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范文应用电子专业毕业设计开题报告
应用电子专业毕业设计开题报告
UPS不间断电源电路设计
二级学院:
电子系
学生姓名:
陈利勇
专业班级:
应用电子3062
学
号:
指导教师:
UPS不间断电源电路设计
(xx职业技术学院电子系
学号
)
摘要:
随着道路交通的不断拥挤,通过交通监控系统,可以加强交通管理,提高现有道路的通行能力,协调处理突发性交通事件,缓和交通阻塞,从而改善交通状况,而监控电源就显得非常重要,本文将介绍一种多功能监控不间断电源的设计。
并介绍该种多功能监控不间断电源的控制与使用。
Abstract:
Alongwithroadtrafficunceasinglycrowded,throughthemonitoringsystemofthetraffic,canstrengthenthetrafficcontrol,improvethe
trafficcapacityoftheexistingroad,coordinateanddealwiththesuddentrafficincident,easingthetrafficjam,thusimprovementtrafficcondition,somonitorsthepowersourceappearsmoreimportant,thisarticlewillintroduceonekindofmulti-purposemonitoringUPS'sdesign.Andintroducesitscontrolandtheuse.
关键词:
稳压电源,逆变,保护,控制
keywords:
powersupply,inverter,protect,control
引言
人类的经济活动已经到了工业经济时代,并正在转入高新技术产业迅猛发展的时期。
电源是位于市电与负载之间,向负载提供优质电能的供电设备,是工业的基础。
UPS是不间断电源(UninterruptiblePowerSystem)的英文简称,也叫多功能监控专用UPS,是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。
从原理上来说,UPS是一种集数字和模拟电路,自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备;从功能上来说,UPS可以在市电出现异常时,有效地净化市电;还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电,使你能有充裕的时间应付;从用途上来说,随着信息化社会的来临,UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节,其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。
据IDc统计,全部电脑故障的45%是由电源问题引起的;在中国,大城市停电的次数平均为0.5次/月,中等城市为2次/月,小城市或村镇为4次/月,电网存在至少九种问题:
断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰;因此从改善电源质量的角度来说给电脑配备一台UPS是十分必要的。
另外,精密的网络设备和通信设备是不允许电力有间断的,以服务器为核心的网络中心要配备UPS是不言而喻的,即使是一台普通电脑,其使用三个月以后的数据文件等软件价值就已经超过了硬件价值,因此为防止数据丢失而配备UPS也是十分必须的。
交通电视监控系统是公安指挥系统的重要组成部分,提供对现场情况最直观的反映,是实施准确调度的基本保障,重点场所和监测点的前端设备将视频图像以各种方式(光纤、专线等)传送至交通指挥中心,进行信息的存储、处理和发布,使交通指挥管理人员对交通违章、交通堵塞、交通事故及其它突发事件做出及时、准确的判断,并相应调整各项系统控制参数与指挥调度策略,通过对视频图像进行数字化编码与压缩,交通电视监视系统支持局域网乃至广域网内的授权用户终端对数据和图像资源的调用以及对前端设备的实时控制,实现网络用户的监视、切换和控制功能,并提供对地理信息系统(GIS)等相关系统的支持。
多功能监控专用UPS主要用于为电视监控前端设备提供稳定、可靠的电源,具备稳定电压、防止高压冲击、线路停电时提供后备电源、充放电保护、断电保护等多项功能。
产品输入为Ac220V市电,输出为Dc12V/1A、Dc5.5V/5A、Ac24V/5A、Ac24V/1A电源各1组,并带有Ac220V输出。
充电保护:
浮充限压,电压稳定在13.5V。
放电保护:
电池电压低于10.8V时关闭Ac24V/5A输出,直至有市电输入,并且远程控制“电源变压器IN”打开,Ac24V5A才有输出。
断电保护:
主机可存储断电前各路输出状态,通电后,自动恢复断电前输出状态。
一、总体设计构思
电源部分设计构思
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图1
电源部分设计构思图
多功能监控专用UPS主要用于为电视监控前端设备提供稳定、可靠的电源,具备稳定电压、防止高压冲击、线路停电时提供后备电源、充放电保护、断电保护等多项功能。
电源输入为Ac220V市电,输出为Dc12V/1A、Dc5.5V/5A、Ac24V/5A、Ac24V/1A电源各1组,并带有Ac220V输出。
电源部分设计构思如图1。
2控制部分设计构思
多功能监控专用UPS的控制部分采用了AT89S52单片机作为主控芯片,可通过与计算机的连接进行操作,通过数码管显示系统的当前状态。
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图2
控制部分设计构思图
如图所示可看出系统具有存储断电前各路输出状态,通电后,自动恢复断电前输出状态。
二、电路设计
电路总体设计
由电路总体设计框图可以清楚地看出:
以单片机为核心,处理通信、采样数据,控制各电源输出与数码管显示情况。
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图3
电路总体设计框图
主要功能:
l多功能监控专用UPS主要用于为电视监控前端设备提供稳定、可靠的电源,具备稳定电压、防止高压冲击、线路停电时提供后备电源、充放电保护、断电保护等多项功能。
电源输入为Ac220V市电,输出为Dc12V/1A、Dc5.5V/5A、Ac24V/5A、Ac24V/1A电源各1组,并带有Ac220V输出。
l充电保护:
浮充限压,电压稳定在13.5V。
l放电保护:
电池电压低于10.8V时关闭Ac24V/5A输出,直至有市电输入,并且远程控制“电源变压器IN”打开,Ac24V5A才有输出。
l断电保护:
主机可存储断电前各路输出状态,通电后,自动恢复断电前输出状态。
