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蓝牙技术

蓝牙数控直流电压源


具有中文语音提示功能的蓝牙数控直流电压源的设计

随着科学技术的迅速发展,以及人对用电器低功耗、高效率的需求,直流电压源向着更高灵活性和智能化方向发展。然而目前的数控直流电压源存在着调节精度不高、不便观察输出电压值以及输出电压精度不足等问题。因此本文设计一款以STC12C5A60S2单片机为核心的数控直流电压源。该电源可实现以下功能:输出电压0~10V可调、步进0.1V、输出电流500mA、可通过蓝牙设备远程调控输出电压值、输出电压值每次改变时会有中文语音提示。

一、蓝牙数控直流电压源总体设计

本设计的设计框图如图1所示。该电压源采用12C5A60S2单片机作为控制芯片,输出8位数字量通过D/A模块转换为模拟电压值,经放大器模块放大。再经过输出驱动模块放大电流提高带负载能力后输出。输出电压值通过七段数码管进行显示。通过改变单片机的输出值即可实现输出电压可调的效果。输出的电压通过采样后,输入单片机内置的A/D模块进行采样反馈,实现闭环调整输出电压,保证输出电压的精度。本电源还加入了HC⁃05蓝牙模块,用户可通过蓝牙协议用手机端的APP调整电源的电压值或查询当前输出电压值。通过加入SYN6288语音模块,还实现了中文语音提示的功能。

图 1 蓝牙数控直流电压源系统框图

二、蓝牙数控直流电压源硬件电路设计

整机电路如图2所示,下面对各个模块的电路设计进行说明。

图 2 蓝牙数控直流电压源硬件电路原理图

2.1D/A模块和放大模块

D/A模块由DAC0832芯片和LM358运算放大模块构成,DAC0832芯片为8位数/模转换芯片,转换结果为差动电流输出,需要在其输出端接LM358组成外接转换电路,将电流值转换成电压,得到反向电压输出。单片机由P0口输出一个8位的数字量,输入D/A模块,DAC0832由5V电压供电,分辨率为5256≈0.02V,又因为其输出的是负电压,所以当数字量每增加1时,D/A模块的输出增加-0.02V。

放大模块由运放LM358和电阻R2,R3,R4组成一个2.5倍的反向放大器,将D/A模块的输出反向放大2.5倍。每按一次电压调整按键,数字量自增2,D/A模块输出增加-0.04V,经过反向放大2.5倍后,输出电压增加0.1V,实现了步进0.1V。又因为电压要求的输出范围为0~10V,所以数字量输入的范围为00000000~11001000,DAC0832输出的范围为0~-4V,分辨率满足要求。通过按键KEY1和KEY2改变单片机P0口的数字量输出,即可实现输出电压0~10V可调。

2.2电流放大模块

电源的设计最大输出电流为500mA,故信号从放大电路输出后,还要经过电流放大电路使电流达到设计标准。放大模块的输出值从adjv端口输入电流放大模块,从UO端口输出,得到最终的输出值。电流放大模块由运放LM358、大功率三极管2SD1677,以及电阻R5,R6,R7组成。采用大功率三极管组成射极跟随器,由15V电压供电,在电压跟随的情况下放大电流。在三极管的选用上,因UCE最大电压为15V,最大电流为500mA,最大功率为7.5W,故选用的三极管最大耗散功率PCM应大于7.5W。在考虑到散热因素及留出余量之后,本设计选用PCM值为100W的三极管2SD1677。

2.3采样模块和A/D模块

为了确保精度,需要对输出的电压值进行采样后再进行A/D转换,与单片机输出的预设值进行比较,构成一个带负反馈的闭环系统。输出的电压通过R8和R9组成分压电阻后,再通过一个LM358运放构成电压跟随器后输入A/D模块。A/D电路采用STC12C5A60S2单片机内置8位A/D模块,参考电压为5V,将转换后的数字量输入单片机与输出的预设值进行比较。

2.4蓝牙模块与语音模块

本设计采用HC⁃05蓝牙模块实现蓝牙远程调控电压功能。把蓝牙模块设定工作在9600b/s的波特率,并设定为从机工作模式,与单片机串口1相连接。用户可以通过手机等带有蓝牙功能的设备与HC-05模块相连接后,向其发送数据;HC-05模块再通过串口将数据传给单片机,改变单片机输出的数字量,从而实现蓝牙调控输出电压的值。

语音提示功能通过SYN6288语音模块来实现。SYN6288语音模块采用贴片SSOP封装,体积小巧,通过串口与上位机连接,接收由串口发送来的文本,实现文本到中文语音的转换。SYN6288内置推挽式DAC,并有喇叭接口,可以直接驱动喇叭,进行声音播报。在本设计中,SYN6288模块与单片机串口2连接。当调整输出电压时,单片机将调整后的电压值以字符串的形式通过串口传输至SYN6288模块,该模块将提示的中文语音传送至一个8Ω,0.5W的喇叭播放。

三、蓝牙数控直流电压源软件设计

本电源的软件采用C51语言编写。系统先进行初始化,然后判断蓝牙是否接收到值,如接收到,则改变outv的值后输出;若蓝牙没有接收,则判断按键是否按下,若按键按下,则改变outv的值输出。将输出值采样赋给setv,比较setv与outv值是否相等,如不相等,则调整setv的值后输出,再进行采样比较,直至setv的值等于outv。

四、蓝牙数控直流电压源系统测试

在安卓系统的MOTOX智能手机中安装SPP蓝牙串口调试APP,与电源的蓝牙模块连接后,运用SPP蓝牙串口调试APP调整输出电压的值。在0~10V中取10个值进行测量,采用数字万用表VC9860+为测量仪器,测量负载两端的电压值。

测试过程中,每当改变预置电压值时,语音模块均可正确播报改变后的电压值。测试结果表明,该电压源输出达到0~10V的输出要求,输出准确,输出响应良好,实现了蓝牙远程调控输出电压的功能。

结语

本文介绍一种基于STC12C5A60S2单片机的数控直流电压源的设计方案。该电压源采用闭环系统,输出精度高、结构紧凑,可以通过蓝牙设备远程调整输出电压的值,并有中文语音提示功能。经过测试,用此电源给负载提供电压时,输出响应良好,误差小,可应用于实验教学、科学研究、自动化测量系统等领域,具有广阔的应用前景。

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