基于以太網(wǎng)的智能電源的設(shè)計實現(xiàn)

胡磊

摘要：該設(shè)計是一種基于以太網(wǎng)的智能開關(guān)電源，其核心技術(shù)是通過ATMEGA16來實現(xiàn)對輸出端電壓、電流進行實時采樣顯示及對電路保護、控制其輸出電壓電流連續(xù)可調(diào) 、主備電源的切換及通過ENC28J60與以太網(wǎng)實時通信。該系統(tǒng)由電流、電壓采樣、LCD顯示、按鍵控制系統(tǒng)、繼電器模塊及以太網(wǎng)組成，該測控系統(tǒng)能實現(xiàn)開關(guān)電源電壓連續(xù)步進可調(diào)，實時顯示當(dāng)前電壓電流值及主備電源的自動切換，彌補了傳統(tǒng)開關(guān)電源的不足。

關(guān)鍵詞：ATMEGA16；以太網(wǎng)；連續(xù)步進可調(diào)；主備切換

0 引言

在測量控制領(lǐng)域，以單片機為核心的各種智能監(jiān)控、測試系統(tǒng)因其高性價比等原因正得到越來越廣泛的關(guān)注。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，尤其是隨著分布式測控制系統(tǒng)的提出，使得一般的電源系統(tǒng)難以滿足實際應(yīng)用的需求，因此將單片機控制的電源系統(tǒng)及以太網(wǎng)聯(lián)系在一起以實現(xiàn)遠程監(jiān)視與控制成為了電源發(fā)展的一種趨勢。通過以太網(wǎng)實現(xiàn)電源的智能化，網(wǎng)絡(luò)化及遠程控制這已成為當(dāng)今電源的發(fā)展方向。

目前在空間技術(shù)、計算機，通信、雷達中的電源逐步被智能電源所取代，智能電源進入了快速的發(fā)展時期。隨著電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷地在加大以及我國的科技強國的政策，隨著無數(shù)代人的努力，我國的電源產(chǎn)業(yè)界出現(xiàn)了一批技術(shù)含量較高，具有國際同等水平極具代表性的產(chǎn)品。這雖然使我國的電源產(chǎn)業(yè)有了進一步的發(fā)展，但與其它發(fā)達國家相比，還有一定的差距與不足，比如在電源的質(zhì)量，開發(fā)周期及投入，工藝水平，進檢測設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10-15年。在實現(xiàn)電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方面的研究還不是很多。因此，該智能電源的研制就有了一定的時代意義，具有很強的實用價值。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1. 硬件設(shè)計

主電源電路主要包括隔離變壓、輸入整流濾波，DC—DC變換器、輸出整流濾波、檢測及保護電路。隔離變換整流濾波主要是將220AC變換為12VDC。DC—DC主要是通過內(nèi)部震蕩器來產(chǎn)生一定頻率但相位互差90度的兩路脈寬調(diào)制波來控制開關(guān)管的導(dǎo)通，利用脈沖變壓器來進行電氣隔離，同時并設(shè)置一定的死去時間并采用推挽式電路作為主電路，在一定程度上提高了開關(guān)電源的效率。輸出整流濾波部分采樣全橋整流，其電源利用率高，進一步提高了電源的效率。檢測電路采用傳統(tǒng)的方法，利用采樣電阻來實現(xiàn)對電壓，電流的采樣測量，通過單片機設(shè)定其保護動作值，對主電源電路進行保護。與此同時，為了滿足某些設(shè)備對電源供電連續(xù)性的較高要求情況，我們設(shè)計了輔助電源，通過繼電器來實現(xiàn)主備電源的切換。

