機采棉除雜機的穩壓電源設計與試驗

張洪洲　白建國　張風旗　張亞江　包娟娟　王陽　呂彬彬

摘要：針對機采籽棉除雜系統對電源要求比較高的問題，以單片機為主控制器，設計了一款穩壓電源。220 V交流市電經過變壓、整流、濾波、穩壓得到穩定而理想的直流電；經過直流到直流的降壓模塊得到所需要的直流電壓范圍；經過交流-直流逆變電路和變壓器將直流電轉化為交流電，由單片機控制交流電的變化。本設計能實現50 Hz、0～120 V 可選的交流電、0～100 V可選的直流電，步進電壓01 V/05 V可選，通過行列式鍵盤可輸入步進電壓、預設電壓值，LCD12864實時顯示步進值、預設值。

關鍵詞：機采棉；初加工；電源；步進

中圖分類號： S2267；TM72文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（201412-0448-02[HS][HT9SS]

收稿日期：2014-02-26

基金項目：國家自然科學基金（編號：11242012；塔里木大學校長基金碩士項目（編號：TDSSD201304。

作者簡介：張洪洲（1982—，男，吉林長春人，碩士，講師，從事智能檢測與控制、農業自動化與信息化研究。E-mail：309011160@qqcom 。

隨著新疆生產建設兵團農業結構的調整，籽棉種植面積逐年增加，對其初加工設備自動化要求也越來越高[1-4]。目前，機采棉除雜設備、棉籽分級設備等大多是自動化控制系統，設備對電源的要求不斷提高，現有的清選機、分級機供電系統已經不能滿足設備需要，穩壓電源已成為農產品初加工設備不可或缺的部分。機采棉清選設備、棉籽分級設備集加工與控制為一體，要求電源穩定性高、精度高、可控性強、可調范圍寬。傳統的穩壓電源由220 V市電、變壓器、整流、濾波、穩壓幾部分組成，具有功能簡單、不易控制、精度低、可控性差等缺點[5-7]。數控穩壓電源能較好地解決傳統穩壓電源存在的問題，還可減小非線性失真度，同時便于CPU 數字化控制，能夠很好地滿足機采棉除雜機的供電需求[8-9]。本研究介紹采用MCU控制的穩壓電源系統，旨在為促進機采棉除雜清選系統自動化發展提供依據。

1穩壓電源系統構成及工作原理

11設計思路[LL]

[JP2]機采棉清選機、棉籽分級機正常工作狀態下，不僅需要220 V交流電作為主動力源，還需要可調幅值的直流電、交流電作為輔助部件的電源。筆者利用單片機、采樣電路、放大電路、驅動電路等，設計了1個幅值、步進量均可調的穩壓電源。

12工作原理與系統結構

針對現有的機采棉除雜機對電源的要求，設計了一種以單片機為控制核心的穩壓電源系統，該系統由單片機、交流-直流轉換、直流-直流轉換、直流-交流逆變換、升壓變壓器、數模轉換、鍵盤、顯示、信號放大等部分組成（圖1。交流220 V市電經過變壓器降壓至120 V，經整流濾波得到直流電，在此處可穩壓至所需要的直流電壓，滿足穩恒設備的供電。單片機控制直流-直流降壓，該直流幅值為0～100 V。單片機根據預設值產生所需要的PWM信號，該信號對直流電進行控制，使直流電變成交流電，完成直流到交流的逆變；該交流電再經過變壓器升壓，得到所需要的交流電。通過鍵盤設定電壓、步進量，步進電壓01 V/05 V可選。[FL]

[F（W10][TPH1TIF；S+2mm][F]

[FL（22]2控制單元及軟件設計

單片機（MCU選用51系列STC89C55RD，內部有20 kB的flash、1 280 B的RAM、16 kB的ROM，能夠滿足控制需要[10-11]。顯示模塊采用16×8點陣字符的LCD12864液晶顯示。用proteus軟件進行仿真，C語言編程實現控制，在開發板上實物反復調試，直至各參數達到理想值為止（圖2。

[F（W16][TPH2TIF][F]

3系統測試與分析

測試儀器：模擬示波器（GDS60221臺，數字萬用表（VICTOR VC9807A+2塊，智能計算器1個。對交流輸出、直流輸出電壓進行測試。直流輸出電壓、交流輸出電壓測試數據如表1、表2所示。由表1可知，系統直流輸出最大誤差為060%，步進01 V/05 V時無誤差。由表2可知，系統交流輸出最大誤差為200%，步進01 V/05 V時無誤差，滿足設計要求。

[F（W10][HT6H][J]表1直流輸出電壓測試數據[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W52。2，W3，W72。2W]設定期望值（V實測電壓值（V誤差（%步進01 V后電壓（V步進05 V后電壓（V

[BHDG12]0000105

[BHDW]25249040250254

50503060504508

75748016749753

100100505010061010[HJ][BG）F][F）]

[F（W9][HT6H][J]表2交流輸出電壓測試數據[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W52。2，W3，W72。2W]設定期望值（V實測電壓值（V誤差（%步進01 V后電壓（V步進05 V后電壓（V

[BHDG12]0000105

[BHDW]30306200 307311

60609150 610614

909000901905

1201220167 12211225[HJ][BG）F][F）]

4 結論

本研究設計的機采籽棉除雜機的穩壓電源穩定性強、精度高，而且步進無誤差，可以滿足初加工設備的供電要求。

[HS2][HT85H]參考文獻：[HT8SS]

[1][（#]郭淑霞，坎雜，張若宇，等 機采籽棉殘膜靜電分離裝置分離試驗[J] 農業工程學報，2011，27（S2：6-10

[2]李碧丹，丁天懷，郟東耀 皮棉異性纖維剔除系統設計[J] 農業機械學報，2006，37（1：107-110

[3]趙海軍，史建新 殘膜回收工藝探討[J] 中國農機化，2004（6：68-71

[4]汪海濤，朱邦太，李勛 基于機器視覺的棉紡異纖清除系統[J] 河南科技大學學報：自然科學版，2009，3（1：14-17，110

[5]周功明，周陳琛 基于AT89S51單片機的數控電源設計[J] 綿陽師范學院學報，2012，31（5：18-24

[6]朱貴憲 基于單片機的數控穩壓電源設計[J] 自動化與儀表，2011，26（6：50-53

[7]祝敏 直流數控可調穩壓電源的設計[J] 電子元器件應用，2008，10（4：62-64

[8]許艷惠 一種智能化高精度數控直流電源的設計與實現[J] 微計算機信息，2007，23（32：136-138

[9]鄧堅，楊燕翔，齊剛 數控直流穩壓電源設計[J] 計算機測量與控制，2008，16（12：1991-1993

[10][（#]赫建國，鄭燕，薛延俠 單片機在電子電路設計中的應用[M] 北京：清華大學出版社，2006

[11]蔡振江 單片機原理及應用[M] 北京：電子工業出版社，2011