CN104597956A - 一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置及方法，包括微控制器、减法电路、电压反馈电路、精密电阻、运算放大器、电源和检流电阻；所述微控制器的输出端连接减法电路的反相输入端，减法电路的同相输入端连接对各芯片供电电源的正供电管脚，减法电路的输出端连接电压反馈电路的反相输入端；精密电阻一端连接电压反馈电路的同相输入端，精密电阻的另一端同时连接对各芯片供电电源的正供电管脚和检流电阻一端，检流电阻的另一端通过运算放大器与微控制器的一个输出I/O管脚连接。本发明通过对微控制器的编程实现直流恒流源的产生，且产生的直流恒流源稳定、无干扰，使直流恒流源能够嵌入到微控制器中进行使用。

Description

一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置及方法

技术领域

    本发明涉及直流恒流源产生领域，尤其涉及一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置及方法。

背景技术

直流恒流源在变电站接地网的检测中是不可或缺的。在进行变电站接地网的检测时，通过接地网的接地引下线向变电站接地网中注入一定幅值大小的直流恒流源，然后运用一定的手段采集得到接地网的接地引下线上的响应电压，利用这些响应电压完成对接地网的检测和腐蚀诊断。

当然，直流恒流源的应用肯定不局限于变电站接地网领域，在我们生活的数字化时代背景下，很多的数字化产品和电子产品都需要用到或者产生直流恒流源。现在也有很多比较成熟的直流恒流源产生方法，包括纯模拟的电路产生方法、运用相关的功能芯片产生方法、运用数字电路产生方法以及直流恒流源发生器等成熟产品。这些方法都可以产生精度较好的直流恒流源，也基本上满足了大多数的对直流恒流源的需求。

但是当面对需要将直流恒流电流源嵌入到微控制器中，利用微控制器编程产生直流恒流源的需求时，上述方法都不能满足要求。这对于直流恒流源在数字化集成品中的实现很不利。因此找到一种方法来实现直流恒流源在数字化产品中的实现和微型化具有实际意义。

发明内容

 本发明的目的是提供一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置及方法，它能够利用微控制器产生直流恒流源，且具有稳定、无干扰的优点，使直流恒流源能够嵌入到微控制器中进行使用。

 本发明采用下述技术方案：

一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置，包括用于产生一个恒压信号输出并通过反馈信号对恒压信号输出进行调整的微控制器、用于消除电路中各芯片供电电源对输出直流恒流源干扰的减法电路、用于增加输出直流恒流源稳定性的电压反馈电路、用于最终产生直流恒流源电流的精密电阻、运算放大器、对各芯片进行供电的电源和用于直流恒流源校准以确保直流恒流源稳定性的检流电阻；所述微控制器的输出端通过滤波电路连接减法电路的反相输入端，减法电路的同相输入端连接对各芯片供电电源的正供电管脚，减法电路的输出端连接电压反馈电路的反相输入端；精密电阻一端连接电压反馈电路的同相输入端，精密电阻的另一端同时连接对各芯片供电电源的正供电管脚和检流电阻一端，检流电阻的另一端通过运算放大器与微控制器的一个输出I/O管脚连接。

所述微控制器采用ARM或单片机。

还包括有对产生的恒压信号输出进行滤波的滤波电路，所述滤波电路的输入端连接微控制器的输出端，滤波电路的输出端连接减法电路的反相输入端。

所述滤波电路为二阶低通滤波电路，二阶低通滤波电路的截止频率为10Hz。

所述减法电路的增益值为1。

所述精密电阻为高精度功率电阻，阻值为1Ω~0.5Ω。

所述检流电阻的阻值为0.1Ω。

一种利用微控制器的可调直流恒流源产生装置的可调直流恒流源产生方法，包括以下几个步骤：

A:通过编程使微控制器的一个I/O端口产生并输出一个恒压信号，并把该恒压信号输送至滤波电路处理后得到一个单一频率的恒压信号；

B:将经过滤波处理后的单一频率恒压信号输送至减法电路的反相输入端，减法电路的同相输入端连接各芯片的正电源供电管脚，通过减法电路消除各芯片供电电源对直流恒流源的干扰影响；

