基于STM32的桌面數控電源項目連載

一個數控桌面電源項目

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文章目錄

• • 基于STM32的桌面數控電源項目連載
• 前言
• 一、尺寸與外觀
• 二、元器件選型
• • 1.升壓芯片
  • 2.輔助電源
  • 3.參考電源
  • 4.電流檢測
  • 4.溫度檢測
  • 5.MCU
  • 6.OLED
• 三、原理圖
• • 1.電源部分
  • 2.中控部分
  • 3.顯示部分
• 四、PCB部分
• • 1.電源部分
  • 2.控制部分
  • 3.顯示部分
• 五、說說原理
• • 1.電壓控制部分
  • 2.傳感器（電壓、電流、溫度）
  • 3.PID算法
• 六、建模
• 七、制造過程
• • 1.電源板
  • 2.主控板
  • 3.顯示面板
• 八、測試
• • 1.開機動畫
  • 2.過溫保護
  • 3.過流保護
  • 4.精度測試
  • 5.使用測試
• 九、資料
• • 1.PCB
  • 2.源碼
  • 3.外殼
• 總結


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前言

作為一個大學僧，成品可調電源笨重且占據桌面空間；而市售USB升壓模塊2、3W的功率是在不堪大用。于是，博主將從零開始，研發一款實用的桌面可調電源。

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一、尺寸與外觀

尺寸上，該桌面電源參考華為22.5WSCP充電器，與華為系列快充較好兼容。

二、元器件選型

1.升壓芯片

為最大限度兼容PD/SCP/FCP/QC等協議，該電路模塊需要有寬電壓輸入范圍。主升壓芯片選用XL6019。該芯片為TO263-5封裝，最大電流5A，輸出電壓-0.3~60V，能夠滿足日常實用需求。

2.輔助電源

輔助電源供給STM32和OLED面板，要求并不高，選熟悉的3.3V線性穩壓芯片即可。這里選用的是HT7333。

3.參考電源

參考電源輸入STM32的Vbat引腳，作為基準電壓使用，一定程度上決定了電源的精度。若要求不高，可直接并入輔助電源。這里使用一顆TL431，分壓電阻為1.33K和4.22k。（TL431分壓電阻的計算小工具放在下面鏈接中）

4.電流檢測

由于本人不想搭模電電路，所以選用了德州儀器的電流檢測芯片INA180A3IDBVR，該型號芯片可以將檢流電阻上的微小電壓放大100倍，使用十分方便。

4.溫度檢測

選用溫度傳感器TC1047AVNBTR，該型號芯片輸出與溫度呈線性關系的電壓值，使用起來較為方便。

5.MCU

通過分析，MCU至少具備3路ADC（電流、電壓、溫度），一路DAC（控制電壓），一路SPI（OLED），一路UART（擴展藍牙）。事實上，許多單片機不具備DAC,而因為懶不想增加DAC芯片，所以選型比較受限制。最終選擇STM32F103RCT6。（千萬不要買RBT6，RBT6沒有DAC！！！）

6.OLED

沒啥好說的，爛大街的0.91寸SPI OLED（中景園15腳），放個圖，溜了。

三、原理圖

1.電源部分

2.中控部分

3.顯示部分

四、PCB部分

PCB分為三層，采用排針及FCP排線連接，方便不同模塊升級及替換。

1.電源部分

2.控制部分

3.顯示部分

五、說說原理

1.電壓控制部分

事實上，任何一款市售的電源模塊通過簡單的改造均可實現數控。

5腳為電源的反饋引腳，查閱芯片手冊，Vfb=1.25V,即該引腳上的電壓高于1.25V，MOS管關閉，否則MOS導通，從而實現電壓的控制。
分析電路可得公式：（Vo-Vfb）/R2 + ( Vdac-VF)/R6 = Vfb/R9（VF為二極管得壓降）
即可得到輸出電壓。
在本方案中R2=4.7K，R9=91K,R6=5.6K,可實現4.5~25V的調壓范圍。

