導語：如何才能寫好一篇直流穩壓電源設計方案，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：項目教學法；中職教育；直流穩壓電源

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0121-02

1 項目教學法簡介

1.1 實施項目教學法的指導思想

著名的教育學家弗雷德?海因里希教授曾以這樣的例子來介紹項目教學。首先由學生或教師在現實中選取一個“造一座橋”的項目，學生分組對項目進行討論，并寫出各自的計劃書；接著正式實施項目，利用模型拼裝橋梁；然后演示項目結果，由學生闡述構造的機理；最后由教師對學生的作品進行評估。通過這樣的教學步驟，充分發掘學了生的創造潛能，并促使其在提高動手能力和推銷自己等方面努力實踐。

所以，項目教學法”就是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，充分發掘學生的創造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。它傳統的教學法相比，有很大的區別，主要表現在改變了傳統的三個中心，由以教師為中心轉變為以學生為中心，由以教材為中心轉變為以“項目”為中心，由以課堂為中心轉變為以實際經驗為中心。

1.2 項目教學法的實施步驟

在運用項目教學法進行教學設計的時候，必須明確學生是認知的主體、是知識意義的主動建構者。所以根據項目教學的教法思路和教學設計原則，項目教學具體見以下五個步驟：

1）確定項目的目標和任務：通常先由教師提出一個或幾個項目任務，然后同學們一起討論，最終確定項目的目標和任務。

2）計劃：由同學們共同制定出項目的工作計劃，確定工作步驟和程序。

3）項目實施：同學們根據各自的分工和合作的形式，按照已明確的工作步驟開展工作。

4）項目的檢查評估：先由同學們自評，再由教師根據項目的工作成績進行檢查評分。最終師生共同討論、提出工作中問題，討論解決方法并進行總結記錄。

5）歸檔或應用。

2 中職學校電子技術教學的現狀

《電子技術基礎》是中等職業學校一門專業基礎性質的課程，它是理論性、實踐性都很強的課程。 在傳統實踐教學中，由于實驗設備有限，只能進行一些驗證性的實驗，且傳統實踐教學多采用講解式，其教學內容的選擇、實驗步驟的設定和實驗器材的組織等均由老師組織，缺乏對學生動手能力和創新能力的培養，使得學生的綜合素質未得到鍛煉和提高。如何讓學生能完全接受這門課的知識，為以后的專業知識打下良好基礎，是中等職業學校需要解決的課題。

3 項目式教學法在設計直流穩壓電源教學中的具體實施和反饋

直流穩壓電源應用廣泛，也是中職學校電子技術學科的重要知識點。它包含了電路的集中重要基本元器件，電阻器、二極管和晶體三極管等，以及由這些基本元器件所構成基本電路，所以利用項目教學法設計直流穩壓電源的教學具有十分重的要意義。

下面我以設計直流穩壓電源的教學為例。

3.1 確定項目任務

首先，向學生下達項目任務：設計直流穩壓電源電路。并提出要求如下：

設計要求：① 分析設計要求，明確性能指標。 集思廣益，提出多種設計方案，并構建出設計框架。② 確定合理的總體方案。③ 將總體方案化整為零，分解出各個單元電路，逐個設計。④ 組成總的系統，形成合理的布局，并按照設計要求進行總體論證，給出必要的說明。

3.2 制定工作計劃

任務下達后，學生開始前期的準備工作，通過查找相關資料、討論等制定工作計劃，也就是接下來的工作步驟。具體如下：① 確定直流穩壓電源電路的設計方案；② 設計各分電路確定元器件的采用表；③ 形成直流穩壓電源總體電路；④ 利用軟件進行仿真驗證。

3.3 項目的實施

為了更好地調動學生們的學習興趣和積極性，我們可以把課堂搬到一體化教室，讓學生在學習理論知識的同時，動手操作起來，手腦并用。這樣可以使得學生學到知識更加直觀，便于理解和記憶。

實施步驟一：確定設計方案。

在具體的實施過程中我將班級的學生分成4-5人一組，要求每組明確每個成員的具體分工和合作形式，并按照已確定的步驟開始工作。同學們可以根據我們之前所學習的，在這里可以采用分工合作，集體討論，教師指導，確定直流穩壓電源電路的設計方案。

實施步驟二：確定子電路圖。

我們已經學過直流穩壓電源由四個主要部分組成，包含整流變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路。接下來開始讓同學們自己利用所學的知識設計直流穩壓電路的各個部分。為了提高效率，這里可采取分工合作的形式，由組員各自去收集材料，收集的過程不僅復習和鞏固了所學知識的，還鍛煉了大家分工協作的能力以及團隊合作的精神。教師在旁邊觀察各組學生的討論過程并適時給予指導，并要求各組上交工作報告，由各組表表闡述各電路的工作原理，給予點評和鼓勵，以便于接下來的集體討論形成整體電路。

實施步驟三 ：形成直流穩壓電路總體整體電路，進行參數的論證。

在教師指導下形成最終的整體電路，并在Multisim軟件上進行繪制。闡述工作原理并進行電路參數的論證。

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[關鍵詞]單片機 直流穩壓源 智能化電源 閉環控制

[中圖分類號]TM[文獻標識碼]A[文章編號]1007-9416(2010)03-0034-02

直流穩壓電源作為電氣設備及其控制系統的主要電源系統,在實際生活中被廣泛的應用于電力電子教學、電氣設備開發研究等工程領域。傳統直流穩壓電源由于受技術條件的影響,普遍存在功能簡單、調節誤差大、干擾大、接線復雜、體積大等問題。傳統直流穩壓電源對輸出電壓通常采用粗調的方式來完成,調節精度不高,當需要輸出電壓在一個很小范圍內進行調節時,傳統的直流穩壓電源就難以辦到,嚴重影響了穩壓電源的使用范圍。基于單片機的智能高精度直流穩壓電源,結合了最先進的單片機控制技術采用高性能基準穩壓電力電子元件,穩壓調壓精度高而且抗干擾能力強,克服了傳統直流穩壓源的缺點。同時整個控制系統具有完善的保護電路,大大提高了設備的使用壽命。隨著電力電子技術的成熟,單片機價格越來越經濟,且集成度相當高,大大減少了直流電源系統開發成本,具有明顯的工程實際應用價值。

1 系統硬件設計

1.1 系統總體結構

單片機控制的直流穩壓電源以AT89S52單片機作為整機的核心控制單元,經過調節AD7543的輸入電壓數字量來控制系統的輸出電壓,本系統具有可預置電壓和步進調節電壓的特性,而且整個電壓調節步進值達到0.1V的小范圍。此系統具有自我檢測功能、短路保護等故障處理技術。整個系統的工作原理框圖如圖1所示。

從圖1可以看出,整個系統包含變壓整流單元、鍵盤預設電壓單元、濾波電路單元、電流檢測短路保護單元、電壓反饋單元等多個部分組成。為了使系統能夠具備自動采樣檢測實際輸出電壓值的大小,可以通過電壓取樣及電壓調節回路,實時對電壓進行采樣,并經過相應的比較放大電路直接控制單片機內部系統程序進行相應的電壓調節,保障輸出直流電壓的穩定,然后經過八段式數碼顯示管進行數據處理及顯示相應的系統輸出電壓值。單片機在得到電壓取樣數據后,通過數字信號處理中心,獲得相應的控制策略,可以通過兩個驅動電路,對不同的輸出電壓值采取不同的控制策略。當電流檢測回路發現系統中電流過大時,就直接將信息反饋給驅動電路和單片機系統,控制電路調整進行自動短路保護。利用單片機為核心處理控制器的穩壓電源系統整體設計方案比較靈活,合理利用軟件編程控制方法來解決電壓值的預置以及輸出電壓的步進控制,比傳統滑檔控制更加精確可靠。由于單片機是一種電子產品的集成系統,可以大大地減少直流電壓源系統內部的硬件回路,且采用較為先進的電子器件,系統的相應時間和誤差都在有效的控制范圍,大大擴大了穩壓電壓源的使用范圍,在穩壓源系統中得到了廣泛的推廣。