C：通过减法电路的输出端把正电源与微控制器输出的恒压信号的差值输出到电压反馈电路的反相输入端；由于电压反馈电路的反向输入端与同相输入端电压相等，相当于将上述差值接到精密电阻的一端，精密电阻的另一端连接正电源，这样便使微控制器控制输出的恒压信号间接加载在精密电阻上，在精密电阻上产生直流恒流信号；

 D：检流电阻首先将精密电阻上产生的直流恒流信号转化为检压恒压信号，然后通过运算放大器把此检压恒压信号放大到与理论设定产生的微控制器输出恒压信号相等，再将放大后的检压恒压信号反馈至微控制器；

E：微控制器对检流电阻反馈回的放大后的检压恒压信号与产生的微控制器输出的恒压信号的数值作比较，如果二者大小相等，则微控制器一直输出大小不变的恒压源电流；如果二者大小不相等，微控制器根据二者大小进行调整输出恒压源电流值的大小，直至二者相等，即可输出稳定的直流恒定电流。

本发明通过对微控制器的编程实现直流恒流源的产生，且产生的直流恒流源稳定、无干扰，使直流恒流源能够嵌入到微控制器中进行使用。进一步的本发明将直流恒流源的产生和微控制器很好的结合在一起，为直流恒流源在数字化产品中的实现和微型化提供一种方法，具有实际意义。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明的工作流程图。

具体实施方式

如图1和图2所示，下面结合附图和具体实施例对本发明做更进一步的说明。

一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置，包括用于产生一个恒压信号输出的微控制器、对产生的恒压信号输出进行滤波的滤波电路、用于消除电路中各芯片供电电源对输出直流恒流源干扰的减法电路、用于增加输出直流恒流源稳定性的电压反馈电路、用于最终产生直流恒流源电流的精密电阻和用于直流恒流源校准以确保直流恒流源稳定性的检流电阻；所述微控制器的输出端通过滤波电路连接减法电路的反相输入端，减法电路的同相输入端连接各芯片的正电源供电管脚，减法电路的输出端连接电压反馈电路的反相输入端；精密电阻一端连接电压反馈电路的同相输入端，精密电阻的另一端同时连接对各芯片供电电源的正供电管脚和检流电阻一端，检流电阻的另一端通过运算放大器与微控制器的一个输出I/O管脚连接。

所述微控制器采用ARM或单片机，具有可编程功能。通过对微控制器的编程实现直流恒流源的产生；由于由微控制器编程产生的直流恒定电压具有很好的稳定性，所以由此产生的直流恒流源也具有很好的稳定性。

所述滤波电路是截止频率为10Hz的二阶低通滤波电路。所述减法电路的增益值为1。滤波电路为了消除电源干扰，保证信号的不会放大或者缩小。而电压反馈电路的同相输入端和反相输入端输入电压相等，所以精密电阻两端的电压即为微控制器编程产生的恒定电压。所述精密电阻为高精度功率电阻，阻值为1Ω~0.5Ω。由于微控制器输出的电压较小，所以电阻需要选取对应较小的电阻。

所述检流电阻的阻值为0.1Ω，其两端的电压反馈至微控制器进行直流恒流源电流输出校准。

基于微控制器的可调直流恒流源产生方法，包括以下几个步骤：

A:通过编程使微控制器的一个I/O端口产生并输出一个恒压信号，并把该恒压信号输送至滤波电路处理后得到一个单一频率的恒压信号；

B:将经过滤波处理后的单一频率的恒压信号输送至减法电路的反相输入端，减法电路的同相输入端连接各芯片的正电源供电管脚，通过减法电路消除各芯片供电电源对直流恒流源的干扰影响；

C：通过减法电路的输出端把正电源与微控制器输出的恒压信号的差值输出到电压反馈电路的反相输入端；由于电压反馈电路的反向输入端与同相输入端电压相等，相当于将上述差值接到精密电阻的一端，精密电阻的另一端连接正电源，这样便使微控制器控制输出的恒压信号间接加载在精密电阻上，通过欧姆定律在精密电阻上产生直流恒流信号；

 D：检流电阻首先将精密电阻上产生直流恒流信号转化为检压恒压信号，然后通过运算放大器把此检压恒压信号放大到与设定产生的微控制器输出恒压信号相等，再将放大后的检压恒压信号反馈至微控制器；

E：微控制器对检流电阻反馈回的放大后的检压恒压信号与产生的微控制器输出的恒压信号的数值作比较，如果二者大小相等，则微控制器一直输出大小不变的恒压源电流；如果二者大小不相等，微控制器根据二者大小进行调整输出恒压源电流值的大小，直至二者相等，即可输出稳定的直流恒定电流。

