藍(lán)牙數(shù)控直流電壓源

具有中文語(yǔ)音提示功能的藍(lán)牙數(shù)控直流電壓源的設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人對(duì)用電器低功耗、高效率的需求，直流電壓源向著更高靈活性和智能化方向發(fā)展。然而目前的數(shù)控直流電壓源存在著調(diào)節(jié)精度不高、不便觀察輸出電壓值以及輸出電壓精度不足等問(wèn)題。因此本文設(shè)計(jì)一款以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的數(shù)控直流電壓源。該電源可實(shí)現(xiàn)以下功能：輸出電壓0～10V可調(diào)、步進(jìn)0.1V、輸出電流500mA、可通過(guò)藍(lán)牙設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)控輸出電壓值、輸出電壓值每次改變時(shí)會(huì)有中文語(yǔ)音提示。

一、藍(lán)牙數(shù)控直流電壓源總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。該電壓源采用12C5A60S2單片機(jī)作為控制芯片，輸出8位數(shù)字量通過(guò)D/A模塊轉(zhuǎn)換為模擬電壓值，經(jīng)放大器模塊放大。再經(jīng)過(guò)輸出驅(qū)動(dòng)模塊放大電流提高帶負(fù)載能力后輸出。輸出電壓值通過(guò)七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。通過(guò)改變單片機(jī)的輸出值即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的效果。輸出的電壓通過(guò)采樣后，輸入單片機(jī)內(nèi)置的A/D模塊進(jìn)行采樣反饋，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)整輸出電壓，保證輸出電壓的精度。本電源還加入了HC?05藍(lán)牙模塊，用戶可通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議用手機(jī)端的APP調(diào)整電源的電壓值或查詢當(dāng)前輸出電壓值。通過(guò)加入SYN6288語(yǔ)音模塊，還實(shí)現(xiàn)了中文語(yǔ)音提示的功能。

二、藍(lán)牙數(shù)控直流電壓源硬件電路設(shè)計(jì)

整機(jī)電路如圖2所示，下面對(duì)各個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

2.1D/A模塊和放大模塊

D/A模塊由DAC0832芯片和LM358運(yùn)算放大模塊構(gòu)成，DAC0832芯片為8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換結(jié)果為差動(dòng)電流輸出，需要在其輸出端接LM358組成外接轉(zhuǎn)換電路，將電流值轉(zhuǎn)換成電壓，得到反向電壓輸出。單片機(jī)由P0口輸出一個(gè)8位的數(shù)字量，輸入D/A模塊，DAC0832由5V電壓供電，分辨率為5256≈0.02V，又因?yàn)槠漭敵龅氖秦?fù)電壓，所以當(dāng)數(shù)字量每增加1時(shí)，D/A模塊的輸出增加-0.02V。

放大模塊由運(yùn)放LM358和電阻R2，R3，R4組成一個(gè)2.5倍的反向放大器，將D/A模塊的輸出反向放大2.5倍。每按一次電壓調(diào)整按鍵，數(shù)字量自增2，D/A模塊輸出增加-0.04V，經(jīng)過(guò)反向放大2.5倍后，輸出電壓增加0.1V，實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)0.1V。又因?yàn)殡妷阂蟮妮敵龇秶鸀?～10V，所以數(shù)字量輸入的范圍為00000000～11001000，DAC0832輸出的范圍為0～-4V，分辨率滿足要求。通過(guò)按鍵KEY1和KEY2改變單片機(jī)P0口的數(shù)字量輸出，即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓0~10V可調(diào)。

2.2電流放大模塊

電源的設(shè)計(jì)最大輸出電流為500mA，故信號(hào)從放大電路輸出后，還要經(jīng)過(guò)電流放大電路使電流達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。放大模塊的輸出值從adjv端口輸入電流放大模塊，從UO端口輸出，得到最終的輸出值。電流放大模塊由運(yùn)放LM358、大功率三極管2SD1677，以及電阻R5，R6，R7組成。采用大功率三極管組成射極跟隨器，由15V電壓供電，在電壓跟隨的情況下放大電流。在三極管的選用上，因UCE最大電壓為15V，最大電流為500mA，最大功率為7.5W，故選用的三極管最大耗散功率PCM應(yīng)大于7.5W。在考慮到散熱因素及留出余量之后，本設(shè)計(jì)選用PCM值為100W的三極管2SD1677。