1.2 數控部分

單片機AT89S52作為整個穩壓系統的控制核心主要完成電壓輸出值的采樣判斷、鍵盤電壓預設控制、控制驅動電路進行電壓調節、輸出電壓值數字顯示、系統短路自動檢測保護及其他輔助功能。

為了實現系統的人機對話功能,本系統采用10個數字電壓預設按鍵和兩個步進(“+”,“-”)按鍵,為了避免有些其他未考慮功能按鍵的使用,最終選用具有16按鍵的輸入鍵盤實現整個系統的人機交互控制電路。輸出電壓值顯示部分采用8位8段式LED數碼管,數顯LED管現在已經很成熟,易于同其他設備進行數據交換,可以直接與單片機輸出相連。但是本系統單片機作為系統控制核心,數顯單元只是單片機控制的一個點,且單片機I/O端口總數目有限,必須采用擴展電路來控制數顯部分,因此為了優化系統,采用一片8155作為單片機系統的外部擴展接口電路,實現16個鍵盤的通信接口與LED數顯的通信接口。鍵盤及數顯接口單片機擴展電路如圖2所示。

1.3 電壓取樣及電壓調節

為了提高輸出電壓的精度,保證電源穩定運行,利用電壓取樣單元對電源輸出電壓進行檢測,得到一個電壓信號的反饋電壓。為了提高單片機控制系統的整體精度和靈敏度,將采樣數據經過比較放大電路,利用一級運算放大器將采樣電壓進行放大,再送給單片機系統進行相應的數據處理。

1.4 電源方案

采用78系列三端穩壓器件作為控制核心單片機及系統各功能芯片的動力源,通過輸入電源的全波整流,獲得可靠的穩壓供電電源。

1.5 過流報警功能

為了提高單片機控制系統的安全可靠性,提高單片機數控直流電壓源的人性化服務。利用電流檢測回路檢測系統中的電流值,當電流大于系統設定值時,通過單片機系統自動保護跳閘,實現保護貴重電氣設備的功能,并可以通過相應的蜂鳴器報警,提醒工作人員對相應的設備進行檢查看修。

2 軟件設計

在實際硬件電路搭配完成后,為了有效地減小紋波電壓,保證供電可靠性,本系統采用軟件編程方法實現去峰值數值濾波,以減小外界環境干擾對輸出電壓的影響,數據取樣分析判斷是整個濾波系統的中心部分,取樣的準確性與否直接影響系統的整體控制。為了保證取樣的可靠性,在整個系統的軟件設計中設置了電壓采樣主程序和鍵盤輸入中斷子程序,相應的流程圖見圖3和圖4所示:

程序運行后,單片機系統就自動開始檢測是否有鍵按下,若有鍵盤觸發脈沖,則進入電壓預設按鍵功能程序。LED數碼管顯示部分就開始自動動態定時掃描數據,達到系統CPU資源得到充分利用。單片機系統不斷通過取樣電路采集系統輸出電壓數據,經過比較放大和相關分析判斷,然后通過單片機系統發出增減命令對實際輸出電壓進行相應的校正,控制輸出電壓源保持電壓恒定。

3 數據分析

把系統相關的硬件和軟件設定完成后,對裝置進行相應的檢測,其檢測結果數據如表1所示:

從表1中可以看出,基于單片機的直流穩壓電源系統可以有效的保障輸出電壓的穩定,系統整體誤差在10-2量綱級內,誤差相當小,完全滿足穩壓電源的要求。

4 結語

以AT89S52單片機為核心設計的一種智能穩壓電壓源系統,有效保證電氣設備的安全穩定運行。系統輸出電壓采用數顯和鍵盤輸入控制,提高了電源的人性化服務。基于AT89S52單片機的一種穩壓電壓源系統系統集成度高、可靠性強、具有自我故障檢測保護功能,具有良好的實用價值。

[參考文獻]

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關鍵詞：電子技術行業 虛擬仿真技術 應用

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

電子技術行業的各類設備產品必須具備良好的設計方案才能夠保障其工作狀態的理想。電子行業具有產品更新快研發周期短的特點。為了滿足不斷發展的市場需求，加快產品結構的升級，在核心技術領域取得重大突破，電子行業必須采用新的研究方法和技術。虛擬仿真研究是目前電子行業所廣泛采用的一種新的方法和技術。本文即以直流穩壓電源以及數控機床為切入點，對虛擬仿真技術在上述兩個領域中的應用要點及價值進行分析與探討。

1 虛擬仿真技術概述

虛擬仿真技術即虛擬現實技術，也可稱之為模擬技術，技術核心是用一個完全虛擬的系統對另一個真實存在的系統進行模擬。此項技術涉及到多個學科，是計算機圖形、人機交互、傳感技術、以及人工智能等多個學科的交叉綜合領域。虛擬仿真技術主要包括三個方面的含義：第一是借助于計算機所生成環境具有虛擬性的特點；第二是人對這種虛擬環境的感知是高度逼真的；第三則是人可以通過自然的方法與虛擬系統實現交互，系統可響應人的動作并作出合理的反應。

當前虛擬仿真技術被廣泛應用于包括汽車制造、道路橋梁、油田礦井、教育教學、電子技術、以及水利電力等在內的多個行業中，體現出了包括交互性、沉浸性、虛幻性、以及逼真性這四個方面的特點。對于電子技術行業而言，虛擬仿真技術的最主要優勢是可對產品設計或優化方案在實踐前通過高度仿真的模擬環境進行分析，以驗證方案的可靠性以及有效性，兼顧實現了提高效率，縮短周期，以及控制費用等方面的性能優勢，有推廣價值。

2 虛擬仿真技術在直流穩壓電源中的應用

直流穩壓電源的組成部分包括電源變壓器、濾波電路、整流電路、以及穩壓電路四個部分。電網供給的交流電壓在經過電源變壓器降壓處理后得到與電路需求相對應的交流電壓，然后經由整流電路變化為方向恒定、大小伴隨時間變化而變化的單線脈動電壓，并經過濾波電路進行濾過（濾過交流分量），通過此環節處理后得到相對平滑的脈動電壓。最后經過穩壓電路處理，以確保電網電壓以及負載水平在發生改變時電壓維持在穩定狀態下。為更加清晰的了解整個電路的工作原理與運行情況，可以借助于虛擬仿真軟件，在軟件模擬環境下通過設置開關或調整電路結構的方式觀察示波器所呈現出的波形變化。本研究中引入Multisim10虛擬仿真軟件，該軟件借助于圖形方式創建電路，具有界面直觀、操作簡便、調用方便等優勢。本軟件提供有包括交流、直流等在內的17種分析方法，虛擬仿真能力強大。

整流電路仿真分析下全波整流與半波整流波形圖如下圖1所示。結合圖1：4個二極管所構成橋式全波整流電路，其核心作用是將正弦變化的電壓演變為脈動電壓。通過設置開關J1為開啟狀態的方式，對整流器在二極管損壞狀態下所產生的開路情況進行模擬。則全波整流轉換為半波整流，半波整流下所對應輸出電壓為0.45*全波整流電壓。