2.傳感器（電壓、電流、溫度）

無非就是尋常的多通道ADC檢測+多次采樣平均+DMA傳輸。多通道ADC與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); //??íaéè ADC1 μ?è?2???′??÷??éè?aè±ê??μADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC1¤×÷?￡ê?:ADC1oíADC21¤×÷?ú?àá￠?￡ê?ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode =ENABLE; //?àD?μàé¨?è?￡ê?ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; //?￡êy×a??1¤×÷?úá?D?×a???￡ê?ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //ía2?′￥·￠×a??1?±?ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADCêy?Yóò????ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3; //′?′|?a6??D?μà￡¨?é?aμ??a1~16￡?ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //?ù?YADC_InitStruct?D???¨μ?2?êy3?ê??ˉíaéèADCxμ???′??÷//ADC3￡1?D?μà????//ADC1,ADCí¨μàx,1??ò2é?ù?3Dò?μ?ay,2é?ùê±???a239.5?ü?úADC_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 ); // ?a??ADCμ?DMA?§3?￡¨òaêμ??DMA1|?ü￡??1Dè?àá￠????DMAí¨μàμè2?êy￡?ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); //ê1?üADC1μ?DMA′?ê? ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //ê1?ü???¨μ?ADC1ADC_ResetCalibration(ADC1); //?′?????¨μ?ADC1μ?D￡×???′??÷while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //??è?ADC1?′??D￡×???′??÷μ?×′ì?,éè??×′ì??òμè′yADC_StartCalibration(ADC1); //?aê????¨ADC1μ?D￡×?×′ì?while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //??è????¨ADC1μ?D￡×?3ìDò,éè??×′ì??òμè′y } 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); //??DMAμ?í¨μà1??′??÷??éè?aè±ê??μDMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = cpar; //DMAíaéèADC?ùμ??·DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = cmar; //DMA?ú′??ùμ??·DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //?ú′?×÷?aêy?Y′?ê?μ???μ?μ?DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = cndtr; //DMAí¨μàμ?DMA?o′?μ?êy?Yμ￥?a′óD?DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //íaéèμ??·??′??÷2?±?DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //?ú′?μ??·??′??÷μY??DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //êy?Y?í?è?a16??DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; //êy?Y?í?è?a16??DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //?-?·1¤×÷?￡ê?DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMAí¨μà xóμóD??ó??è?? DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMAí¨μàx??óDéè???a?ú′?μ??ú′?′?ê?DMA_Init(DMA_CHx, &DMA_InitStructure); //?ù?YDMA_InitStruct?D???¨μ?2?êy3?ê??ˉDMAμ?í¨μà }

3.PID算法

算法沒啥稀奇，普通PID，輸入電壓，調整DAC。直接放代碼。

#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; //ó??§éè?¨?μfloat En; //μ±?°ê±?ìfloat En_1; //?°ò?ê±?ìfloat En_2; //?°?tê±?ìfloat Kp; //Pfloat T; //2é?ù?ü?úu16 Tdata; //?D??ê?·?μ?2é?ù?ü?úfloat Ti; //ifloat Td; //dfloat Dout; //PID??á?float OUT0; //???èê?3?u16 currdac; //μ±?°dac?μu16 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±?÷1ms ×?D?2é?ù?ü?ú330mspid.set =5.0; //ó??§éè?¨?μpid.Kp=0.4; //±èày?μêypid.Ti=80; //?￠·??μêy3￡êypid.Td=2; //?y·?ê±??3￡êypid.OUT0=0; //??3??μêypid.daccycle = 50; //PWM pid.currdac=2000; }void pid_calc() {float dk1,dk2;float t1,t2,t3;u16 temp; // // if(pid.Tdata < (pid.T)) //×?D??????ü?ú?′μ? // { // return ; // } // pid.Tdata = 0;pid.En=pid.set-pid.curr; //±?′??ó2?dk1=pid.En-pid.En_1; //±?′??ó2?ó?é?′??ó2???2?dk2=pid.En-2*pid.En_1+pid.En_2;t1=pid.Kp*dk1; //±èàyt2=(pid.Kp*pid.T)/pid.Ti; //?y·?t2=t2*pid.En;t3=(pid.Kp*pid.Td)/pid.T; //?￠·?t3=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; //????PID??á?break;} pid.currdac-=77.69*pid.Dout; //ê?3?dac?μif(pid.currdac>4090) //D￡?é·??§{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

開篇說了，要和手頭華為快充配套，那自然是大小，材質一樣咯。

話說立創EDA不能導出STEP是真蛋疼，三維模型折騰了好久，話說有興趣可以開一貼，如何從立創EDA導出三維模型（很煩很煩）。

建模和渲染都是基于Solidworks.
殼體

效果圖

七、制造過程

1.電源板

調壓測試，最高25V.

2.主控板

平平無奇的STM32開發板

囊中羞澀的我并沒有買藍牙模塊，藍牙原計劃選的是易佰特E14 BT05。

3.顯示面板

顯示面板焊接不要太久，我有個賊漂亮的橙色OLED被我焊的光衰了，基本看不出了字，誰有橙色0.91 SPI OLED的購買方式麻煩私我一下，謝謝啦。

八、測試

1.開機動畫

2.過溫保護

警報燈亮起，屏幕顯示溫度計圖標。

3.過流保護

警報燈亮起，屏幕顯示電流，輸出切斷。
看官老爺對不住，實在沒抓拍到。

4.精度測試

輸出10.10V，實測10.08~10.11浮動，可以接受，加個大電容會好一些。

5.使用測試

該表通過中鍵切換模式，有電流/電壓、溫度/功率、循環三檔。
左右鍵選擇電壓，步進0.5v.

九、資料

1.PCB

https://download.csdn.net/download/YVONNEOH/12740947

2.源碼

https://download.csdn.net/download/YVONNEOH/12740952

3.外殼

https://download.csdn.net/download/YVONNEOH/12740960

總結

外殼還沒加工好，待更，勿催。。。
最后，在評論區評論+暗號awsl，抽一個人送一套PCB郵費自理，截止日期2020.9.10.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于STM32的桌面数控电源项目连载的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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