1.2 軟件設(shè)計

測量控制電路主要包括電壓，電流測量模塊、顯示鍵盤模塊、保護及主備電源切換模塊、通信模塊等四個模塊。其原理是利用ATMEGA16外加一些電子電路來實現(xiàn)控制要求，在負(fù)載端進行電壓電流測量，通過隔離放大之后進入單片機進行A/D轉(zhuǎn)換，利用LCD1602實時顯示當(dāng)前電壓電流值，與此同時，通過按鍵控制來實現(xiàn)輸出電壓的步進可調(diào)（調(diào)節(jié)范圍：12—18V，步進0.1V）。運行過程中，若電路出現(xiàn)問題，電壓或電流值大于設(shè)定值（電流>1.5A），單片機將發(fā)出高電平關(guān)斷主電源，使主電源的開關(guān)電源芯片（SG3525）不工作，啟動保護的同時驅(qū)動繼電器動作，啟用備用電源。當(dāng)排除故障時，通過按鍵來手動恢復(fù)主電源供電及實現(xiàn)電壓的連續(xù)步進可調(diào)。與此同時，通過網(wǎng)絡(luò)接口ENC28J60來實現(xiàn)單片機與以太網(wǎng)之間的通信。

系統(tǒng)軟件主要由主程序，電壓電流測量顯示子程序，中斷子程序，PWM控制輸出電壓可調(diào)子程序，保護及主備切換子程序，通信子程序等組成。主程序主要進行分配內(nèi)存單元、設(shè)置串行口等器件的工作方式和參數(shù)，為系統(tǒng)正常工作創(chuàng)造條件。

2 測試結(jié)果

2.1.測試數(shù)據(jù)如下

輸出電壓12--18v，最大輸出電流2A

2.1.1 電壓調(diào)整率：設(shè)定輸出電壓14，利用自藕變壓器控制U2變化，測試數(shù)據(jù)如表1：

2.1.2負(fù)載調(diào)整率：設(shè)定輸出電壓15v，調(diào)節(jié)滑動變阻器控制輸出電流變化，測試數(shù)據(jù)如表2：

由測試表可知，平均電壓調(diào)整率0.039，平均負(fù)載調(diào)整率為0.076，效率為70.5%。

3 結(jié)束語

該智能電源實現(xiàn)了輸出電壓在（12—18）V可調(diào)，可以實時測量和現(xiàn)實輸出電壓、電流值，具有過壓和過流保護電路，當(dāng)在輸出端檢測到大于1.5A的電流時，就會啟動保護，并自動進行主備切換，故障排除后，通過手動恢復(fù)為主電源供電。該電源能很好地滿足了生產(chǎn)生活及一些復(fù)雜的環(huán)境對電源的需要，進一步提高了電源的供電連續(xù)性。同時，該電源的電壓調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率和效率較之其他電源也有所提高。另外在LCD液晶及以太網(wǎng)液晶顯示屏上我們可以清楚的看到電源的工作情況，并可以通過鍵盤設(shè)定需要的輸出電壓值，簡單方便，易于控制。

不足之處在于該設(shè)計雖然能在電路出現(xiàn)故障時啟動保護并關(guān)斷主電源，并啟動備用電源供電，雖然改善了電源的供電連續(xù)性，但并沒有明確指出是哪部分出現(xiàn)問題（主電源或是負(fù)載），若是負(fù)載出現(xiàn)問題，此時將備用電源接入，不但沒有解決問題，反到增加新的問題，此外，在以太網(wǎng)部分還存在一定的問題有待后人解決。

參考文獻：

[1]周志敏，周紀(jì)海.開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[C].北京：電子工業(yè)出版社，2001，25-29.

[2]王增福，魏永明.新編線性直流穩(wěn)壓電源[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2004，100～421.

[3]李繁榮 集成PWM控制器在不間斷電源系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]-國外電子元器件2003（3）

[4]馬潮.詹衛(wèi)前等.ATMEGA8，ATMEGA16原理及應(yīng)用手冊[M]，清華大學(xué)出版社，2003

[5]張軍.AVR單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實例[M].北京：中國電力出版社.2005

[6]周曉陽，程紅，張曉媛.新型以太網(wǎng)控制器ENC28J60及其接口技術(shù)[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006（08）

[7]楊金石，肖繁.基于ENC28J60的ATMAGE16單片機以太網(wǎng)通信設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011（04）

[8]沈文等.AVR單片機C語言開發(fā)入門指導(dǎo)[M]，清華大學(xué)出版社，2003