通過對直流穩壓電源系統中J2開關進行接通或斷開的方式能夠對比波形觀察得到：在電容接入電路內后，輸出電壓平滑程度明顯提高，波紋得到有效控制，同時輸出電壓平均值也有一定的增加。其依據是：在電容接入電路內后，電容可有效存儲電荷，同時對高頻分量而言容抗腳下，從而電流中的交流成分可通過電容C1而被旁路。在電容維持恒定的狀態下，可通過調整負載電阻運行仿真的方式，使示波器分別顯示濾波器輸出波形，仿真結果如下圖2所示。結合圖2來看，電容放電時間常數為RC。在C為恒定狀態下時，R取值越高則意味著放電速度越緩慢，輸出波形更加平滑，輸出電壓值更小；在R為定值狀態下時，電容器容量越大則意味著放電越慢，所對應輸出波紋越小，輸出電壓值更大。

除此以外，通過對虛擬仿真軟件的合理應用，還能夠對直流穩壓電路的改進設計效果進行仿真驗證，以確保改進方案的實施效果理想。以某直流穩壓電路對集成電路以及自保電路的改進方案而言，為驗證該方案的可靠性，借助于Multisim10虛擬仿真軟件進行實驗。操作方法為：在Multisim10虛擬仿真軟件按照改進方案構建直流穩壓電壓仿真點圖，以供電電壓220V（±10%）為標準進行虛擬仿真。借助于4綜虛擬示波器對各點波形進行觀察并讀值，虛擬仿真實驗結果如下圖3所示。結合圖2可見：經過改進后，直流穩壓電路波形脈動被控制在較小范圍內，電壓輸出穩定程度高，可保持在12.036V左右，經計算穩壓系數為0.015（符合

3 虛擬仿真技術在數控機床中的應用

數控加工是現代模具CAD/CAM加工體系中不可或缺的重要內容之一。以五軸數控加工技術為例，所對應的模具工件性狀復雜，對表面質量要求高，因此對銑削加工提出了非常嚴格的要求。五軸加工在完成最后一次裝夾后，可以從多個面加工工件，其優勢在于節約了大量的裝夾時間以及輔助測量裝置，且加工位置精度更高。在數控機床設計及性能驗證中通過對虛擬仿真技術的合理應用，一方面能夠使數控機床充分且合理的應用于對模具以及機械產品的加工中，另一方面能夠為正確且充分的應用數控機床，完成更多模具以及機械產品加工提供保障。以某單葉片曲面零件數控加工實例為例，采用五軸加工方案，引入五軸五聯動編程開發技術，同時對后置技術進行了編程制定。為進一步驗證數控機床五軸五聯動方案的編程程序正確性以及后置處理結果的可靠性，借助于虛擬仿真技術，在仿真軟件所提供虛擬環境下參照數控機床實際配置構建實驗模型。虛擬仿真結果顯示：所模擬機床在對零件進行加工的全過程中刀具路徑未發生偏差，加工零件性狀基本與設計要求相符合。

4 結語

本研究中針對虛擬仿真技術在電子技術行業中的應用問題進行分析及探究，通過上述分析不難發現：在電子技術行業中積極應用虛擬仿真技術能夠有效解決以往設計方案直接應用于實踐中存在的浪費或失誤問題，避免了不必要的事故產生，可以有效提高電子技術產品及相關設備的使用壽命與性能，對促進電子技術行業的發展也有重要價值。

參考文獻

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【關鍵詞】電源系統；改造；項目；可靠性

前言

克孜爾電廠原48V直流裝置是阿城繼電器廠生產，配備兩套，互為備用，由于阿城繼電器廠生產的48V直流裝置可靠性較差，經常出現故障，而且維修調試復雜工作量大。后又委托新疆水電設計院王淑華高級工程師設計一套簡易48V裝置，仍然保證不了48V直流系統安全運行，每年檢修人員要花費大量時間維修、維護，但仍然效果不大。從1991年――1998年10月，先后因48V故障引起保護誤動、拒動多次，給發供電造成很大損失，針對這一情況，電廠技術人員利用一些閑置設備，設計一套48V直流裝置，有效地保障了全廠控制、保護自動化設備電源的供應。

一、改造原因

電廠原有兩套48V裝置在運行過程中經常出現故障，造成繼電保護、計算機控制設備、自動控制回路不能正常工作，信號指示消失，而且檢修調試復雜、運行檢修人員勞動強度大，已經不能適應電廠生產的需要，為此必須進行技術改造。

二、改造方案

經過對原有的設備詳細調查、技術分析、可行性論證后，設計和提出技術改造方案如下：

1、用途：

以免維護電池、可控硅整流設備、測量保護回路、自動控制、電壓調整、信號回路組成新的一套直流電源，作為電廠繼電保護計算機集中控制和其它自動控制設備的可靠直流穩壓電源。

2、直流電源裝置正常工作環境條件：

（1）環境溫度：―10～+400C。

（2）相對溫度不大于85%。

3、工作原理：

本直流電源采用單相50Hz220V交流電壓經單相橋式半控整流、自動調節控制電路，并通過電抗器濾波、電壓調整回路輸出直流，一方面向負載供電，同時也對蓄電池進行均充或浮充電。

直流系統原理框圖：

三、設備材料

采用的是原縱橫制電話交換機用的整流設備、220V直流裝置的一些部分設備。

四、安裝使用

根據設計方案，認真細致的安裝調試，完成了技改項目，投入運行后經檢測能滿足運行要求，達到了技改的各項技術要求。

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關鍵詞：雙向Dc/Dc變換電路；TPS4530；測控電路；步進控制

雙向DC-DC變換器是實現直流變換器兩象限運行的電路，用于實現直流電能的雙向傳輸，實質上是兩個單向直流變換器。對于它的研究，國內外有眾多文章介紹它的設計與開發方法。本文則從減少設備體積與重量的角度，兼顧效率的前提下進行設計和研究，有一定的參考價值。

1.設計方案的論證與選擇

方案一：采用LM2596開關電壓調節器組成DC/DC變換電路，它能夠輸出3A的驅動電流，可調電壓輸出范圍在12-37v之間，具有過流保護和限流保護功能，效率達到80%，但是不能將效率提高到90%至以上。

方案二：采用雙向DC/Dc變換電路模塊，找不到完全符合設計要求的模塊。

方案三：采用TPS5430組成電路，該芯片同樣具有高電流輸出，達到3A，寬電壓輸入范圍在5.5～36v之間，高轉換效率達到了95%，有過流保護及熱關斷功能，與其他同類型直流開關電源轉換芯片相比更符合題目要求。

綜合以上3種方案，選擇方案三。

2.輔助電源的論證與選擇

方案一：工頻電源（220v）為其供電。

方案二：使用直流穩壓電源（U處）與L7805芯片電路為其供電。

綜合考慮采用方案二。

3.系統理論分析與計算

3.1雙向DC/DC變換電路的分析

直流換電路主要工作方式是脈寬調制（Pulse WidthModulation，PWM）工作方式，基本原理是通過開關管把直流電斬成方波（脈沖波），通過調節方波的占空比（脈沖寬度與脈沖周期之比）來改變電壓。

圖1左上部是一個斬波基本電路，UD是輸入的直流電壓，堤開關管，UR是負載R上的電壓，開關管V把輸入的UD斬成方波輸出到R上，右上部線為斬波后的輸出波形，方波的周期為T，在V導通時輸出電壓等于ud導通時間為ton在V關斷時輸出電壓等于0，關斷時間為toff占空比D=ton/T，方波電壓的平均值與占空比成正比。改變脈沖寬度即可改變輸出電壓，在時間t1前脈沖較寬、間隔窄，平均電壓（URT）較高；在時間t1后脈沖變窄，平均電壓（UR2）降低。固定方波周期’r不變，改變占空比調節輸出電壓就是PWM法，也稱為定頻調寬法。

