【文章內(nèi)容簡介】 3等器件組成的過流、短路檢測電路，配合單片機的A/D轉(zhuǎn)換及外部中斷響應來實現(xiàn)負載過流及短路保護，是一種硬件+軟件的方式，LM358的輸出送A/D轉(zhuǎn)換模擬信號輸入端IN0口，用作過流信號識別，當電流超過額定電流20％并維持30 s以上時，確認為過流；短路電流整定為10 A，響應時間為毫秒數(shù)量級。第二級采用了電子保險絲保護，當流經(jīng)電子保險絲的電流驟然增加時，溫度隨之上升。其電阻大大增加，工作電流大大降低，達到保護電路目的，響應時間為秒數(shù)量級，過流撤消或短路恢復后電子保險絲恢復成低阻抗導體，無須任何人為更換或維修。系統(tǒng)采用了兩級保護措施后，預計在長達數(shù)小時的負載短路后控制器都不會出現(xiàn)電路燒毀現(xiàn)象，能有效解決用傳統(tǒng)保險絲只能對電路進行一次性保護以及一旦器件燒毀必須人為更換的問題，同短路后需手動復位或斷電后重新開啟的系統(tǒng)相比，也具有明顯的優(yōu)點。簡化了太陽能路燈控制器維護，提高了系統(tǒng)的安全性能【9】。 負載輸出控制與檢測電路 太陽能電池組件及負載LED開關(guān)控制單片機檢測蓄電池電壓，防止過放。低于最低限值時，單片機發(fā)出斷開電池開關(guān)信號。當BATswitch1為高電位時，經(jīng)過非門變?yōu)榈碗娢唬怦罟ぷ?，右?cè)電阻輸入信號為高電位，Q9工作，輸出高電位，Mosfet開通。反之，當BATswitch1為低電位時，經(jīng)過非門變?yōu)楦唠娢?，光耦不工作，右?cè)電阻輸入信號為低電位，Q11工作，輸出低電位，Mosfet管關(guān)斷[20]，如圖315所示。 蓄電池過放控制單片機檢測LED負載電壓，LED分為兩組，每組可提供9W功率，一起工作可提供18W功率。根據(jù)時段不同，有選擇的開啟1組或2組以此滿足功率需求，且在一定時段可節(jié)省能源。通過切斷一組LED可控制負載輸出為18w還是9w。原理同上[21]。電氣原理圖如圖316所示。 負載LED開關(guān)控制 接地問題是電路去噪關(guān)鍵任何一個電路系統(tǒng)，都會涉及到接地問題，實際上，接地是極其重要的設計考慮?？梢允褂脙煞N不同的方法：一、使用拆分接地，其中包括模擬接地和數(shù)字接地，連接在一個點上；二、使用一個整體接地。使用拆分法接地可以很方便的獲得最佳防噪性能。但可能遇到RFI/EMI問題。盡管使用單個接地板難以獲得優(yōu)良的設計，但可以更容易地把RFI/EMI問題最小化，因此本系統(tǒng)均使用單一接地方法。電路中不希望任何數(shù)字回路電流沿直線流動從而流過甚至接近其它模擬元件，特別是處理低電平信號和ADC的元件。接地電流流經(jīng)低電阻，可能導致在接地中出現(xiàn)一些噪聲變化。如果來自模擬元件的接地電流從模擬部件返回電流遵循相同的路徑，則模擬信號中的噪聲將會增加，并且將顯示在放大器和ADC中。如果決定使用兩個接地板，則數(shù)字和模擬接地排針應該具有相同的電位。大多數(shù)數(shù)據(jù)表示他們應該為100mV，后者有時為50mV或250mV，但實際上它們應具有相同的電位。電路系統(tǒng)中不應該使用單個通孔將它們連接至接地板。應該將它們單獨連接，盡量分開，距離盡可能為2到3厘米。該nH級電感是通過高速數(shù)字邊緣率出現(xiàn)的大阻抗，這樣的阻抗足以使數(shù)字信號在通路上產(chǎn)生噪聲，該噪聲可以耦合至模擬接地，因此在ADC的輸入端產(chǎn)生模擬噪聲。因此應盡量避免在相同位置的接地板中布置模擬地和數(shù)字地插針，但是一定要確保模擬和數(shù)字接地插針應該有相同的電位，更重要的是，需要把數(shù)字輸出驅(qū)動器回路排針與其它接地排針分隔開。，形成一個電荷池，有效地抑制了IC對電源的影響。電容連線靠近電源并盡量短粗，一般我們直接用焊錫連接。模塊與模塊之間的信號用同軸線，可以有效地屏蔽信號，防止信號與外部串擾。 