電學(xué)實(shí)驗(yàn)用多功能智能電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電學(xué)實(shí)驗(yàn)用多功能智能電源。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)驗(yàn)電源是學(xué)校電學(xué)實(shí)驗(yàn)中必備的設(shè)備，它可以為電學(xué)實(shí)驗(yàn)提供所需的電源輸出，但現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)電源只能實(shí)現(xiàn)基本的電學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，而無法滿足對(duì)電源具有一定要求的電學(xué)實(shí)驗(yàn)，第一不能提供實(shí)驗(yàn)要求的恒壓、恒流的穩(wěn)定輸出，尤其是無恒流輸出，即不能產(chǎn)生恒定不變的電流輸出，在很多電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)電源必需具有固定的電流輸出特性，實(shí)驗(yàn)中就可以保證在電流不變的情況下分析電壓與電阻的關(guān)系；第二電源的輸出波形不可調(diào)，如在法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程中，需要電源輸出鋸齒狀波形，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電源無法實(shí)現(xiàn)該功能；第三傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電源沒有傳感器的標(biāo)定功能，無法對(duì)一些使用時(shí)間過長的傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。因此傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電源已無法滿足學(xué)校教學(xué)的需要，其存在較多缺陷，影響了電學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種電學(xué)實(shí)驗(yàn)用多功能智能電源，本電源克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電源的缺陷，具有恒壓、恒流的穩(wěn)定電源輸出，電源輸出波形根據(jù)需要可調(diào)，并且可用于傳感器的標(biāo)定，滿足了學(xué)校教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，保證了各類電學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型電學(xué)實(shí)驗(yàn)用多功能智能電源包括系統(tǒng)電源單元、界面控制單元、信號(hào)發(fā)生控制單元、傳感器控制單元、功放單元和反饋控制單元，所述系統(tǒng)電源單元輸入端連接外部電源、輸出端分別連接所述界面控制單元、信號(hào)發(fā)生控制單元和功放單元以提供各單元不同的工作電源，所述界面控制單元設(shè)定不同的工作模式并且輸出端連接所述信號(hào)發(fā)生控制單元的輸入端，所述信號(hào)發(fā)生控制單元的輸出端連接所述功放單元的輸入端，所述功放單元的輸出端輸出實(shí)驗(yàn)所需電源，所述反饋單元采集所述功放單元的輸出信號(hào)并且反饋至所述信號(hào)發(fā)生控制單元，所述傳感器控制單元采集傳感器信號(hào)并且上傳至所述界面控制單元。
[0005]進(jìn)一步，所述系統(tǒng)電源單元包括大功率開關(guān)電源模塊和電壓變換模塊，所述大功率開關(guān)電源模塊的輸入端連接外部電源、輸出端連接所述電壓變換模塊的輸入端，所述電壓變換模塊輸出不同電壓提供各單元的工作電源。
[0006]進(jìn)一步，所述界面控制單元包括第一 ARM處理器、藍(lán)牙模塊、USB接口模塊、傳感器接口模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器接口模塊、SD卡接口模塊、顯示接口模塊和通訊模塊，所述藍(lán)牙模塊、USB接口模塊、傳感器接口模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器接口模塊、SD卡接口模塊、顯示接口模塊和通訊模塊分別連接所述第一 ARM處理器，所述藍(lán)牙模塊用于第一 ARM處理器與外部設(shè)備的無線通訊，所述USB接口模塊用于連接USB設(shè)備，所述傳感器接口模塊用于連接所述傳感器控制單元，所述旋轉(zhuǎn)編碼器接口模塊用于連接旋轉(zhuǎn)編碼器，所述SD卡接口模塊用于連接外部SD卡，所述顯示接口模塊用于連接外部顯示器，所述通訊模塊用于連接所述信號(hào)發(fā)生控制單元。