3.2芯片公式與元器件選擇

該款TPs5430在PH和GND之間接外部鉗位二極管。選定的二極管必須滿足大于該系統的絕對最大額定值：反向電壓必須比最高PH電壓還高，這是vINMAX+0.5，峰值電流必須大于IOUTMAx再加上峰值電感電流一半。重要的是要注意該二極管傳導時間通常長于高側FET，因此重視對二極管參數配置可以使整體效率顯著提高。對于這個二極管，反向電壓40v，正向電流3A，正向壓降為0.5V。

C1=10uF，C2=0.01uf，C3=220uF

L1=22uH

Rl=10kQ，R2=510Ω

3.3輔助電源的分析

輔助電源使用L7805芯片模塊為其供電，C1，G3為小電容，過濾低頻信號；C2，C4為大電容，過濾高頻信號。取C1=G=0.1uF，G2=4700uF，C4=1000uF。

4.電路與程序設計

4.1主電路的設計

系統電路的總體框架如圖2所示。

4.2輔助電源設計

輔助電源需自制或自備，可由7805芯片模塊為其供電。輔助電源電路子系統電路如圖3所示。

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一、系統總體設計方案

系統的總體設計方案框圖，主要由燈控箱系統電路和上位PC機兩部分組成。兩部分之間通過RS-232串行通信總線連接，完成對各樓叢電燈亮滅的在線控制及監控、數據遠距離傳輸和集中顯示管理等。

1.遠程燈控箱系統中單片機的選擇

單片機最早是以嵌入式微控制器的面貌出現的，是系統中最重要和應用最多的智能器件。單片機以其集成度和性價比高、體積小等優點，在工業自動化、過程控制、數字儀器儀表、通信系統以及家用電器產品中有著不可替代的作用。

目前常用的單片機有51系列、AVR系列、MSP430系列等，其各有優缺點，而比較主流的單片機是51系列和AVR系列兩種。而51系列和AVR系列最大的一個區別就是AVR系列單片機采用全新配置的精簡指令集RISC（Reduced Instruction Set CPU），而51系列單片機采用復雜指令集CISC（Complex Instruction Set CPU），所以與AVR單片機相比，51單片機在效率、速度及指令格式上就顯得比較復雜，更不適用于在嵌入式系統中使用。

其次，因為是應用在日常生活及工業中，所以就必須是低功耗的。而51系列單片機正常情況下消耗的電流為24mA，在掉電狀態下，其耗電電流仍為 3mA ；即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到2V，但是為了保存內部RAM中的數據，還需要提供約50uA的電流。而AVR單片機在低功耗方面的優越之處，是51系列單片機不可比擬的。

綜上所述，無論從功能上還是經濟上考慮，AVR系列單片機無疑是最好的選擇。

2.遠程通信實現方式

隨著科技的日新月異不斷發展，實現通信的方法也多種多樣，可以通過GPRS技術進行通信，可以通過紅外傳輸進行數據傳送，也可以通過有線傳輸進行遠程通信。現有的一些數據傳輸方法如利用電話線、電力載波等都存在著諸多的問題，如覆蓋范圍小，線路維護量大，電力載波上噪聲污染導致通信不可靠等。最后基于自己所學專業知識專業技能，結合實現的簡易成度及性價比方面，決定使用以ATMEG 16單片機為中心，通過RS-232總線與PC機進行通信，PC機可將命令通過RS-232總線傳送給單片機對照明設備進行控制，單片機也可將數據通過RS-232數據線反饋給PC照明設備的狀態，以便進行監控。

二、系統概述

1.系統組成

系統硬件由PC上位機、MAX232、ATmega16、燈箱單片機組成。

2.系統工作原理

PC機作為主控制系統，單片機作為控制器，控制系統和控制器之間通過RS-232接口通信。控制時，數據由上位機發出，通過串口發送給單片機，然后再由單片機控制燈箱；發送時，先發送識別字，再發送控制數據，單片機通過讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時，PC機先發送一命令數據，當單片機讀到“檢測”命令數據時，把此時每層樓燈的狀態讀取過來，然后發送到PC機，PC機讀取單片機發送過來的數據，并進行程序處理運算，在VB界面上顯示出來。

三、系統硬件

1.ATmega16單片機模塊

本模塊是整個系統的的核心，所有的命令都由此模塊控制。本次單片機采用的是ATMEL公司推出的AVR系列的ATmega16。它具有電路簡單、故障率低、可靠性高、成本低、可采用高級語言編程等優勢。并且廣泛應用于計算機設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。

2.串口通信協議

目前的PC機都有至少一個串行通訊端口RS-232，RS-232端口可實現兩臺計算機之間進行通訊，RS-232的邏輯電平用正負電壓表示，且信號使用負邏輯，邏輯0的電壓范圍是+5V～+15V，而邏輯1的電壓范圍是―15V～―5V。在Atmega16單片機的內部有一個全雙工的異步串行I/O 口，它的輸人和輸出使用+5V的TTL邏輯電平，因此要進行邏輯電平的轉換。通常選用MAX232專用芯片來完成。Atmega16有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和PC之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，采用的串口是RS-232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，本設計采用了專用芯片MAX232進行轉換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。

3.直流穩壓電源

電源模塊可以直接提供正5V的直流電壓，但是由于在一些工業環境中并不提供直流電源，而都是交流電源，為確保其實用性，在電源這一部分，提供了整流穩壓電路，可以把交流電壓變成5V的電壓，為整個電路板提供電源。

3.1電源模塊原理圖

當開關按下時，電路接通，先通過一個整流電路，使交流電壓變成直流電壓。為了保證其輸出的電壓是5V，在后面接一個穩壓電路，由一個7805穩壓器和一個發光二極管組成，發光二極管作為電源導通的指示燈。當電源導通時二極管發光。其中電容C1起濾波作用，電容C2是抑制高平信號。電容C3， C4直接接地，起到抗干擾的作用，能使電壓穩定在5V。

四、軟件設計

1.系統軟件框圖

數據由上位機發出，通過串口發送給單片機，然后再由單片機控制燈箱；發送時，先發送識別字，再發送控制數據，單片機通過讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時，PC機先發送一命令數據，當單片機讀到“檢測”命令數據時，把此時每層樓燈的狀態讀取過來，然后發送到PC機，PC機讀取單片機發送過來的數據，并進行程序處理運算，在VB界面上顯示出來。

2.VB編程流程圖

五、系統調試操作

1.在電路焊接完成后檢查線路是否有虛焊、短接等硬件焊接錯誤。檢查無誤后進行通電調試。

2.首先使用RS-232連接燈控箱與PC上位機，使用變壓器變壓后接入電路電源模塊接口。在PC上位機“我的電腦”管理中確定串口號，接入不同的USB口，操作界面中串口號都不同。若串口號判斷選擇錯誤，則系統不能判別識辯。

篇7

[關鍵詞] 項目教學；模擬電子技術；應用

[中圖分類號] G424.4 [文獻標識碼] A [文章編號]

模擬電子技術是電類專業很重要的一門專業基礎課，傳統的教學方式是教師先進行理論講解，然后安排學生做一些簡單的驗證性實驗。教學中，一般要求理論和實踐內容各占一半，大量簡單而重復的驗證性實驗容易讓學生產生厭煩情緒，非但不能提高學生的技能水平，反而令學生失去學習興趣，究其原因在于傳統的教學方式是學生被動地讓老師推著學。

項目教學法把學生由被動接受知識的客體轉變為參與教育過程的主體，教師是起咨詢和引導的作用，項目的內容和任務由學生和教師共同討論確定，因而受到了大部分學生的喜愛，激發了學生的學習興趣。

