基于STM32的桌面数控电源项目连载
基于STM32的桌面数控电源项目连载
一个数控桌面电源项目
文章目录
- 基于STM32的桌面数控电源项目连载
- 前言
- 一、尺寸与外观
- 二、元器件选型
- 1.升压芯片
- 2.辅助电源
- 3.参考电源
- 4.电流检测
- 4.温度检测
- 5.MCU
- 6.OLED
- 三、原理图
- 1.电源部分
- 2.中控部分
- 3.显示部分
- 四、PCB部分
- 1.电源部分
- 2.控制部分
- 3.显示部分
- 五、说说原理
- 1.电压控制部分
- 2.传感器（电压、电流、温度）
- 3.PID算法
- 六、建模
- 七、制造过程
- 1.电源板
- 2.主控板
- 3.显示面板
- 八、测试
- 1.开机动画
- 2.过温保护
- 3.过流保护
- 4.精度测试
- 5.使用测试
- 九、资料
- 1.PCB
- 2.源码
- 3.外壳
- 总结
前言
作为一个大学僧，成品可调电源笨重且占据桌面空间；而市售USB升压模块2、3W的功率是在不堪大用。于是，博主将从零开始，研发一款实用的桌面可调电源。
一、尺寸与外观
尺寸上，该桌面电源参考华为22.5WSCP充电器，与华为系列快充较好兼容。
二、元器件选型
1.升压芯片
为最大限度兼容PD/SCP/FCP/QC等协议，该电路模块需要有宽电压输入范围。主升压芯片选用XL6019。该芯片为TO263-5封装，最大电流5A，输出电压-0.3~60V，能够满足日常实用需求。
2.辅助电源
辅助电源供给STM32和OLED面板，要求并不高，选熟悉的3.3V线性稳压芯片即可。这里选用的是HT7333。
3.参考电源
参考电源输入STM32的Vbat引脚，作为基准电压使用，一定程度上决定了电源的精度。若要求不高，可直接并入辅助电源。这里使用一颗TL431，分压电阻为1.33K和4.22k。（TL431分压电阻的计算小工具放在下面链接中）
4.电流检测
由于本人不想搭模电电路，所以选用了德州仪器的电流检测芯片INA180A3IDBVR，该型号芯片可以将检流电阻上的微小电压放大100倍，使用十分方便。
4.温度检测
选用温度传感器TC1047AVNBTR，该型号芯片输出与温度呈线性关系的电压值，使用起来较为方便。
5.MCU
通过分析，MCU至少具备3路ADC（电流、电压、温度），一路DAC（控制电压），一路SPI（OLED），一路UART（扩展蓝牙）。事实上，许多单片机不具备DAC,而因为懒不想增加DAC芯片，所以选型比较受限制。最终选择STM32F103RCT6。（千万不要买RBT6，RBT6没有DAC！！！）
6.OLED
没啥好说的，烂大街的0.91寸SPI OLED（中景园15脚），放个图，溜了。
三、原理图
1.电源部分
2.中控部分
3.显示部分
四、PCB部分
PCB分为三层，采用排针及FCP排线连接，方便不同模块升级及替换。
1.电源部分
2.控制部分
3.显示部分
五、说说原理
1.电压控制部分
事实上，任何一款市售的电源模块通过简单的改造均可实现数控。
5脚为电源的反馈引脚，查阅芯片手册，Vfb=1.25V,即该引脚上的电压高于1.25V，MOS管关闭，否则MOS导通，从而实现电压的控制。
分析电路可得公式：（Vo-Vfb）/R2 + ( Vdac-VF)/R6 = Vfb/R9（VF为二极管得压降）
即可得到输出电压。
在本方案中R2=4.7K，R9=91K,R6=5.6K,可实现4.5~25V的调压范围。
2.传感器（电压、电流、温度）
无非就是寻常的多通道ADC检测+多次采样平均+DMA传输。多通道ADC与DMA配置如下。
void Adc_Init(void)
{ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA| RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE ); //RCC_APB2Periph_GPIOx,x=GPIOxRCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2; //PA0/1/2/3 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);ADC_DeInit(ADC1); //½«ÍâÉè ADC1 µÄÈ«²¿¼Ä´æÆ÷ÖØÉèΪȱʡֵADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC¹¤×÷ģʽ:ADC1ºÍADC2¹¤×÷ÔÚ¶ÀÁ¢Ä£Ê½ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =ENABLE; //¶àÐŵÀɨÃèģʽADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; //Ä£Êýת»»¹¤×÷ÔÚÁ¬Ðøת»»Ä£Ê½ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //Íⲿ´¥·¢×ª»»¹Ø±ÕADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADCÊý¾ÝÓÒ¶ÔÆëADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3; //´Ë´¦¿ª6¸öÐŵÀ£¨¿É¿ªµÄΪ1~16£©ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //¸ù¾ÝADC_InitStructÖÐÖ¸¶¨µÄ²ÎÊý³õʼ»¯ÍâÉèADCxµÄ¼Ä´æÆ÷//ADC³£¹æÐŵÀÅäÖÃ//ADC1,ADCͨµÀx,¹æÔò²ÉÑù˳ÐòֵΪy,²ÉÑùʱ¼äΪ239.5ÖÜÆÚADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_13Cycles5 ); ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 2, ADC_SampleTime_13Cycles5 );ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_2, 3, ADC_SampleTime_13Cycles5 ); // ¿ªÆôADCµÄDMAÖ§³Ö£¨ÒªÊµÏÖDMA¹¦ÄÜ£¬»¹Ðè¶ÀÁ¢ÅäÖÃDMAͨµÀµÈ²ÎÊý£©ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); //ʹÄÜADC1µÄDMA´«Êä ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //ʹÄÜÖ¸¶¨µÄADC1ADC_ResetCalibration(ADC1); //¸´Î»Ö¸¶¨µÄADC1µÄУ׼¼Ä´æÆ÷while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //»ñÈ¡ADC1¸´Î»Ð£×¼¼Ä´æÆ÷µÄ״̬,ÉèÖÃ״̬ÔòµÈ´ýADC_StartCalibration(ADC1); //¿ªÊ¼Ö¸¶¨ADC1µÄУ׼״̬while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //»ñÈ¡Ö¸¶¨ADC1µÄУ׼³ÌÐò,ÉèÖÃ״̬ÔòµÈ´ý
} void DMA_Config(DMA_Channel_TypeDef* DMA_CHx,u32 cpar,u32 cmar,u16 cndtr)
{ DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); DMA_DeInit(DMA_CHx); //½«DMAµÄͨµÀ1¼Ä´æÆ÷ÖØÉèΪȱʡֵDMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = cpar; //DMAÍâÉèADC»ùµØÖ·DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = cmar; //DMAÄÚ´æ»ùµØÖ·DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //ÄÚ´æ×÷ΪÊý¾Ý´«ÊäµÄÄ¿µÄµØDMA_InitStructure.DMA_BufferSize = cndtr; //DMAͨµÀµÄDMA»º´æµÄÊý¾Ýµ¥Ôª´óСDMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //ÍâÉèµØÖ·¼Ä´æÆ÷²»±äDMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //ÄÚ´æµØÖ·¼Ä´æÆ÷µÝÔöDMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //Êý¾Ý¿í¶ÈΪ16λDMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; //Êý¾Ý¿í¶ÈΪ16λDMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //Ñ»·¹¤×÷ģʽDMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMAͨµÀ xÓµÓиßÓÅÏȼ¶ DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMAͨµÀxûÓÐÉèÖÃΪÄÚ´æµ½ÄÚ´æ´«ÊäDMA_Init(DMA_CHx, &DMA_InitStructure); //¸ù¾ÝDMA_InitStructÖÐÖ¸¶¨µÄ²ÎÊý³õʼ»¯DMAµÄͨµÀ
}3.PID算法
算法没啥稀奇，普通PID，输入电压，调整DAC。直接放代码。
#ifndef _pid_
#define _pid_
#include "stm32f10x_conf.h"
#define MODEL_P 1
#define MODEL_PI 2
#define MODEL_PID 3typedef struct
