热敏电阻特性测量用数控加热DC电源

介绍旧热敏电阻特性曲线测量系统采用水热法、温度计测温和人工电桥法测量电阻，误差大，同时存在一定的安全隐患和低效率。 近年来，许多研究者提出采用单片机方案，但多多少少保留了原有的设计方案，问题还没有完全解决。 作者提出以单片机为控制核心，用数控DC电源加热，用模数法测量电阻，用18B20法测量温度，从而完成系统的智能化改造，解决上述问题。 该系统的关键是设计一种易于控制和输出稳定电流和电压的可编程加热电源，避免脉冲电压和电流引起的温度突变影响实验精度。 同时，该数控电源精度高、稳定性好、易于控制，可应用于其他需要恒压恒流DC电源的系统。 该系统方案采用AVRmega16L作为主控制器，通过内置模数检测可充电电池的电源电压值，并通过继电器选择充电模式是恒流还是恒压。 恒压通过AMS1117实现稳定输出和小纹波电压 在恒流状态下，输出电流由数模转换器实时检测，同时电流稳定性由数模转换器实时控制实现。 这种设计的难点在于纹波电流小于1mA。由于系统要求纹波较小，我们对市电进行滤波，采用热噪声和热系数较小的云母电容和金属薄膜电阻，并在电路中串联电感和并联电容，以减小纹波，达到更好的效果。 在接地模式下，数字接地和模拟接地分开，单点接地在zui后进行 在编程过程中，所有不工作的端口都被拉起，单片机的动作被尽可能地较小化。 图1恒流电路的系统框图调节控制方法主控芯片mega16通过16位数模芯片AD669向恒流电路输出预设电流值，并通过转换和显示产生相应的电流 电流反馈电路通过模数芯片AD1674将反馈值发送给mega16，并通过数字π调节器调节输出电流值，实现高精度闭环反馈控制。 考虑到系统不需要高动态电流调节性能，在数字PID中的直流调节对系统影响很小。为了减少主控芯片的计算量，提高处理速度，采用增量式PI算法，计算公式如下:& DELTAPP(k)= KP & times；[东(k)-东(k-1)]&三角洲；PI(k)= Ki &次；E(k)和δ；p(k)= &δ；PP(k)+&δ；其中π(k)为δ；PP(k)是比例项的增加，&δ；π(K)是积分项的增量，E(K)为电流电压测量值编译π算法程序。pi算法能否达到设计的调整质量取决于比例系数Kp和积分系数Ki的调整 每个参数的值对系统的性能有不同的影响。 增加比例系数Kp将加快系统的反应速度，减少稳态误差。然而，Kp的增加会使系统趋于振荡或加剧振荡，调节时间会延长。当Kp太大时，系统往往不稳定。Kp太小，这会使系统运行缓慢。 积分系数Ki可以消除稳态误差，提高系统的控制精度。当Ki很小时，系统的稳定性下降，积分函数下降。Ki太少会使系统不稳定。 临界灵敏度法可用于调节PI调节器的Kp和Ki参数。用Multisim和APSYS软件模拟恒流电路中展流三极管的选择，并将DC-MDASH应用于不同的三极管。扫描，测试不同三极管的特性，得到Eli电压 对于恒流源使用的电路，厄立特里亚电压值越大，三极管的恒流特性越好，负载电阻的变化不会影响电源的恒流特性。 集电极电流值仅由基极电流Ib控制的特性越好 图2横流电路电流扩展三极管仿真测试结果电路设计的主处理器采用单片机Mega16作为主控芯片。Atmaga16L是一款低功耗、高性能的8位单片机。该芯片包含一个可在16k空间内重写100，000次的闪存、32个io端口、8个10位模数转换器通道和一个可编程看门狗电路。抗干扰能力强，能在电磁干扰环境下工作。 此外，兆系列单片机可以在线编程调试，方便了程序下载和整机调试。 显示模块使用液晶显示屏显示 液晶显示器具有明显的优点:功耗低；尺寸小，厚度约为发光二极管的1/3。字迹清晰美观，同时可以显示大量的文字信息和图形，形成人性化的交互界面。 电源端口电压10V检测通过将比较器与标准电压进行比较来检测电源端口电压(见图3) 当外部电压为10V时，通过跟随初级电压并用电阻分压，调节电压至输出5V，制成5V参考源；电压比较器通过电压比较器连接单片机中的端口进行检测 图3电源端口电压检测电路图410伏恒压输出电路10伏恒压输出电路采用AMS1117精密稳压芯片实现较小纹波和可调电压，通过调节电阻比获得所需电压 由于输出电压的波动与输入和输出电压之间的差有关，所以差越大，纹波越大。 因此，采用两级电压稳定(见图4) 这样，稳压后的输出电压纹波基本上是电容电阻的热噪声。 此外，因为AMS1117的参考电流相对于输入和输出电流较小，所以可以忽略。 通过在两极之间连接一个电阻，并通过仪表放大器AD620放大压差，并将电流值转换为模数测试电压输出，具有精密测量和取出共模纹波电流的功能。 100 ma和200mA恒流源对电流值采用负反馈，并进行实时调整(见图5)设计恒流源。 16位数模芯片AD669用于调整施加到精密电阻的电压值。同时，12位模数转换器芯片AD1674用于实时检测电压值。通过具有高共模抑制比的仪表专用放大器AD620后 电压值反馈给单片机，通过过校正微调电压，稳定电流，实现恒流。 恒流充电和恒压充电之间的切换采用电磁继电器选择路径。 电磁继电器具有通过电流大的优点，但开关速度慢。 在本主题的要求中，不需要快速切换速度，但需要传导大电流。 因此，我们选择电磁继电器 图5无反馈100毫安和200毫安恒流源电路图6负反馈100毫安和200毫安恒流源电路过热保护使用18b20实时检测加热电阻的温度，当温度高于120摄氏度时控制继电器断开电路 由于不同类型的热敏电阻对保护温度有不同的要求，可以通过软件设定保护温度来完成加热任务。 测试结果通过大功率可调电位器模拟热敏电阻的加热过程，调节电阻从小电流充电模式增加到恒流充电模式，达到10V时自动转换到恒压模式 在调节过程中检测充电端的电压波动、充电电流波动和电压电流波动 在调整过程中，观察液晶显示器上的电压和电流误差，同时使用专用的测试仪器 测试结果如表1和表2所示。 通过对系统的实际测量，可以看出该系统很好地满足了测试要求，能够长时间稳定工作。 能够准确测量和显示测量结果，并进行超温保护。 表1快速充电测试表2慢速充电测试

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