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开关电源设计教程范文1
【关键词】STC15F2K60S2；电路设计；软件设计
1.引言
在一些作业半径大，测点分散的工业场合，就需要由一种多点巡回检测，集中管理的测量仪表，能够实现报警、远传、控制、数据记录等功能，自动运行无需人为干预。针对这种需求，本文设计了一种智能多路温度巡检仪，采用Pt100铂电阻作为温度传感器巡回检测16路温度，可设报警限值，具有报警信号常开常闭接点输出，支持RS485通信。仪表前面板具有数码管、LED灯、按键人机接口，操作简单，便于维护。
2.总体方案设计
系统方案如图1所示。
在本系统中CPU主要是对温度值进行巡回检测、数据计算、数据显示、同时检测报警状态、键盘输入及通信数据并做出相应的处理。有温度传感器信号处理电路、人机接口、通信接口、报警输出及供电电源电路。其中温度传感器信号处理电路由转换电路、滤波电路、多路模拟开关电路、放大电路、A/D转换电路组成，是影响整台仪器性能的关键。
3.Pt100测量原理
测量仪表连接的温度传感器由Pt100铂电阻和连接导线组成。在精确测量时连接导线的电阻对测量结果的影响不容忽视。工业上Pt100一般都采用三线制接法，在铂电阻-端连接-根引线，另一端连接两根引线，且三线长度、线径、材质一致，这样就保证了三线的电阻相等为r。这种方式通常与补偿电路配套使用，以消除导线电阻引起测量误差。
4.硬件电路设计
4.1 电源电路
采用TOP414的开关电源，由图2可知，输入电源通过TOP414开关和高频变压器变压，再经过整流、电容滤波和电感平波，输出直流电。高频变压器二次侧有3个绕组，2路输出功率，另一路为反馈回路提供电源。反馈回路从输出端进行电压取样，通过光耦来控制脉冲控制开关的通断，调节输出功率。供电电源电路分别向系统电路提供5V电源，向报警及通信电路提供12V电源，且两路输出电源相互隔离。由于系统对12V电源精度要求不高，所以反馈回路从5V输出端取样，12V电源通过线圈匝数比获得。
4.2 Pt100信号选择及放大电路
巡检仪信号转换电路由图3中的17个信号检测电路组成（由于版面所限，图中仅绘出第1个、第2个和第17个），实现将16路Pt100温度传感器输出的电阻信号转换为电压信号。其中第1路没有外接Pt100传感器，设置它的目的是为系统提供零电压和参考电压，用于弥补运算放大器放大倍数的误差，余下16个电路的原理完全一致。
4.3 A/D数据转换电路
由图4可知，TLC7135的A/D转换周期为40002个时钟周期。串行接法是通过计脉冲数的方法来获得测量结果的，通过设置单片机定时计数器时钟与TLC7135时钟频率相同，设置INT0外部中断为边沿触发，进入被测信号积分阶段时，TLC7135的BUSY引脚变为高电平，触发单片机中断，定时计数器立即启动计数，在A/D转换的基准电压反积分阶段结束时，TLC7135的BUSY端变为低电平，定时计数器停止计数，读出定时计数器的计数结果。
4.4 人机接口电路
如图5所示，4位数码管各有8个显示段，每位数码管相同的段连在一起，由P0端口统一进行段驱动，而各个数码管的共阳极则由另一个I/O进行驱动。P2.4用于驱动LED灯公共端，P2.5用于分时检测按键输入。
4.5 报警输出及通信电路设计
为了避免外联设备的浪涌冲击和噪声干扰，报警输出和通信电路与系统电路完全隔离，接地以及电路之间没有任何物理上的传导连接。为了提高RS 485通信速度本设计采用了接收和发送自动转换的零延时电路。如图6所示，若发送为低电平，DE/RE为高电平，发送允许，此时由于D管脚接地，MAX1487芯片的输出端A、B产生表示低电平的差分信号。若发送高电平，DE/RE为低电平，MAX1487芯片的A、B端处于高阻态。
5.软件设计
仪表整机软件主要由3部分组成：数据采集与温度计算程序、人机服务程序、通信程序。为了保证各子程序协调运行，需要通过中断机制实现。
人机服务程序是实现仪器的显示及人工操作，由于数码管和LED指示灯采用动态刷新显示，为了保证动态刷新周期，人机服务程序安排在定时器中断里运行。RS485通问方式为主从方式，本仪表处于从机地位。仪表收到主机发来的数据帧后，根据MODBUS RTU通信协议将主机要求的信息发送到RS485网络中，主机可以读取16路温度、报警设定数据，以及重新设置相关参数。
6.结语
本文基于STC15F2K60S2设计了多路温度传感器测量，系统设计紧凑、成本低、功能强大，且适用范围非常广泛。每个通道通过参数设置及变换电路稍加更改即可接受不同的输入类型，如热电偶、热电阻、线性电压、线性电流、线性电阻，可与各种传感器、变送器配合使用，实现对温度，压力、液位等物理量测量，为工业系统集成提供了一个很好的硬件平台。
参考文献
[1]何桥.单片机原理及应用[M].中国铁道出版社，2008.
[2]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京航空航天大学，2002.