本发明能够通过对微控制器的编程实现直流恒流源的产生；由于由微控制器编程产生的直流恒定电压具有很好的稳定性，所以由此产生的直流恒流源也具有很好的稳定性。微控制器用于编程产生一个恒压信号输出，滤波电路用于对产生的恒压信号进行滤波处理，减法电路用于消除供电电源对输出恒流源的影响，并将供电电源与恒压信号的差值输出到电压反馈电路，电压反馈电路用于增加直流恒流源的输出稳定性，同时将微控制器产生的恒压信号间接地加载到精密电阻两端，进而产生直流恒流源，直流恒流源在输出前流过检流电阻产生一个反馈检流电压，并将这个反馈的检流电压送入微控制器，微控制器通过检测此检流电压的大小来调整其输出的恒压信号大小，从而能够产生幅值大小可调的直流恒流源，进一步的保证直流恒流源的输出稳定性。

Claims (8)

1.一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置，其特征在于：包括用于产生一个恒压信号输出并通过反馈信号对恒压信号输出进行调整的微控制器、用于消除电路中各芯片供电电源对输出直流恒流源干扰的减法电路、用于增加输出直流恒流源稳定性的电压反馈电路、用于最终产生直流恒流源电流的精密电阻、运算放大器、对各芯片进行供电的电源和用于直流恒流源校准以确保直流恒流源稳定性的检流电阻；所述微控制器的输出端通过滤波电路连接减法电路的反相输入端，减法电路的同相输入端连接对各芯片供电电源的正供电管脚，减法电路的输出端连接电压反馈电路的反相输入端；精密电阻一端连接电压反馈电路的同相输入端，精密电阻的另一端同时连接对各芯片供电电源的正供电管脚和检流电阻一端，检流电阻的另一端通过运算放大器与微控制器的一个输出I/O管脚连接。

2.根据权利要求1所述一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置，其特征是：所述微控制器采用ARM或单片机。

3.根据权利要求2所述一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置，其特征是：还包括有对产生的恒压信号输出进行滤波的滤波电路，所述滤波电路的输入端连接微控制器的输出端，滤波电路的输出端连接减法电路的反相输入端。

4.根据权利要求3所述一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置，其特征是：所述滤波电路为二阶低通滤波电路，二阶低通滤波电路的截止频率为10Hz。

5.根据权利要求4所述一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置，其特征是：所述减法电路的增益值为1。

6.根据权利要求5所述一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置，其特征是：所述精密电阻为高精度功率电阻，阻值为1Ω~0.5Ω。

7.根据权利要求6所述一种基于微控制器的可调直流恒流源产生装置，其特征是：所述检流电阻的阻值为0.1Ω。

8.一种利用权利要求1所述基于微控制器的可调直流恒流源产生装置的可调直流恒流源产生方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

A:通过编程使微控制器的一个I/O端口产生并输出一个恒压信号，并把该恒压信号输送至滤波电路处理后得到一个单一频率的恒压信号；

B:将经过滤波处理后的单一频率恒压信号输送至减法电路的反相输入端，减法电路的同相输入端连接各芯片的正电源供电管脚，通过减法电路消除各芯片供电电源对直流恒流源的干扰影响；

C：通过减法电路的输出端把正电源与微控制器输出的恒压信号的差值输出到电压反馈电路的反相输入端；由于电压反馈电路的反向输入端与同相输入端电压相等，相当于将上述差值接到精密电阻的一端，精密电阻的另一端连接正电源，这样便使微控制器控制输出的恒压信号间接加载在精密电阻上，在精密电阻上产生直流恒流信号；

 D：检流电阻首先将精密电阻上产生的直流恒流信号转化为检压恒压信号，然后通过运算放大器把此检压恒压信号放大到与理论设定产生的微控制器输出恒压信号相等，再将放大后的检压恒压信号反馈至微控制器；

E：微控制器对检流电阻反馈回的放大后的检压恒压信号与产生的微控制器输出的恒压信号的数值作比较，如果二者大小相等，则微控制器一直输出大小不变的恒压源电流；如果二者大小不相等，微控制器根据二者大小进行调整输出恒压源电流值的大小，直至二者相等，即可输出稳定的直流恒定电流。