2.3采樣模塊和A/D模塊

為了確保精度，需要對(duì)輸出的電壓值進(jìn)行采樣后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，與單片機(jī)輸出的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，構(gòu)成一個(gè)帶負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。輸出的電壓通過(guò)R8和R9組成分壓電阻后，再通過(guò)一個(gè)LM358運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器后輸入A/D模塊。A/D電路采用STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)置8位A/D模塊，參考電壓為5V，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸入單片機(jī)與輸出的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較。

2.4藍(lán)牙模塊與語(yǔ)音模塊

本設(shè)計(jì)采用HC?05藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙遠(yuǎn)程調(diào)控電壓功能。把藍(lán)牙模塊設(shè)定工作在9600b/s的波特率，并設(shè)定為從機(jī)工作模式，與單片機(jī)串口1相連接。用戶可以通過(guò)手機(jī)等帶有藍(lán)牙功能的設(shè)備與HC-05模塊相連接后，向其發(fā)送數(shù)據(jù)；HC-05模塊再通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，改變單片機(jī)輸出的數(shù)字量，從而實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙調(diào)控輸出電壓的值。

語(yǔ)音提示功能通過(guò)SYN6288語(yǔ)音模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。SYN6288語(yǔ)音模塊采用貼片SSOP封裝，體積小巧，通過(guò)串口與上位機(jī)連接，接收由串口發(fā)送來(lái)的文本，實(shí)現(xiàn)文本到中文語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換。SYN6288內(nèi)置推挽式DAC，并有喇叭接口，可以直接驅(qū)動(dòng)喇叭，進(jìn)行聲音播報(bào)。在本設(shè)計(jì)中，SYN6288模塊與單片機(jī)串口2連接。當(dāng)調(diào)整輸出電壓時(shí)，單片機(jī)將調(diào)整后的電壓值以字符串的形式通過(guò)串口傳輸至SYN6288模塊，該模塊將提示的中文語(yǔ)音傳送至一個(gè)8Ω，0.5W的喇叭播放。

三、藍(lán)牙數(shù)控直流電壓源軟件設(shè)計(jì)

本電源的軟件采用C51語(yǔ)言編寫(xiě)。系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，然后判斷藍(lán)牙是否接收到值，如接收到，則改變outv的值后輸出；若藍(lán)牙沒(méi)有接收，則判斷按鍵是否按下，若按鍵按下，則改變outv的值輸出。將輸出值采樣賦給setv，比較setv與outv值是否相等，如不相等，則調(diào)整setv的值后輸出，再進(jìn)行采樣比較，直至setv的值等于outv。

四、藍(lán)牙數(shù)控直流電壓源系統(tǒng)測(cè)試

在安卓系統(tǒng)的MOTOX智能手機(jī)中安裝SPP藍(lán)牙串口調(diào)試APP，與電源的藍(lán)牙模塊連接后，運(yùn)用SPP藍(lán)牙串口調(diào)試APP調(diào)整輸出電壓的值。在0～10V中取10個(gè)值進(jìn)行測(cè)量，采用數(shù)字萬(wàn)用表VC9860+為測(cè)量?jī)x器，測(cè)量負(fù)載兩端的電壓值。

測(cè)試過(guò)程中，每當(dāng)改變預(yù)置電壓值時(shí)，語(yǔ)音模塊均可正確播報(bào)改變后的電壓值。測(cè)試結(jié)果表明，該電壓源輸出達(dá)到0～10V的輸出要求，輸出準(zhǔn)確，輸出響應(yīng)良好，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙遠(yuǎn)程調(diào)控輸出電壓的功能。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)的數(shù)控直流電壓源的設(shè)計(jì)方案。該電壓源采用閉環(huán)系統(tǒng)，輸出精度高、結(jié)構(gòu)緊湊，可以通過(guò)藍(lán)牙設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)整輸出電壓的值，并有中文語(yǔ)音提示功能。經(jīng)過(guò)測(cè)試，用此電源給負(fù)載提供電壓時(shí)，輸出響應(yīng)良好，誤差小，可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究、自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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