布線時我們總結(jié)的注意事項（1）布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應噪聲。（2）布線時，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。（3）對于單片機閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源。其它IC的閑置 端在不改變系統(tǒng) 邏輯的情況下接地或接電源。 （4）在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機的晶振和選用低速數(shù)字 電路。（5）IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。（6）立項小細節(jié)收獲——干擾的耦合與本設計方案的硬件電路對應的軟件程序包括：主程序、定時中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、外部中斷子程序及鍵盤處理子程序、LCD顯示、負載管理子程序。單片機的軟件編程以Keil編譯器的Windows集成開發(fā)環(huán)境μvision4作為開發(fā)平臺，主要采用C51高級語言編寫。 軟件編程要點1) 本系統(tǒng)采用較少的按鍵實現(xiàn)了諸多功能，如負載工作模式的設置、負載工作時間的設定、自檢功能等，為防止誤操作采取了一些措施。這種方法實際上是一鍵多用的一種嘗試，還可以推廣到更復雜的人機對話的設計。其思路可參見按鍵處理流程圖。2) 鍵盤在定時中斷服務程序中讀取，用中斷間隔時間實現(xiàn)鍵盤的去抖，不必編寫另外的延時程序，提高了CPU的利用效率。鍵盤值存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在主程序中讀數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容，執(zhí)行鍵盤功能散轉(zhuǎn)子程序。3) 環(huán)境光線(閃電、禮花燃放)對太陽能電池板的采樣電壓有明顯影響，故在白天、黃昏的識別時。要進行軟件延時，一般控制在2～3 min。4) 外部中斷為高優(yōu)先級中斷，編制子程序?qū)崿F(xiàn)負載過流、短路保護時，要充分考慮到負載啟動瞬間會產(chǎn)生數(shù)倍于額定電流的沖擊電流．沖擊電流維持時間在3ms～5 ms，應在軟件上采取措施，避免短路與負載開啟的誤判。確定負載過流、短路后，切斷負載輸出。負載切斷后，每隔一段時間，如20 s，應試接通負載開關(guān)，當發(fā)現(xiàn)過流、短路信號已消除，則恢復負載的輸出。否則負載開關(guān)仍然保持斷開。5) 為保護負載(燈具)，蓄電池過放保護恢復時應用軟件設置一個回差電壓，這樣負載開關(guān)不會出現(xiàn)顫抖現(xiàn)象，有利于延長燈具的使用壽命。 程序主流程圖主程序主要完成按鍵判斷及按鍵操作、定時器自動引發(fā)電流檢測。以及對按鍵的操作，和電流檢測過放的響應等，是程序的主體部分。用定時器定期檢測負載是否過流，自動檢測比手動按鍵更方便易行。程序中以定時器實現(xiàn)了看門狗的功能，使程序可用性、可靠性均加強。主流程圖如下： 程序主流程圖 按鍵功能規(guī)劃 鍵盤個功能如下圖，模擬最常用按鍵方式： 當按Set鍵時開始輸入距離數(shù)據(jù)，0~9分別對應十個數(shù)字輸入Backspace表示退格，Enter鍵輸入距離數(shù)據(jù)并在LCD上顯示，經(jīng)距離判斷，作相應響應。F1鍵，用于設置狀態(tài)的識別； F2鍵，用于自檢，根據(jù)程序流程，分別實現(xiàn)不同功能。 按鍵功能 AD轉(zhuǎn)換程序 AD轉(zhuǎn)換中，先使通道有效，AD方可采集到信號，然后AD轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完畢時，將EOC信號接在端，當轉(zhuǎn)換完畢即引起中斷，將電流采集出來，并進行相應操作。 