一、項目教學法在模擬電子技術課程中的應用

1.1項目的準備

項目教學是師生通過共同實施一個完整的項目來組織教學活動，其指導思想是將一個相對獨立的任務項目交給學生獨立完成，從信息的收集到方案的設計與實施，都由學生具體負責，教師在教學過程中起到咨詢和指導作用。項目教學可以分為三個階段：項目的準備、實施與評價。在項目的準備階段，由師生共同準備項目的內容、目標和任務，再由學生制定項目工作計劃，經教師同意，項目的實施按照工作計劃進行，學生具體負責項目的實施，教師及時給予指導。本文把模電課程劃分為三個小項目：收音機項目、功率放大器項目和穩壓電源項目。項目任務由指導教師提出，和學生一起討論，最終確定項目教學的目標和任務。

1.2 項目的實施

1.2.1收音機項目

收音機的原理是把接收到的電臺高頻信號用一個變頻級電路轉化為頻率固定的中頻信號，然后對這個中頻信號進行多級放大、檢波和低放。由于不同頻率的無線電波用途較廣、接收的電波較多，所以音頻信號就會互相干擾，導致音響效果不好，因此要選擇所需的電臺并把不要的信號“濾掉”，以免產生干擾，所以我們在收聽廣播時，使用選臺按鈕。

在收音機的組裝與調試中應用項目教學法，可以把它分解為五個子任務：電子元器件的識別，電子產品生產流程與質量控制，工具的使用，元器件的排布與安裝，收音機的調試。在電子元器件的識別中，讓同學查閱并收集電子元器件的資料，利用萬用表測量元器件的參數，在這個過程中教師應該講解如何使用萬用表。在電子產品生產流程與質量控制中，讓學生按照實際生產流水線上的要求制定工藝卡和隨機卡，設計好收音機的組裝與調試的方案，在這個過程中教師給學生提供一段現代電子生產線的視頻，幫助學生了解現代電子整機產品的裝配工藝流程，建立質量管理意識。在工具的使用中訓練學生使用電烙鐵和吸錫器進行元件的焊接和拆卸，以及熟練操作示波器。教師對學生的焊接結果進行點評。

1.2.2功率放大器項目

集成電路是當今科學技術最偉大的成果。集成電路的出現打破了器件、電路與系統的傳統界限。集成運算放大器是一個高輸入電阻、低輸出電阻、高放大倍數的直接耦合的多級放大器，它是模擬集成電路中的典型電路，功率放大器就是在集成運算放大器的基礎上發展起來的。

功率放大器的制作與設計項目可以分解為如下相應的任務：電路的設計，購買和測試元器件，電源電路部分的焊接與調試，放大電路的焊接與調試，整機調試。在電路的設計中，教師先對電源和功率放大器的原理分別進行講解，讓學生自己比較和選擇使用單電源還是雙電源，使用分立元件還是集成芯片來制作功放。學生需自己設計方案，通過仿真確定元器件的參數，列出元器件的清單，和老師討論后，自己購買元器件。元器件購買回來后，讓學生測試元器件的好壞，在萬用板上設計好電路走線和元器件的排布，然后焊接電源電路部分并進行調試，學生在焊接過程中遇到的困難，教師應及時給予指導。

1.2.3穩壓電源項目

本項目主要進行的是串聯穩壓電源的實驗，它主要由降壓電路、整流電路、濾波電路和調壓穩壓電路四大部分組成。在此次項目教學中，教師需要向學生們講解電阻、電容、變壓器、二極管、三極管、電位器、電感等常用電子元件的類別、型號、規格、性能及其使用范圍，特別是如何用色環標記法計算電阻值和如何用萬用表檢測二極管的正向導通性和三極管是NPN型還是PNP型，以及各管腳所代表的極性的判別。教師講解之后，在實踐中需要學生們自己動手計算和判別。在安裝與調試的過程中，學生們需自己按照圖紙焊接元件，組裝并調試一臺直流穩壓電源，在此過程中，教師適當給予指導。本項目教學的一個難點就是學生要自學Protel軟件，查閱相關書籍，熟悉印制電路板的步驟和方法、熟悉手工制作印制電板的工藝流程，能夠根據電路原理圖、元器件實物來設計和印制電路板，教師需在學生遇到困難和疑問時給予指導。在焊接元器件的環節中，教師可以放有關焊接技術的視頻錄像，讓學生掌握正確安全的焊接方法。最后，教師要對學生的作品進行驗收。

1.3項目的評價

在項目的評價階段，先由學生根據自己對工作計劃的執行情況和自己積極參與的行為表現進行自我評價，再由教師根據項目的創新性，項目的效果，學生獨立解決問題的能力和小組合作精神等方面進行檢查評分。在項目總結課上，先由學生總結自己的體驗和收獲，再由教師總結本次項目的成果和不足并對項目內容進行拓展和延伸。

二、實施項目教學的成效以及出現的問題

在模電課程中展開項目教學是一次全新的嘗試，本次項目教學取得了一定效果：首先，由于選取了學生們普遍喜歡和感興趣的項目，項目難度適中，大部分學生都能完成，從而使他們獲得了完成任務的成就感，建立了信心。其次，在項目教學的課堂上，師生雙向互動，共同討論，把教師逼著學生學變成了教師帶著學生學，學生們學習的積極性提高了；再次，學生的動手能力普遍得到提高，積累了實用的設計制作經驗為以后的職業生涯做好了準備。

但是，在項目教學中也發現了一些問題：第一，學生綜合應用相關知識解決實際問題的能力有待提高。第二，學生的創新能力不強，只有小部分同學能夠在設計中加入創新的元素。第三，學生不夠重視項目總結課，鮮有學生能夠提出自己究竟從項目中獲得了哪些技能。

三、結語

以行動為導向的項目教學，是高等教育課程改革的方向，也是培養合格工程人員的要求。教學重點倡導學生的主動參與，勤于動手，培養學生搜索和處理信息的能力、獲取新知識的能力以及交流合作的能力。根據學生的基礎和實際安排教學內容，在教學中，一次課堂教學信息量和難度不宜過大，要邊做邊學，學生把看到的、聽到的、手上做到的結合起來思考，就會發現問題，進而解決問題。所以說，實施項目教學，教師不是學生具體學習過程的主導者，不起直接的主導作用，而是指導者，是項目內容的設計者，項目計劃的制定者，是動態教學的調控管理者。實施項目教學，學生的自主性強，自由度大，教師備課量增加，動態管理事務多，要求也高。

項目教學作為一種新型的教學方式，對學生和教師都具有一定的挑戰性，有待于我們在不斷的探索和實踐中逐漸完善。

參考文獻：

[1]姜大源.職業教育的教學方法論[J].中國職業技術教育，2007,25.

[2]張沛云.項目教學的實施及特點[J].山東電力高等專科學校學報，2009,12（3）：22-23.

篇8

關鍵詞 電子技術綜合設計；實踐能力；創新思維

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）02-0113-02

Reform and Practice of Integrated Design of Electronic Techno-logy//ZHOU Tao， ZHANG Ruimin， LIU Qiao， LI Shuanming， ZHONG Furu

Abstract This article introduces the curriculum reform and practice from the aspects of teaching goal， teaching content， teaching imple-mentation， teaching method， examination method and teaching effect. The reform of the integrated design course of electronic tech-nology will be beneficial to the improvement of students’ practical ability， and to cultivate the students’ innovative thinking.

