知A，B两端接到整流部分，2803输入端接译码部分。当译码信号传给2803时，它即将判断那端输出高电平，接到这端的继电器导通，即与变压器的一档位接通，起到换挡作用。315输出电压比较部分设计RR1RR1RR1RR1RR1VCC32184UA145832184UA145832184UA145832184UA145832184UA1458GNDRR1RR1542312UACA139图316电压比较该部分的原理主要是利用对输出电压与基准电压进行比较从而判断输出电压在哪个范围，由此得出比较信号，将它传给编码器编码。如图315可知，六个比较器的输出端接编码器，输入端接的基准电压。此基准电压是通过12V的辅助电源供给的。比较器的原理是当输入电压比基准电压高时输出高电平，而当输入电压比基准电压低时则输出低电平。316编码译码部分设计01011121231341526374EI5EO15A9B7C6GS14U74LS148GNDGNDA10B13C12D11Q03Q114Q22Q315Q41Q56Q67Q74Q89Q95U4028图317编码译码如图316所示，编码器的输入端接比较器的输出端，在此编码器通过对输入信号的编码并传给译码器，通过译吗器的译码将输出信号传给2803控制继电器。32电路参数计算321辅助电源参数计算1因为VIVO25V，所以5V稳压电源VI应大于25V5V75V，12稳压电源VI应大于25V12V145V。2因为VI1112VJ,所以VJVI/1112那么5V稳压电源VJ625V,12稳压电源VJ1208V。3考虑到电解电容并不是非常大，稳压输出的稳定，5V稳压电源交流电压应大于66V，12稳压电源交流电压应大于126V。4因为二极管有正向压降，5V稳压电源交流电压应大于660728V，12稳压电源交流电压应大于12607214V。5考虑到交流电源电压的波动，在市网电压为200V时也能正常工作，则有200/220VJ，所以5V稳压电源交流电压应大于88V，12稳压电源交流电压应大于148V。6交流变压器副边应选取的电压为5V稳压电源交流电压为9V，12V稳压电源交流电压为15V。322主要电源参数计算1VIVO253V且VIVO40V。2VOVRE1R2/R1IADJR2,其中VRE125,IADI100UA非常小可以忽略，所以VO1251R2/R1。3R2的取植范围为120240欧姆之间。4125VVO37V,电流小于15A，保护电流为22A，最大耗散功率为20W。323元器件的选择1假设负载电流为500MA，电源电压的频率为50HZ，则T002S，电容C【（35）T/2】/RL,耐压植应大于142VJ,即142VJ250/220。（250/220为市网电源电压过高时的情况）当输出电压为5V时C30005000UF，耐压植应大于145V。当输出电压为12V时C12502083UF,耐压植应大于241V。2二极管应承受的最大反向电压均为V2的最大植，即VRM1414V当输出电压为5V时，二极管承受的电压为1414912726V当输出电压为12V时，二极管承受的电压为1414152121V。33特殊器件介绍LM317器件介绍AA1YFT1BD139R1R2准准准准12V准准准I准准准1它的内部电路有比较器、偏置电路（图中未画出）、恒流源和带隙基准电压VREF等，它的公共端改接到输出端，器件本身无接地端。所以消耗的电流都从输出端流出，内部的基准电压（约12V）接至比较放大器的同向端和调整端之间。若接上外部的调整电阻R1、R2后，输出电压为V0VREFVREF/R1IADJR2VREF1R2/R1IADJR2LM317的VREF12V,IADJ50UA,由于调整端电流IADJ0时，电机反转（或拉线收缩）CA0A1（55）电机2的收放线长度为D（当D0时，电机正转（或拉线伸长）DD0D1（56）根据C，D的正负分别确定电机1，电机2的正反转向。设绳索位移1MMAD变化值为P，而根据C，D的绝对值来确定电位器1，电位器2所要变化的值电位器1所分配的数值M|C|P（57）电位器2所分配的数值N|D|P（58）513误差补偿为了使运动轨迹更加平滑，采用脉冲宽度调制技术控制直流电机驱动芯片L298，以实现对电机的转速工作状态进行快速而准确的控制，设电机1所运行的线值为N,电机2所运行的线值为M，则输出到电机1和电机2的定时器初值比例为N/M，这样可使电机1和电机2同步到达目标点。在点到点运行中，假设电机2的定时器初值为T，则电机1的定时器初始为N/MT，该算法可能会造成电机所运行的路径为一条曲线，可以让单片机不断计算当前点到目标点的距离，不断改变定时器初值，也可以将直线分成几个线段来运行，使得所运行轨迹精度更高，直线更平滑。514数学模型本设计要求悬挂物能够画一个圆，采用微分曲线直线逼近法。首先将圆周等分为N份，将每小份弧线段等效为直线段画出，N越大，曲线就光滑。设所画圆的圆心坐标为（X0,Y0）半径为固定的25CM，（X,Y）为圆周上的任意一点，由此确定圆的方程为XX02YY02252（59）若直接使用该方程来求圆上点的坐标，算法比较复杂，采用了圆的参数方程XX025SINT（510）YY025COST（511）X0,Y0为圆心坐标这样，则圆的坐标仅与参数T有关，因此，使角度T以某一设定的角度步长V累加，使TQV在周期T,T2内变化，其中Q为累加值。这样就可以采样到圆上均匀的点，显然，角度步长V越小，在圆周上取得点越多，控制也会更精确。52程序流程521主流程图本系统软件设计采用汇编语言与C语言交叉使用，为达到题目要求的控制精度和响应时间，针对各项功能设计相应的巧妙算法，采用了汇编语言与C语言交叉使用。系统软件主程序流程图如图2所示程序开始后，首先要对寻迹的光电检测口、MAX7219、电机驱动模块进行初始化，然后判断设置键或方式键是否有按下，以执行设置或几种方式的程序。522定点运动子程序单片机从键盘读入功能键和起始坐标值（X0，Y0），将（X0，Y0）带入式51和式52中计算出A0和B0。再从键盘读入终点坐标值（X1，Y1），也将其带入式53和式54中计算出A1和B1，程序流程图如53所示。图2主程序流程图图53定点运动子程序流程图523画圆子程序根据圆的参数方程的计算圆上点的坐标，通过调用定点程序来实现，画圆程序流程图如图54所示。524寻迹子程序寻迹示意图如图55示，通过判断传感器的不同状态值，作出相应的处理动作，当遇到断点时，多角度检测下段的黑线，直到再次检测到黑线。寻迹流程图如图56所示。第六章结束语本系统主要以单片机（AT89S51）为主要控制、计算芯片。采用了L298驱动芯片和PWM技术实现电机控制。在设计过程中，力求硬件电路简单，充分发挥软件设计的优势，编程灵活方便来满足系统的要求。在检测部分，选择了双滑轮来解决打滑问题。还可利用上位机软件（例如组态王软件）进行实时模拟显示和控制。由于没有器材，所以未能完成实物制作，考虑到无实物此部分的发挥效果得不到展示，所以放弃了上位机软件的扩展。但从理论上基本上完成了题目中所有的基本要求和发挥部分。致谢次此能顺利完成毕业设计，除了我自身的努力以外，更少不了老师和同学的帮助与指导。为此，在这里我要对那些予以我帮助的每一位老师和同