A/D子程序流程圖 蓄電池電壓檢測電路 此程序我們也曾研究，但究于時間關(guān)系，沒來得及調(diào)試出來。 蓄電池電壓檢測電路第三章 項目實施過程中的收獲和體會 概述科研，我們不僅從中學到了科學的研究方法擴寬了知識面，還從導師的身上學習體會到那種嚴謹治學的作風和謙虛實干的學術(shù)精神。相信這在今后定是我們的一筆無價的財富！ 收獲體會袁子晴：團隊合作教會我成長歷時接近一年的科研立項終于即將宣告結(jié)束。作為隊長，看著我們費心設計，辛苦焊出來的模擬太陽能LED路燈控制系統(tǒng)的電路板，我心里不禁油然升起一陣鋪天蓋地的欣慰與高興。這個過程中我們經(jīng)歷得太多磨難，喜悅，憂傷，高興，也學習到了太多了以前沒有接觸到的東西。首先，讓我感慨的是我的領導能力得到了很大的鍛煉。作為一個隊長，就要做到考慮事情周全細密。例如，你一定要安排好時間和日程，使科研能有條不紊地進行，而且還要了解隊員的強項以便合理的安排工作與任務，保持高效率的同時使資源得到合理利用，不僅如此，兼顧隊員的情緒也是很重要的一方面，隊員相處久了總會不可避免地因為工作或者意見分歧等種種原因發(fā)生一些分歧，這時，調(diào)節(jié)組內(nèi)關(guān)系成了重中之重，因為團隊合作對一個小組來說是至關(guān)重要的。 組隊之后，我就得一直和實驗室的老師及學長們保持聯(lián)系，隨時跟進前期工作的進度，或者讓他們傳給我一些相關(guān)的資料，然后我再傳給隊員們，并且督促他們進行學習；或者跟導師及學長進行溝通，了解我們要做項目的狀況。一直以來，我做事情都是大大咧咧，因此一開始的時候，的確有很多事情考慮地不是很周密，這樣有時就會給自己帶來一些困難，需要在某個時刻做出一些選擇，或者給隊里帶來一些不必要的麻煩。對此，我認真地反思過，想想以前或現(xiàn)在的同學遇到這種情況是如何完美解決的，漸漸的，我考慮事情周到了，紕漏也出得少了，這不僅讓我自己得到了很多鍛煉，同時也使隊里的事情變得越來越有條理。其次，作為隊長，需要有強烈的責任感。不僅自己平時需要做好自己份內(nèi)的工作，更重要的是安排好每一階段的日程以及確保工作的進度，對每一階段的成果我盡量都做到親自檢查，以確保完成的質(zhì)量，因此責任心也越來越強。而且我明白既然我選擇了當這個隊長，既然我選擇了組織隊員聚在一起進行這個科研立項，我就要擔負起自己的那份責任，因此，身為隊長的我就不僅要以身作則，并且要時刻提醒隊員們，要盡量做到最好，讓我們的付出不留遺憾。第三，這次實踐的確也鍛煉了我的應變能力。雖然前期已經(jīng)制定了良好的安排計劃，但是，我也必須根據(jù)當時的情況進行適時的調(diào)整安排。這就需要根據(jù)我們項目完成的進度、導師的指導建議，學長的經(jīng)驗意見來進行合理調(diào)整。最后真正完成所有任務的時候，得到大家的認同，這時，所有的苦楚都會化作飛舞的歡快。而最大的感受莫過于科研中設計、焊接和調(diào)試電路給我?guī)淼纳钏剂恕Ｉ洗髮W之前，我們已經(jīng)經(jīng)歷過了12年的應試教育，每天都只拿著筆，對著題目，用復雜的公式算過來算過去，具體這些東西有什么實際用處，我們考慮得少之又少。到了大學之后，這種情況有所改善，我們開始進入實驗室做實驗，根據(jù)課本搭建電路，焊接，調(diào)試，對課本上的知識進行鞏固和應用。但是這些實驗都只是課本上規(guī)定和設計好了的實驗，甚至于每一步都已經(jīng)有跡可循，完全不需要太多的自主設計能力，于是，對于很多同學來說，做實驗只不過是完成一項任務，而且是很輕松的任務。這種實驗雖然給了我們一些動手的機會，但它的作用更多是將我們帶入自主實驗殿堂的一個引導，而真正自主實驗的能力是這些引導所不能完成的。這次，從模擬路燈控制系統(tǒng)的設計到最后成品的完成，我們都是完全自主的。