Key words integrated design of electronic technology； practical ability； innovative thinking

1 引言

隨著石河子大學人才培養模式的不斷改革，以及社會對高等教育培養具備實踐能力、創新思維人才目標要求的提出，實踐教學環節作為工科專業人才培養體系中的重要組成部分[1]，成為當下大學生創新思維和創新能力培養的重要環節。電子技術綜合設計是一門實踐性非常強的實訓類課程，是電子技術人才培養成長的必由之路。由學生自行設計、自行制作和自行調試電子電路，旨在培養學生掌握綜合模擬、數字、高頻電路知識，解決電子信息方面常見實際問題的能力，培養學生電子電路設計與EDA（Electronic Design Automation）調試工具的使用方法，以及開展項目管理的基本方法。

2 現狀

以往的教學安排中主要側重電子電路的設計和仿真，留給學生自己用于思考和設計的時間有限，設計基本停留在紙上和計算機上。因此，教學效果很難達到預期的教學目的。雖然W生在參加接下來的相關課程的課程設計、大學生訓練計劃、全國大學生電子設計大賽、畢業設計時理論分析能力得到提高，但實際設計和調試時卻出現大量問題很難得到快速解決的現象。所以，這種教學模式不再適應目前新的人才培養方案對于電子信息工程專業提出的要求以及創新人才的培養。

3 課程改革探索與實踐

電子技術綜合設計課程的改革與探索主要從課程教學目標、課程教學內容、課程教學實施、教學方法、考核方法和教學效果等幾個方面進行。

課程目標 電子技術綜合設計將學生已學過的電路基礎、模擬電路、數字電路以及高頻電路等課程的知識綜合運用在該課程中[2]，從而培養學生具備電子元器件的識別和選擇，電子電路仿真和電路設計軟件的使用，電子電路的分析和設計以及實際應用電路項目的開發、管理等綜合能力，使學生切實經歷從原來課本上的電路到EDA軟件的仿真電路再到實際看得到、摸得著的電路的實現過程。該課程是對現有課程體系的完善和補充[3]，幫助學生拓展視野，提升學生參加課外科技活動、校級SRP（Student Research Project）活動、國家大學生創新計劃以及全國電子設計競賽等專業競賽的興趣和畢業設計的質量與水平。

教學內容 課程的主要內容按照基本知識驗證、專業知識綜合、創新設計能力培養的原則進行安排，主要包括：常用電子元器件基礎知識；常用電子測量儀表的使用；電路仿真軟件的使用；印刷電路板的設計與實現；電子電路系統設計方案提出、論證、設計、元件焊接、系統調試；撰寫總結報告、答辯等。

1）常用電子元器件基礎知識：主要講解電阻、電容、電感、電位器、變壓器等常用元件的區分，還包括一些電子常用術語，比如單面板、雙面板、焊盤、焊接面、虛焊、橋接等。

2）常用電子測量儀表的使用：包括萬用表、示波器、函數發生器、直流穩壓電源的基本使用方法。

3）電路仿真軟件的使用：主要講解電路仿真軟件Multisim的使用。

4）印刷電路板的設計與實現：Altium Designer軟件中電路原理圖的繪制和PCB圖的繪制方法。

5）電子電路系統設計方案提出、論證、設計、元件焊接、系統調試：對全班學生進行分組，四個人一組，每組一個設計題目，每組經過方案的提出、討論、修改、教師審核、論證后設計出電路仿真圖，仿真沒有問題后設計PCB圖，然后制成單面板進行元件焊接、調試。

6）撰寫總結報告、答辯：系統設計完成后，每組撰寫總結報告，提出系統的優點和設計不足，以及設計過程中自己的心得體會，最后制作幻燈片進行課程匯報答辯。

教學實施 在完成各個教學內容時，課程采用項目驅動的方式使學生在掌握理論知識的同時，實踐能力也得到不同程度的提高。整個教學過程分為4個項目進行，通過項目的完成，學生逐步完成課程的學習，綜合能力也在不知不覺中得到鍛煉。

1）基本元件及電路測試項目。教學內容的前兩部分講解完成后，要求每個學生進行基本元件參數的測試、電路虛焊、雙面板線路測試等。通過該項目，學生掌握電子元件與電路測試的基本方法和常用測量儀器的使用方法。

2）電子電路設計和仿真項目。在該項目中，教師首先講解電路仿真軟件Multisim的使用方法，然后以實例設計一個兩級晶體管放大電路。在此過程中，教師從元件參數的選取、放大倍數的計算、系統測試和修改等方面給學生進行講解。講解完成后，學生參考實例設計一個放大倍數不同的晶體管放大電路作為練習。練習完成后，全體學生設計一個波形發生電路用來產生方波、三角波信號。學生設計過程中可相互交流，碰到問題可詢問教師，最終完成項目預期目標。該項目完成后，學生可以掌握電路仿真軟件的使用方法和電路設計的基本原則。

3）電子電路制板與焊接調試項目。前兩階段的項目完成后，教師講解電路制板軟件Altium Designer的使用方法和手工腐蝕法制作單面電路的流程，講解和制作過程以上一個項目中的兩級晶體管放大電路為例，講解的過程中學生如果有問題可隨時提出，教師進行解答。最終要求學生自己實現一個兩級晶體管放大電路的印刷電路板的繪制，以及電路的腐蝕、焊接、通電調試。通過該項目，學生掌握了電子電路從書本的理論知識到實物實現的過程。

4）C合設計與總結項目。學生按學號進行隨機選題，題目內容涵蓋模擬電路（如連續可調直流穩壓電源）、數字電路（如循環彩燈控制器）、高頻電路（如小信號阻容耦合放大電路設計）。題目選定后，題目相同的學生分成一組，組建項目小組。項目組成員提出設計方案，經過理論論證，設計完成仿真電路和PCB電路，然后采用手工腐蝕法實現電路系統的板面布線，最后進行元件焊接和調試。系統完成后，整個課程基本接近尾聲，每組學生要對自己的設計方案進行匯報答辯。通過該項目，學生掌握了復雜電路的設計與實現，以及團隊合作完成項目設計、管理、總結的過程。

教學方法 課程的教學方法，打破傳統理論課程完全靠教師講授以及實驗課程以學生動手為主的模式，采用教師講授、項目訓練、學生參與設計和討論、分析講解和答辯的形式。學生有機會表達自己的觀點和設計思路，充分調動積極參與的興趣。

考核方法 課程的總評成績由5個部分組成：考勤10%+課程表現10%+項目完成情況30%+課程答辯情況20%+課程報告30%。新的考核標準打破原來課程總評成績主要由平時成績、設計成績兩部分組成的模式，主要以學生在教學實踐活動中的參與度和完成度作為考量，注重學生實踐能力和綜合能力的培養。

教學效果 經過兩周的項目驅動訓練和實踐環節的總結，學生對于測量儀器的使用更加熟練，對常用電子元器件的選用和封裝了解得更為清楚，對電子電路的設計和實現更加有信心，分析問題、解決問題的能力得到了很大的提高。

4 結論

課程改革和實踐在石河子大學電子信息工程2012級、2013級和2014級為期兩周的電子技術綜合設計課程中進行，學生對于課程內容安排和各個環節的設計比較歡迎，加大了學生創新思維和創新能力的培養。課程實施的整個過程側重基礎能力培養，將項目管理理念貫穿整個課程的始終，加大創新能力的培養。學生在后續的畢業設計和課外科技活動中凸顯了較強的實踐和創新能力。■

參考文獻

[1]吳大鵬，黃沛昱.“電子系統綜合設計”課程建設探索[J].電氣電子教學學報，2014，36（6）：41-43.

