熱敏電阻特性測量用數控加熱DC電源

介紹舊熱敏電阻特性曲線測量系統采用水熱法、溫度計測溫和人工電橋法測量電阻，誤差大，同時存在一定的安全隱患和低效率。 近年來，許多研究者提出采用單片機方案，但多多少少保留了原有的設計方案，問題還沒有完全解決。 作者提出以單片機為控制核心，用數控DC電源加熱，用模數法測量電阻，用18B20法測量溫度，從而完成系統的智能化改造，解決上述問題。 該系統的關鍵是設計一種易于控制和輸出穩定電流和電壓的可編程加熱電源，避免脈沖電壓和電流引起的溫度突變影響實驗精度。 同時，該數控電源精度高、穩定性好、易于控制，可應用于其他需要恒壓恒流DC電源的系統。 該系統方案采用AVRmega16L作為主控制器，通過內置模數檢測可充電電池的電源電壓值，并通過繼電器選擇充電模式是恒流還是恒壓。 恒壓通過AMS1117實現穩定輸出和小紋波電壓 在恒流狀態下，輸出電流由數模轉換器實時檢測，同時電流穩定性由數模轉換器實時控制實現。 這種設計的難點在于紋波電流小于1mA。由于系統要求紋波較小，我們對市電進行濾波，采用熱噪聲和熱系數較小的云母電容和金屬薄膜電阻，并在電路中串聯電感和并聯電容，以減小紋波，達到更好的效果。 在接地模式下，數字接地和模擬接地分開，單點接地在zui后進行 在編程過程中，所有不工作的端口都被拉起，單片機的動作被盡可能地較小化。 圖1恒流電路的系統框圖調節控制方法主控芯片mega16通過16位數模芯片AD669向恒流電路輸出預設電流值，并通過轉換和顯示產生相應的電流 電流反饋電路通過模數芯片AD1674將反饋值發送給mega16，并通過數字π調節器調節輸出電流值，實現高精度閉環反饋控制。 考慮到系統不需要高動態電流調節性能，在數字PID中的直流調節對系統影響很小。為了減少主控芯片的計算量，提高處理速度，采用增量式PI算法，計算公式如下:& DELTAPP(k)= KP & times；[東(k)-東(k-1)]&三角洲；PI(k)= Ki &次；E(k)和δ；p(k)= &δ；PP(k)+&δ；其中π(k)為δ；PP(k)是比例項的增加，&δ；π(K)是積分項的增量，E(K)為電流電壓測量值編譯π算法程序。pi算法能否達到設計的調整質量取決于比例系數Kp和積分系數Ki的調整 每個參數的值對系統的性能有不同的影響。 增加比例系數Kp將加快系統的反應速度，減少穩態誤差。然而，Kp的增加會使系統趨于振蕩或加劇振蕩，調節時間會延長。當Kp太大時，系統往往不穩定。Kp太小，這會使系統運行緩慢。 積分系數Ki可以消除穩態誤差，提高系統的控制精度。當Ki很小時，系統的穩定性下降，積分函數下降。Ki太少會使系統不穩定。 臨界靈敏度法可用于調節PI調節器的Kp和Ki參數。用Multisim和APSYS軟件模擬恒流電路中展流三極管的選擇，并將DC-MDASH應用于不同的三極管。掃描，測試不同三極管的特性，得到Eli電壓 對于恒流源使用的電路，厄立特里亞電壓值越大，三極管的恒流特性越好，負載電阻的變化不會影響電源的恒流特性。 集電極電流值僅由基極電流Ib控制的特性越好 圖2橫流電路電流擴展三極管仿真測試結果電路設計的主處理器采用單片機Mega16作為主控芯片。Atmaga16L是一款低功耗、高性能的8位單片機。該芯片包含一個可在16k空間內重寫100，000次的閃存、32個io端口、8個10位模數轉換器通道和一個可編程看門狗電路。抗干擾能力強，能在電磁干擾環境下工作。 此外，兆系列單片機可以在線編程調試，方便了程序下載和整機調試。 顯示模塊使用液晶顯示屏顯示 液晶顯示器具有明顯的優點:功耗低；尺寸小，厚度約為發光二極管的1/3。字跡清晰美觀，同時可以顯示大量的文字信息和圖形，形成人性化的交互界面。 電源端口電壓10V檢測通過將比較器與標準電壓進行比較來檢測電源端口電壓(見圖3) 當外部電壓為10V時，通過跟隨初級電壓并用電阻分壓，調節電壓至輸出5V，制成5V參考源；電壓比較器通過電壓比較器連接單片機中的端口進行檢測 圖3電源端口電壓檢測電路圖410伏恒壓輸出電路10伏恒壓輸出電路采用AMS1117精密穩壓芯片實現較小紋波和可調電壓，通過調節電阻比獲得所需電壓 由于輸出電壓的波動與輸入和輸出電壓之間的差有關，所以差越大，紋波越大。 因此，采用兩級電壓穩定(見圖4) 這樣，穩壓后的輸出電壓紋波基本上是電容電阻的熱噪聲。 此外，因為AMS1117的參考電流相對于輸入和輸出電流較小，所以可以忽略。 通過在兩極之間連接一個電阻，并通過儀表放大器AD620放大壓差，并將電流值轉換為模數測試電壓輸出，具有精密測量和取出共模紋波電流的功能。 100 ma和200mA恒流源對電流值采用負反饋，并進行實時調整(見圖5)設計恒流源。 16位數模芯片AD669用于調整施加到精密電阻的電壓值。同時，12位模數轉換器芯片AD1674用于實時檢測電壓值。通過具有高共模抑制比的儀表專用放大器AD620后 電壓值反饋給單片機，通過過校正微調電壓，穩定電流，實現恒流。 恒流充電和恒壓充電之間的切換采用電磁繼電器選擇路徑。 電磁繼電器具有通過電流大的優點，但開關速度慢。 在本主題的要求中，不需要快速切換速度，但需要傳導大電流。 因此，我們選擇電磁繼電器 圖5無反饋100毫安和200毫安恒流源電路圖6負反饋100毫安和200毫安恒流源電路過熱保護使用18b20實時檢測加熱電阻的溫度，當溫度高于120攝氏度時控制繼電器斷開電路 由于不同類型的熱敏電阻對保護溫度有不同的要求，可以通過軟件設定保護溫度來完成加熱任務。 測試結果通過大功率可調電位器模擬熱敏電阻的加熱過程，調節電阻從小電流充電模式增加到恒流充電模式，達到10V時自動轉換到恒壓模式 在調節過程中檢測充電端的電壓波動、充電電流波動和電壓電流波動 在調整過程中，觀察液晶顯示器上的電壓和電流誤差，同時使用專用的測試儀器 測試結果如表1和表2所示。 通過對系統的實際測量，可以看出該系統很好地滿足了測試要求，能夠長時間穩定工作。 能夠準確測量和顯示測量結果，并進行超溫保護。 表1快速充電測試表2慢速充電測試

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