[0007]進(jìn)一步，所述傳感器控制單元包括USB host控制芯片，所述USB host控制芯片用于采集外部傳感器信號(hào)并且上傳至所述界面控制單元。
[0008]進(jìn)一步，所述信號(hào)發(fā)生控制單元包括第二 ARM處理器、高精度電壓基準(zhǔn)模塊和信號(hào)調(diào)理放大模塊，所述高精度電壓基準(zhǔn)模塊和信號(hào)調(diào)理放大模塊分別連接所述第二 ARM處理器，所述高精度電壓基準(zhǔn)模塊提供所述第二 ARM處理器輸出電壓的基準(zhǔn)信號(hào)，所述信號(hào)調(diào)理放大模塊對(duì)所述第二 ARM處理器輸出電壓進(jìn)行調(diào)理放大后傳輸至所述功放單元。
[0009]進(jìn)一步，所述功放單元包括大功率放大集成模塊、過流保護(hù)模塊和輸出電流采樣模塊，所述過流保護(hù)模塊和輸出電流采樣模塊分別連接所述大功率放大集成模塊輸出端，所述過流保護(hù)模塊提供所述大功率放大集成模塊輸出電流的過流保護(hù)，所述輸出電流采樣模塊供所述反饋控制單元采集所述功放單元的輸出信號(hào)。
[0010]進(jìn)一步，所述反饋控制單元包括信號(hào)采集模塊、輸出過流保護(hù)處理模塊和過流保護(hù)繼電器控制模塊，所述信號(hào)采集模塊采集所述功放單元的輸出電壓、電流并且將采集信號(hào)傳輸給所述輸出過流保護(hù)處理模塊，所述輸出過流保護(hù)處理模塊監(jiān)測所述功放單元的輸出電壓、電流，如超出設(shè)定值發(fā)出信號(hào)給所述過流保護(hù)繼電器控制模塊和信號(hào)發(fā)生控制單元，所述信號(hào)發(fā)生控制單元中斷信號(hào)輸出，所述過流保護(hù)繼電器控制模塊切斷外部負(fù)載并且報(bào)警。
[0011]由于本實(shí)用新型電學(xué)實(shí)驗(yàn)用多功能智能電源采用了上述技術(shù)方案，即本智能電源的系統(tǒng)電源單元輸入端連接外部電源、輸出端分別連接界面控制單元、信號(hào)發(fā)生控制單元和功放單元以提供各單元不同的工作電源，界面控制單元設(shè)定不同的工作模式并且輸出端連接信號(hào)發(fā)生控制單元的輸入端，信號(hào)發(fā)生控制單元的輸出端連接功放單元的輸入端，功放單元的輸出端輸出實(shí)驗(yàn)所需電源，反饋單元采集功放單元的輸出信號(hào)并且反饋至信號(hào)發(fā)生控制單元，傳感器控制單元采集傳感器信號(hào)并且上傳至界面控制單元。本電源克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電源的缺陷，具有恒壓、恒流的穩(wěn)定電源輸出，電源輸出波形根據(jù)需要可調(diào)，并且可用于傳感器的標(biāo)定，滿足了學(xué)校教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，保證了各類電學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0013]圖1為本實(shí)用新型電學(xué)實(shí)驗(yàn)用多功能智能電源的原理框圖；
[0014]圖2為本智能電源系統(tǒng)電源單元中電壓變換模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖；
[0015]圖3為本智能電源界面控制單元第一 ARM處理器的引腳示意圖；
[0016]圖4為本智能電源界面控制單元第一 ARM處理器的晶振電路圖；
[0017]圖5為本智能電源界面控制單元中藍(lán)牙模塊接口電路圖；
[0018]圖6為本智能電源界面控制單元中USB接口模塊電路圖；
[0019]圖7為本智能電源界面控制單元中傳感器接口模塊電路圖；
[0020]圖8為本智能電源界面控制單元中通訊模塊接口電路圖；
[0021]圖9為本智能電源界面控制單元中旋轉(zhuǎn)編碼器接口模塊電路圖；
[0022]圖10為本智能電源界面控制單元中顯示接口模塊電路圖；
[0023]圖11為本智能電源界面控制單元中SD卡接口模塊電路圖；
[0024]圖12為本智能電源傳感器控制單元電路實(shí)現(xiàn)圖；
[0025]圖13為本智能電源信號(hào)發(fā)生控制單元第二 ARM處理器的引腳示意圖；
[0026]圖14為本智能電源信號(hào)發(fā)生控制單元第二 ARM處理器的晶振電路圖；
[0027]圖15為本智能電源信號(hào)發(fā)生控制單元高精度電壓基準(zhǔn)模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖；