我們不僅要把低頻電子線路、電路分析、數(shù)字電路這幾本書中的知識都靈活地運用其中，并且要自己上網(wǎng)找芯片資料，閱讀英文版的資料，參考資料運用芯片，并且在實際調(diào)試中分析芯片可能給電路帶來的影響。這種種都不是課本上面所能學到的，需要實際的操作經(jīng)驗來解決，這就大大提高了我們諸如自主設計、獨立思考分析問題的能力、團隊意識、以及對學習油然而生的莫大的興趣、甚至于英文水平。其實無論是導師還是公司都十分看好做過電子設計大賽的同學，就是因為他們能夠自主地設計和完成一定要求的產(chǎn)品，有一定的實戰(zhàn)經(jīng)驗，遇到具體問題時，可以隨機應變，應用實際經(jīng)驗解決問題。但是相對的，參加大賽的同學，由于將較多的時間加諸實驗，又對課本的上的知識有所怠慢，這又不符合本科教育的原則。因此，我覺得解決這個問題只有一個辦法，對大二及大二以上的學生開放實驗室，讓同學們可以在實驗課程之外，在課余時間進入實驗室自主實驗。實驗課題可以由同學自己找老師進行確定，也可以根據(jù)自己的想法創(chuàng)新地設計確定。這樣的好處，首先在于符合中國教育要求提高學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的理念，電子設計大賽的根本目的不也就在此嗎？國外的一些國家之所以科技發(fā)達，電子產(chǎn)品更新速度極快，跟大學生較強的實際動手能力是分不開的。其次，通過實驗，可以讓學生們了解到所學知識的實用之處，這樣就可以提高他們對學習知識的興趣，結(jié)果肯定會使掛科率下降。再者，這種自主性實驗的教育給注重課本知識而導致無法參加大賽的學生提供一個動手的平臺，以求在動手能力上更上一層樓；同時也不會造成電子大賽中學生做實驗而造成的課本知識的匱乏的狀況。最后，提高本科生自主實驗的能力跟現(xiàn)行的兩年研究生制度起到了一定的銜接和輔助作用。研究生教育改為兩年制之后，很多導師和研究生都對此提出異議，就是因為研究生第一年忙于課本，第二年忙于社會，實際動手能力并沒有比本科生強很多。試想，如果在本科階段就有一定的動手能力，這樣進入研究生階段的第一個學期就可以在導師帶領下，直接進行一定的實驗操作，而不是在此耗費大量的時間學習自主實驗。那么這兩年的研究生制度也就真正起到了一定的作用。并且，如果武漢大學首先倡導此種教育，本科生的能力勢必會比其他學校更高，這樣本科生找工作就更加容易，也會提高武漢大學的聲譽。經(jīng)過這次科研，大家都對我們的工作和生活感慨頗多，它不僅讓我們走向科研，更讓我們走向了社會，在一個一個扎實的腳印中慢慢成長，最終成為一棵頂天立地的大樹。費婷婷：團隊——智慧的碰撞 從前期聯(lián)系導師，確定課題，申報立項到科研實際進行再到中期驗收以及現(xiàn)在正在進行的結(jié)題驗收，陸陸續(xù)續(xù)加起來差不多有一年的時間。在這實實在在的一年里面，我們很自豪地交出了一個實驗成品——模擬太陽能LED路燈控制系統(tǒng)。這的確讓我們信心大增，從懵懵懂懂感覺自己什么都不會變成了一個個能干實事的大學生了。不過我們收獲的不僅僅只是信心和實驗經(jīng)驗，還有很多很多... 實踐讓我們走向科技應用,我們?nèi)鄙俚闹饕皇侵R,而是將理論知識應用到實際中去的能力。通過這次實踐，我們發(fā)現(xiàn)在實際當中遇到的,與在課堂上講的是不盡相同的甚至是課堂上根本沒提及過的。因為實驗充滿了各種不確定因素，而實際往往與理想相差很遠。通過實驗，我們也了解到了課本上的某些電路和原件的用途，而不僅僅只是對知識單純地分析與記憶了。 這次實驗的成功有一個重要的因素——認真。我們相信，事無大小，只要認真了，凡事都可以成真。說實話，最開始的時候我們沒想過能真正做出一個成品出來，只是抱著那樣的希望懷著試一試的態(tài)度去了。但是我們大家都非常認真地對待這個實驗，大至電路圖的設計原理，小到元器件引腳的焊接，我們都是毫不馬虎地去完成的。當然再認真也有大意的時候，我們就有些地方犯了一些很低級的錯誤導致實驗卡殼而使實驗無法進展，科研進程停滯不前，在那段時間里，我們或多或少都有些煩躁，不知道問題出在哪兒，但進過導師和學長們的開導與鼓勵，我們端正