篇9

關鍵詞：CAN總線；RS232；復用轉換接口；通信協議；可編程直流電源

中圖分類號：TP336

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374（2012）23-0041-03

在各種電子設備的開發、使用中，直流電源是一種必不可少的儀器，目前國內所使用的電源大多只有固定電壓輸出（例如常用的有±5V、±12V或±15V）或通過電位器進行手動調節，輸出精度和穩定性也不高，容易產生漂移，無法進行設備的網絡化控制。本文應用CAN總線和RS232通信技術，研究一種復用串口，解決主機與電源設備從機之間實時通信問題，進而對高精度可編程電源進行狀態監測與運行控制，設計出硬件電路，提出一種通信軟件解決方案。

1　高精度直流電源的整體結構及主要通信功能分析

本文研究的高精度可編程電源以單片機控制模塊為核心，由主電源模塊、串并聯控制模塊、電流電壓反饋控制與保護模塊、按鍵設置、液晶顯示、接口等模塊組成。在電源中，應用PID以及現代控制理論，通過12位A/D轉換器實現對輸出電壓/電流的控制，得到較高分辨率及精確度，并要求可對設備進行遠程聯網監測與控制。電源的總體結構如圖1所示，可配合上位機及其界面對設備進行單臺或多臺的網絡化監控，在網絡化控制中，很多測試設備都以單片機、ARM等處理器為核心進行控制，內部可提供串口通信信號，用于對設備進行狀態監測與運行控制等。如提供USB或RS232等接口，但它們只能是短距離傳輸，多臺設備協同使用時，組網監測與控制不便，性能也不穩定，尤其在較大的干擾環境下，不能有效工作，而控制器局域網CAN已廣泛應用于控制系統中，在各檢測和執行機構之間進行數據通信。因此，本文設計一種通過CAN總線或RS232接口與計算機（PC）聯機組網的接口電路用于聯接主機，實現對設備的遠程聯網監測與

控制。

圖1　電源節點電路原理方框圖

根據電源的功能分析得知，需要進行在線調整與控制的功能可分為兩類，在查詢與讀出方向主要有：各組運行的串并聯狀態查詢、各組輸出電流、電壓實時顯示；在設置與控制方向主要有：起停控制、串并聯控制、各組運行參數設置、各種保護功能設置等。電源的這些功能必須通過接口電路與主機進行信息交換才能實現，可簡化為58條

指令。

2　方案設計

在設備的整體設計中，考慮其功能的復雜性，將硬件電路功能劃分成不同的模塊進行設計，并通過各自的接口進行模塊之間的聯接，同樣，復用通信接口也設計成一個獨立的模塊，使其一端與主控制器的通信接口聯接，另一端與電腦聯接。本文接口電路采用兩套信號采集與轉換方案。

方案1的CAN總線和RS232復用轉換接口由RS232通信接口并聯CAN總線網絡接口組成。RS232通信接口包括設備串行輸出端、MAX232轉換模塊和陰頭9針復用接口等部分，設備通過其串行輸出端、MAX232轉換模塊和陰頭9針復用接口的2、3、5腳與電腦主機之間進行RS232通信；CAN總線網絡接口包括設備串行輸出端、接口處理器、CAN總線控制器、光電耦合器、CAN總線收發器、總線端電源和陰頭9針復用接口等部分，接口處理器與設備串行輸出端連接完成設備與串口之間的串行信息交換，再由接口處理器通過CAN總線控制器、CAN總線收發器、光電耦合器、總線端電源和陰頭9針復用接口與帶有接口卡的電腦主機進行組網或單機通信，實現CAN總線網絡通信功能。

方案2中接口單片機須使用兩個串口，其第二串口與電源設備進行串行通信，通用串口通過MAX232與PC聯接，實現與主機的RS232通信功能；CAN與主機的通信和方案1相同。因此，所有信號均需通過接口單片機進行中間處理或轉換，實現主機與設備之間的通信。

圖2　方案1接口電路原理框圖

圖3　方案2接口電路原理框圖

由此可見，方案1使用232通信時為主機直接與電源控制器進行通信與控制，接口單片機只負責CAN與主機通信，編程簡單；方案2中主機的所有信息需經接口單片機轉接，有利于信息的歸一化處理，也有利于提高指令的安全性，但所使用的單片機需具有兩個串口，編程也較為復雜。因此，本文采用方案1的設計思路。

3　電源接口硬件電路設計

在CAN接口中的控制器選用SJA1000。選用PCA82C250作為CAN總線的收發器，它也是CAN協議控制器和物理層之間的接口，具有抗瞬變、抗射頻和抗電磁干擾性能，內部的限流電路具有電路短路時對傳送輸出級進行保護的功能。同時加入光耦電路，即SJA1000的TX0和RX0并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82C250相連。6N137為高速光隔器件，作為外線路與系統之間的隔離，這樣可有效地提高系統的抗干擾能力和內部系統的安全性，并采用兩個完全隔離電源VCC和VDD對光耦部分電路供電，從而達到光隔目的。主機節點由PC機或接口卡電源供電，所有從機節點之間使用同一電源供電，即采用5線制通訊方式。在網絡終端的兩端各增加一個120Ω的線路匹配電阻，在CANH和CANL引腳后各自通過一個5Ω的電阻與CAN總線相連，可起到一定的限流作用，保護82C250免受過流的沖擊。INT接W77E58的INT0。這樣，可通過中斷方式訪問SJA1000，也可采用查詢方式訪問SJA1000。

本文設計的CAN總線和RS232復用接口中，陰頭9針復用接口J8用做RS232接口時，采用標準的三線法，即腳2、3、5分別接TXD、RXD、GND。用做CAN接口時，腳4、6接總線端電源，總線端電源通過跳線與腳9相接，為其他節點的總線側供電，或取消本節點總線端電源，使用其他節點為本節點供電。當不需要該節點為網絡提供電源，也不需要網絡為本節點供電時，不需要跳線連接9腳。CANH、CANL分別與腳7、8相接，當本節點在網絡中是最后一個節點，則需在CANH、CANL之間接入電阻值為120Ω。如圖4所示：

圖4　復用接口接線圖

4　串口電路工作過程

該接口電路主要有兩種工作模式：其一為RS232通信，通過開關S1給MAX232等部分供電，斷開VDD。此時，電源的CPU通過MAX232直接與主機聯接，從而實現點對點主從通信。其二即為CAN總線通信，接通VDD，斷開開關S1，將MAX232電源切斷，此時，CAN總線電路供電，設備通過接口控制器、CAN總線及其接口卡與主機進行通信，即以接口控制器及其電路作為橋梁進行設備與主機之間的通信。

5　結語

本文研究了高精度可編程電源工作原理，設計了一種集RS232和CAN總線集成的接口電路，可方便地與計算機聯機組網，實現多點或點對點通信，有利于進行遠程調整與維護。在CAN組網中，采用了光電隔離等措施，通過濾波和錯誤處理機制，保證主從機之間的數據傳輸質量，提高設備的可靠性和安全性。可實現節點之間較長距離的數據通信，有效提高傳輸過程中系統的抗干擾能力，可通過主機節點對多個從節點同時進行遠程監控。

參考文獻

[1]　Philips Semiconductors data sheet SJA1000 Stand-alone CAN Controller. 2000，1．

[2]　Philips Semiconductors data sheet PCA82C250 CAN controller interface. 2000，1．