[0028]圖16為本智能電源信號(hào)發(fā)生控制單元信號(hào)調(diào)理放大模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖；
[0029]圖17為本智能電源功放單元大功率放大集成模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖；
[0030]圖18為本智能電源功放單元過流保護(hù)模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖；
[0031]圖19為本智能電源功放單元輸出電流采樣模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖；
[0032]圖20為本智能電源反饋控制單元信號(hào)采集模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖；
[0033]圖21為本智能電源反饋控制單元輸出過流保護(hù)處理模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖；
[0034]圖22為本智能電源反饋控制單元過流保護(hù)繼電器控制模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)用新型電學(xué)實(shí)驗(yàn)用多功能智能電源包括系統(tǒng)電源單元1、界面控制單元2、信號(hào)發(fā)生控制單元3、傳感器控制單元4、功放單元5和反饋控制單元6，所述系統(tǒng)電源單元I輸入端連接外部電源、輸出端分別連接所述界面控制單元2、信號(hào)發(fā)生控制單元3和功放單元5以提供各單元不同的工作電源，所述界面控制單元2設(shè)定不同的工作模式并且輸出端連接所述信號(hào)發(fā)生控制單元3的輸入端，所述信號(hào)發(fā)生控制單元3的輸出端連接所述功放單元5的輸入端，所述功放單元5的輸出端輸出實(shí)驗(yàn)所需電源，所述反饋單元6采集所述功放單元5的輸出信號(hào)并且反饋至所述信號(hào)發(fā)生控制單元3，所述傳感器控制單元4采集傳感器信號(hào)并且上傳至所述界面控制單元2。
[0036]優(yōu)選的，所述系統(tǒng)電源單元包括大功率開關(guān)電源模塊和電壓變換模塊，所述大功率開關(guān)電源模塊的輸入端連接外部電源、輸出端連接所述電壓變換模塊的輸入端，所述電壓變換模塊輸出不同電壓提供各單元的工作電源。
[0037]圖2為電壓變換模塊的電路實(shí)現(xiàn)圖，由LM2596芯片實(shí)現(xiàn)±24V及5V電壓輸出，由HT7833芯片實(shí)現(xiàn)3.3V電壓輸出，由TPS60400芯片實(shí)現(xiàn)一 5V電壓輸出。
[0038]優(yōu)選的，所述界面控制單元包括第一 ARM處理器、藍(lán)牙模塊、USB接口模塊、傳感器接口模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器接口模塊、SD卡接口模塊、顯示接口模塊和通訊模塊，所述藍(lán)牙模塊、USB接口模塊、傳感器接口模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器接口模塊、SD卡接口模塊、顯示接口模塊和通訊模塊分別連接所述第一 ARM處理器，所述藍(lán)牙模塊用于第一 ARM處理器與外部設(shè)備的無線通訊，所述USB接口模塊用于連接USB設(shè)備，所述傳感器接口模塊用于連接所述傳感器控制單元，所述旋轉(zhuǎn)編碼器接口模塊用于連接旋轉(zhuǎn)編碼器，所述SD卡接口模塊用于連接外部SD卡，所述顯示接口模塊用于連接外部顯示器，所述通訊模塊用于連接所述信號(hào)發(fā)生控制單元。
[0039]圖3為第一 ARM處理器的引腳示意圖，其型號(hào)為STM32F103VCT6，這是一片基于ARM指令系統(tǒng)、硬件資源豐富、最高工作頻率可到72MHZ的微處理器；圖4為第一 ARM處理器的晶振電路圖；圖5為與第一 ARM處理器連接的藍(lán)牙模塊接口電路圖；圖6為與第一 ARM處理器連接的USB接口模塊電路圖；圖7為與第一 ARM處理器連接的傳感器接口模塊電路圖；圖8為與第一 ARM處理器連接的通訊模塊接口電路圖；圖9為與第一 ARM處理器連接的旋轉(zhuǎn)編碼器接口模塊電路圖；圖10為與第一 ARM處理器連接的顯示接口模塊電路圖；圖11為與第一 ARM處理器連接的SD卡接口模塊電路圖。
[0040]優(yōu)選的，如圖12所示，所述傳感器控制單元包括USB host控制芯片，其采用CH374T芯片，所述USB host控制芯片用于采集外部傳感器信號(hào)并且上傳至所述界面控制單元。
[0041]優(yōu)選的，所述信號(hào)發(fā)生控制單元包括第二 ARM處理器、高精度電壓基準(zhǔn)模塊和信號(hào)調(diào)理放大模塊，所述高精度電壓基準(zhǔn)模塊和信號(hào)調(diào)理放大模塊分別連接所