{u8 choose_model; float curr; float set; //Óû§É趨ֵfloat En; //µ±Ç°Ê±¿Ìfloat En_1; //ǰһʱ¿Ìfloat En_2; //Ç°¶þʱ¿Ìfloat Kp; //Pfloat T; //²ÉÑùÖÜÆÚu16 Tdata; //ÅжÏÊÇ·ñµ½²ÉÑùÖÜÆÚfloat Ti; //ifloat Td; //dfloat Dout; //PIDÔöÁ¿float OUT0; //άÎÈÊä³öu16 currdac; //µ±Ç°dacÖµu16 daccycle; //pwm??}PID;extern u8 STATUS;
extern PID pid;
void PIDParament_Init(void);
void pid_calc(void); #endif
#include "pid.h"
#include "dac.h"
#include "dac.h"
#include "led.h"PID pid;void PIDParament_Init() //
{pid.choose_model = MODEL_PID;pid.T=50; //¶¨Ê±Æ÷1ms ×îС²ÉÑùÖÜÆÚ330mspid.set =5.0; //Óû§É趨ֵpid.Kp=0.4; //±ÈÀýϵÊýpid.Ti=80; //΢·ÖϵÊý³£Êýpid.Td=2; //»ý·Öʱ¼ä³£Êýpid.OUT0=0; //ά³ÖϵÊýpid.daccycle = 50; //PWM pid.currdac=2000;
}void pid_calc()
{float dk1,dk2;float t1,t2,t3;u16 temp;
//
// if(pid.Tdata < (pid.T)) //×îС¼ÆËãÖÜÆÚδµ½
// {// return ;
// }
// pid.Tdata = 0;pid.En=pid.set-pid.curr; //±¾´ÎÎó²îdk1=pid.En-pid.En_1; //±¾´ÎÎó²îÓëÉÏ´ÎÎó²îÖ®²îdk2=pid.En-2*pid.En_1+pid.En_2;t1=pid.Kp*dk1; //±ÈÀýt2=(pid.Kp*pid.T)/pid.Ti; //»ý·Öt2=t2*pid.En;t3=(pid.Kp*pid.Td)/pid.T; //΢·Öt3=t3*dk2;switch(pid.choose_model){case MODEL_P: pid.Dout= t1; break;case MODEL_PI: pid.Dout= t1+t2; break;case MODEL_PID: pid.Dout= t1+t2+t3; //¼ÆËãPIDÔöÁ¿break;} pid.currdac-=77.69*pid.Dout; //Êä³ödacÖµif(pid.currdac>4090) //УÑ鷶Χ{pid.currdac=4090;}if(pid.currdac<2000){pid.currdac=2000;}pid.En_2=pid.En_1;pid.En_1=pid.En;temp=pid.currdac;temp=(int)pid.currdac;temp=(short)temp;DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,temp );}六、建模
开篇说了，要和手头华为快充配套，那自然是大小，材质一样咯。
话说立创EDA不能导出STEP是真蛋疼，三维模型折腾了好久，话说有兴趣可以开一贴，如何从立创EDA导出三维模型（很烦很烦）。
建模和渲染都是基于Solidworks.
壳体
效果图
七、制造过程
1.电源板
调压测试，最高25V.
2.主控板
平平无奇的STM32开发板
囊中羞涩的我并没有买蓝牙模块，蓝牙原计划选的是易佰特E14 BT05。
3.显示面板
显示面板焊接不要太久，我有个贼漂亮的橙色OLED被我焊的光衰了，基本看不出了字，谁有橙色0.91 SPI OLED的购买方式麻烦私我一下，谢谢啦。
八、测试
1.开机动画
2.过温保护
警报灯亮起，屏幕显示温度计图标。
3.过流保护
警报灯亮起，屏幕显示电流，输出切断。
看官老爷对不住，实在没抓拍到。
4.精度测试
输出10.10V，实测10.08~10.11浮动，可以接受，加个大电容会好一些。
5.使用测试
该表通过中键切换模式，有电流/电压、温度/功率、循环三档。
左右键选择电压，步进0.5v.
九、资料
1.PCB
https://download.csdn.net/download/YVONNEOH/12740947
2.源码
https://download.csdn.net/download/YVONNEOH/12740952
3.外壳
https://download.csdn.net/download/YVONNEOH/12740960
总结
外壳还没加工好，待更，勿催。。。
最后，在评论区评论+暗号awsl，抽一个人送一套PCB邮费自理，截止日期2020.9.10.
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