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功率電路

1基于LM3423的LED恒流驅(qū)動(dòng)電路

LED驅(qū)動(dòng)電路的原理圖如圖2所示。該電路使用LM3423芯片和外圍的功率電感、場(chǎng)效應(yīng)管和肖特基二極管搭建Boost電路，將輸入電壓升壓為L(zhǎng)ED串供電。使用0.5Ω的水泥電阻作為L(zhǎng)ED串的電流檢測(cè)電路，通過(guò)恒流控制電路，實(shí)現(xiàn)恒定電流輸出。

2鉛酸電池充電電路

鉛酸電池充電控制電路使用深圳如韻電子生產(chǎn)的CN3717鉛酸電池充電控制芯片作為主芯片，通過(guò)外圍元件搭建Buck電路。該電路的輸入電源為市電隔離式12V電源和太陽(yáng)能供電電源，通過(guò)串聯(lián)進(jìn)充電回路的康銅絲電阻檢測(cè)充電電流，并檢測(cè)充電電壓，實(shí)現(xiàn)鉛酸電池的充電和保護(hù)。通過(guò)CN3717的狀態(tài)監(jiān)視管腳，電路能向控制板反饋充電電路的工作狀態(tài)信號(hào)。電路的原理圖如圖3所示。

3充電選擇電路

圖4為充電選擇電路。其中，V12V端口接12V市電供電電源輸出為太陽(yáng)能電源的輸入端，其電壓應(yīng)為12—15V。Q4為P溝道場(chǎng)效應(yīng)管IRF9530，作為電路的功率開(kāi)關(guān)。

電路的工作原理如下：當(dāng)V-端的輸入電壓正常（即12V-15V）時(shí)，Q4關(guān)斷，市電充電電源輸出被截止，蓄電池充電電路的輸入電流由太陽(yáng)能收集電路提供；當(dāng)太陽(yáng)能收集電路無(wú)輸出（Vsolar＜8V）時(shí)，Q4導(dǎo)通，市電電源給充電電路提供輸入電流，同時(shí)D4防止電流灌入太陽(yáng)能收集電路。

控制電路

控制電路原理圖如圖5所示。該電路為單片機(jī)最小系統(tǒng)、通信接口電路、輔助電源三部分。單片機(jī)系統(tǒng)：本系統(tǒng)選用深圳宏晶科技生產(chǎn)的STC12C2052AD單片機(jī)作為控制核心，利用光敏電阻檢測(cè)光強(qiáng)的變化，使用熱敏電阻檢測(cè)周?chē)h(huán)境溫度值。由于將使用9600bps波特率的串口通信，考慮到便于產(chǎn)生串口波特率頻率，故選擇11.0592MHz的石英晶振作為單片機(jī)系統(tǒng)的外部時(shí)鐘源（11059200=9600*12*96）。

通信接口電路：MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專(zhuān)為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，它使用+5v單電源供電，通過(guò)電荷泵電路，能完成RS-232接口的電平轉(zhuǎn)換。在單片機(jī)應(yīng)用電路中，廣泛使用MAX232作為串口電平轉(zhuǎn)換芯片。輔助電源：采用LM2576-5.0開(kāi)關(guān)電源芯片搭建12V轉(zhuǎn)5V的DC-DC電路。開(kāi)關(guān)電源芯片LM2576是NationalSemiconductor公司生產(chǎn)的3A集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器，只需極少外圍器件便可構(gòu)成Buck型DC-DC電路；其內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)等保護(hù)功能；由于其使用簡(jiǎn)單，性能可靠，被廣泛應(yīng)用于替代傳統(tǒng)三端穩(wěn)壓器。

程序設(shè)計(jì)

1下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的下位機(jī)為STC12C2052AD單片機(jī)。該單片機(jī)基于51內(nèi)核，內(nèi)部集成有PWM發(fā)生器、UART異步串行接口控制器、8路8位的A/D轉(zhuǎn)換器和定時(shí)計(jì)數(shù)器等資源，能方便地完成本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。單片機(jī)的編程采用KeilSoftware公司的KeilμVision4開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用C51編譯器編譯，并以串口ISP的方式進(jìn)行燒寫(xiě)。

2上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

作為與用戶(hù)直接接觸的界面，上位機(jī)程序是系統(tǒng)軟件重要的組成部分，上位機(jī)程序界面如圖8所示。本系統(tǒng)的上位機(jī)程序運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)，使用Microsoft公司的VisualBasic6.0編譯生成。上位機(jī)程序使用COM1作為通訊端口，以命令字符串明文的形式向下位機(jī)發(fā)送指令，并將回饋信息顯示。

VB6的串口編程實(shí)現(xiàn)使用WindowsCommunicationControl控件，只需對(duì)控件屬性進(jìn)行設(shè)置便可完成串口參數(shù)的配置和數(shù)據(jù)的發(fā)送；當(dāng)通信事件發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)以事件的方式通知程序，在此事件中便可完成串口數(shù)據(jù)的接收、解析和處理過(guò)程。MSCOMM控件是

VB6的標(biāo)準(zhǔn)組成部分，要使用它只需在VB界面點(diǎn)擊菜單欄的工程-界面-控件，將MSCOMM控件的復(fù)選框選中，即可在控件欄中找到該控件的圖標(biāo)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將MSCOMM控件的屬性設(shè)置如下（具體見(jiàn)表1）：當(dāng)串口接收時(shí)，會(huì)觸發(fā)MSCOMM控件的OnComm事件。應(yīng)用程序?qū)νㄐ艃?nèi)容的處理將在這個(gè)事件里面完成。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

系統(tǒng)的測(cè)試電路如圖9所示。經(jīng)過(guò)硬件和軟件調(diào)試，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能要求和性能要求，實(shí)現(xiàn)了LED的恒流驅(qū)動(dòng)、PWM調(diào)光、故障保護(hù)、自動(dòng)控制、上位機(jī)控制等各項(xiàng)功能。

系統(tǒng)工作時(shí)的整體外觀(guān)如圖10。該系統(tǒng)使用LM3423芯片作為恒流控制核心，搭建了LED恒流PWM調(diào)光升壓驅(qū)動(dòng)電路；使用CN3717芯片作為鉛蓄電池充電控制芯片，構(gòu)建了Buck型鉛酸電池充電控制電路；使用STC12C2052AD芯片作為數(shù)字控制核心，采樣傳感器的信號(hào)量，輸出調(diào)光用PWM波，并通過(guò)通用異步串行通訊接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊控制。

系統(tǒng)采用12V鉛酸電池進(jìn)行能量的中轉(zhuǎn)，目的是實(shí)現(xiàn)能源自給自足的太陽(yáng)能供電LED照明系統(tǒng)，并由市電電源提供備用充電能源。由于要驅(qū)動(dòng)一串工作電壓為45V的大功率白光，因此采用了非隔離升壓型DC-DC電路將輸入電壓升壓驅(qū)動(dòng)LED串。為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器的控制，設(shè)計(jì)了一個(gè)上位機(jī)程序。該程序使用VB6.0編制，制作了一個(gè)主窗口界面，通過(guò)按鈕控制LED驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，能有效地控制LED驅(qū)動(dòng)器的各項(xiàng)動(dòng)作，并能將LED驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)顯示在計(jì)算機(jī)上，供用戶(hù)查看。經(jīng)過(guò)調(diào)試和測(cè)試，系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中工作正常穩(wěn)定，具有較高的效率和較好的穩(wěn)定性，因此該系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值。

作者：郭陽(yáng)杜捷單位：中南大學(xué)物理與電子學(xué)院