[3]　唐義鋒．維修電工與實訓[M]．北京：北京理工大學出版社，2010．

[4]　唐義鋒，陳新華，等．CAN總線在干燥設備水分在線測定中的應用[J]．農機化研究，2008，（12）．

[5]　唐義鋒，李志坤．基于CAN總線的電工實驗指導系統設計[J]?．電子工程師，?2007，（8）．

篇10

關鍵詞 s7-200；重量變送器；EM235；配方管理

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）09-0024-02

在眾多的液料加工企業當中，有很多生產過程需要把兩種或兩種以上液體按照一定比例進行混合攪拌，然后出料。為了高效準確的進行生產，必須對攪拌生產工藝過程當中的液體重量、溫度、加工效率進行快速、準確的控制。其中最重要的環節就是靈活應對液體配比的改變。本文以s7-200系列PLC為核心通過重量變送器采集反應釜內的重量數據、送入EM235轉換成數字量送入PLC，利用PLC程序對數據進行處理并產生控制輸出。通過觸摸屏編輯手動、自動、配方管理等控制畫面，全面提高企業的生產效率，靈活應對液體配比的改變。

1 液體攪拌裝置生產流程

1.1 液料攪拌生產流程圖

圖1 液體混合攪拌流程圖

1.2 生產流程分析

根據液體混合攪拌裝置的實際生產過程，其生產流程圖如圖1所示。流程圖中的自檢部分為檢測是否有液料在反應釜中未排出，檢測原理就是利用重量傳感器檢測重量，和反應釜毛重比較，如果有液體未排除，產生聲效、燈光報警。每種液體的重量由生產工藝決定，利用觸摸屏進行配方管理，實現快速準確的生產。在流程圖中只寫出A料、B料，在實際生產中可以根據工藝實現多種液料的配比控制，本文不在一一闡述。攪拌時間T可以通過觸摸屏根據加工工藝自由控制。

2 液體攪拌系統設計

硬件是控制系統的基礎，在軟件的協調下實現生產過程的檢測與控制。本系統的硬件電路由數據采集、數據轉化、數據處理、畫面控制組成。如圖2的硬件框圖所示，稱重傳感器完成重量數據采集，EM235把采集來的模擬量轉化成數字量，PLC負責對采集來的數據通過程序進行處理產生控制輸出，觸摸屏完成自動、手動、配方的管理控制。

2.1 硬件框圖

圖2 硬件框圖

2.2 攪拌主電路

攪拌主電路由變頻器控制變頻電機進行攪拌。當完成數據采集、轉換、處理形成控制輸出按照觸摸屏給出的指令給變頻器發送攪拌信號，控制攪拌電機工作。變頻器要設置成外部端子多段速模式。

2.3 重量數據采集轉換電路

如硬件框圖所示，本方案當中的數據采集采用KM02A重量變送器采集重量數據，將轉換的模擬量送入EM235模塊，完成數據的采集轉換，然后送入PLC進行程序處理。KM02A重量變送器以工業現場標準設計，提供了使傳感器與控制接口實現標準化的方法，不易受噪聲干擾。以此為橋梁把反應釜內液體的重量轉變為典型的4～20 mA或0～10 V模擬量輸出。送入EM235模塊進行A＼D轉換。EM235是最常用的模擬量擴展模塊，它實現了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。根據EM235模塊上的6個DIP開關的組合我們可以選擇單雙極性的電壓輸入也可以選擇者0～20 mA或4～20 mA的電流輸入。

在選擇模擬量輸出時只能選擇一個電流輸出或電壓輸出送入到PLC的模擬量輸入輸出模塊EM235。PLC的模擬量輸入模塊輸入電壓時，其輸入阻抗很高，在100 kΩ～10 MΩ。當變送器距離PLC較遠時，線路間的分布電容和分布式電感的干擾信號在模塊的輸入阻抗上將產生很高的干擾電壓，所以電壓信號適用于近距離傳輸。電流輸出具有恒流源性質，內阻很大，當PLC的模擬輸入模塊輸入電流時，輸入阻抗很低一般會≤250 Ω。線路上的干擾信號在模塊的輸入阻抗上產生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號適用于遠程傳送。工業現場最常選用的是電流信號。

變送器電源允許范圍DC15 V～24 V，推薦使用15 V，18 V或24 V的直流穩壓電源，當環境溫度超過60℃時要確保電源電壓不能超過24 V。實際應用時要把多余的接線端口堵死，防止潮氣及灰塵進入重量變送器內部。

3 軟件系統

3.1 PLC程序

PLC程序要協調硬件完成預定的功能。根據上述，本系統中PLC程序主要完成自動控制程序、手動控制程序、模擬量數據的處理程序。

自動控制程序可以調用配方自動完成稱重、配重、正反方向的攪拌過程。

手動控制程序可以完成手動的啟動、停止、手動的正反向攪拌控制。

模擬量數據的處理程序是程序運行的核心，負責把測得重量數據采集轉化送給控制程序處理。西門子系列的PLC在軟硬件方面有很強的模塊化功能，把諸多硬件功能、常用的程序功能模塊化。而針對模擬量處理有專門的模擬庫完成，可以實現整數和實數之間的數據處理。在功能庫的模擬量模塊里，只要設定好數值的輸入輸出存儲器，轉化量的范圍以及模擬量的范圍值就可以方便的完成模擬量的采集轉換。濾波、數值類型轉化、求標度值等都無需手動編寫程序，大大簡化了編程工作。

程序處理中會涉及到反應釜本身毛重的問題，有三個辦法可以解決：1）稱好反應釜重量轉換成數據量，使用PLC程序處理，在最終稱完重量后減去反應釜毛重。2）在變送器側調零，在反應釜空載的情況下使電壓、電流輸出為0，或者電流輸出4 mA。3）在觸摸屏側設置去毛重按鈕，在第一次使用，或校準時稱得反應釜重量寫入PLC斷電保存寄存器，然后利用程序減去測得的重量。為了方便校準，本設計方案選擇第三種方法。

為了滿足觸摸屏控制和外部控制，在手動、自動程序中采用軟硬觸點相結合的方式完成。M點作為和觸摸交換的數據的軟觸點，為了實現外部的非觸摸屏控制同時并接I點。I點只需完成外部硬觸點的啟動、停止、急停即可。

3.2 觸摸屏畫面

觸摸屏和PLC的通訊根據選擇觸摸屏的不同可以選擇PPI、MPI、PN、DP，而200的PLC如果要使用PN或DP需要另加模塊。所以為了節省成本我們可以選用PPI或MPI協議進行通訊，完成數據互換。

為了靈活、快速、直觀的反應控制過程，在本系統中利用觸摸屏實現手動操作畫面、自動操作畫面、配方設置畫面，參數設置畫面。各個畫面需滿足監控當前工作狀態、電機參數。能完成當前工作模式的急停、啟動、停止功能。

手動操作畫面需設置手動的啟動、停止、手動的正反向攪拌按鈕，電機速度的設定，電機當前速度的監控、物料重量的監控及去毛重按鈕。

自動操作畫面需要設置每種液料得監控，電機轉速及電流的監控，自動啟動停止按鈕。

配方管理畫面需要設置各種參數的設定項，包括電機正反向轉速設定、正反向旋轉時間設定、每種物料的重量設定。在配方管理畫面可以將配方記錄數據讀取到觸摸屏，可以把當前配方數據的保存到配方記錄，能完成從PLC中讀取配方數據在觸摸屏中顯示，能完成把配方數據下載到PLC。

4 結束語

西門子系列PLC在自動控制領域有著其獨特的優勢和特點。硬件模塊化和軟件的模塊化使得功能增加、改變、程序的編寫變得簡單。而本系統采用以s7-200為核心配合觸摸屏、變頻器完成的液體攪拌控制過程，不但可以提高控制精度，而且大大改善了配比方式的靈活性，工藝的改變對控制主體的影響不大，做到最大限度的靈活控制和自動化控制。

參考文獻

[1]西門子200系列編程手冊[M].

[2]EM235 A＼D轉換模塊使用手冊[M].KM02A 重量變送器使用手冊[M].