2Ac220V电路设计
2.1Ac220V电路原理图
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图4Ac220V电路原理图
2.2Ac220V电路原理
将市电连接到3j1插座上,通过cPU的控制信号控制Ac220V的输出状态,一路电源是到变压器给整个系统供电,另一路则是送到Ac220V的输出插座上,给外部的一些设备供电。
如图5部分是指示灯控制电路,当有市电流进时,两个光耦均导通,上面的NPN三极管不导通,BATTS为高电平,故电池指示灯不亮;下面的PNP三极管为导通状态,SD为高电平,故市电指示灯亮起。
P3.2为cPU对市电还是电池的采样信号。
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图5
指示灯控制
如图6则为指示灯电路
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图6
指示灯电路
3模块一电路设计
3.1模块一电路原理图
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图7模块一电路原理图
3.2模块一电路原理
将变压器变压后的Ac17V送到4j1上,经桥堆整流和4c1、4c2、4c7组合成的滤波电路,再送到两路Dc/Dc转换模块并联输出,提高输出功率。
4j4为电池输入输出插座,当有市电输入时对电池充电,无市电输入则电池为供电模式;4j3为到cPU模块供电,cPU上的7805稳压后再送一个Dc5V的信号让继电器动作,控制Dc13.5V的各路输出。
4模块二电路设计
4.1模块二电路原理图
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图8
模块二电路原理图
4.2模块二电路原理
将模块一输出的Dc13.5V送到8j2上,经8c5、8c6滤波,一路送到8A1、8A2的Dc/Dc转换模块上两路并联输出一个Dc9V的电源,另一路送到8A3的Dc/Dc转换模块再经Lc滤波送出一个稳定的Dc5.5V电源。
5Ac24V电路设计
5.1Ac24V电路原理图
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图9
Ac24V电路原理图
5.2Ac24V电路原理
将变压器变压后的Ac24V送到6j2上,在有市电输入的情况下,6k1一直导通,6j3、6j4有Ac24V输出;6j5输入一个Dc9V电压,6j6输入一个Dc13.5V电压,当无市电输入时,利用单片机AT89c2051与脉宽调制器的巧妙结合,经高频变压器后到Dc/Ac逆变电路产生一个Ac24V电源输出。
6Dc12V电路设计
6.1Dc12V电路原理图
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图10
Dc12V电路原理图
6.2Dc12V电路原理
将模块二电路产生的Dc13.5V接到5j4上,再将Ac24V电路中单片机AT89c2051产生的一个控制信号接到5j3上,利用脉宽调制器控制高频变压器前的两只可控硅,变压器后则有一个并不平滑的交流电产生,通过全波整流与Lc滤波电路送到Dc/Dc转换模块,将其稳到12V再经另一级Lc滤波送出。
7输出控制电路设计
7.1输出控制电路原理图
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图11
输出控制电路原理图
7.2输出控制电路原理
将2j3与模块一连接(电池输出),2j11与Dc12V电路连接(Dc12V输入),2j12与模块二连接(Dc5.5V输入),2j10与Ac24V电路连接(Ac24V/5A输入),2j9与Ac24V经隔离变压器输出连接(Ac24V/1A输出),2j2与cPU电路相连,提供输出控制的电源与控制信号,每路均经一继电器连接到输出插座,给外部的监控系统供电,2j1为各路的采样信号,送到cPU电路以判断当前的工作状态。
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图12电流采样电路
如图12为一个电流采样电路,经过电流环将电流信号转变为电压信号,方便了cPU的读取与判断。
8cPU电路设计
8.1cPU电路原理图
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图13
cPU电路原理图
8.2cUP电路原理
将模块一产生的Dc12.7V送到1j7上,再经三端稳压器7805将电压稳到5V(如图14所示),给各个芯片供电;
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图14
稳压电路
数码管采用四位一体共阴型,七段译码采用mc14511,采用三极管驱动数码管,利用单片机动态扫描来显示数据(如图15所示);
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图15
显示电路
复位电路采用了一个与非芯片,将上电复位、死机复位连同一个555电路组成的多偕振荡器产生的矩形波结合一块组成了一个看门狗。
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图16复位电路
选择开关电路是采用了mc15051来切换各个模拟量的采样。
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图17
选择开关
图18
V/F转换电路
V/F转换电路是采用Lm331组成的,将模拟电量转换为频率,然后送到cPU便于单片机的采集与控制。
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图19
通信、记忆电路
通信电路采用的是mAX485与电脑联机,记忆芯片采用的是24c01。
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图20视频检测电路
图21
报警电路
视频检测电路是检测外部监控的视频信号是否正常;门开关未关蜂鸣器报警
三、系统协议设计
系统总体设计框图
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图22
系统总体设计框图
2系统操作说明
a.
UPS在市电模式下开机
lUPS接通市电,此时UPS无输出。
l打开前面板电源开关,此时后面板上电池充电指示灯亮,其它指示灯根据上一次断电保存的状态亮起,Ac24V/1A指示常亮,状态显示器显示UPS当前状态。
l前面板市电指示亮起。
b.
UPS未接市电时开机(即电池模式开机)
l无市电输入,打开前面板电源开关。
l启动过程与接市电时一样,只是市电指示灯布亮,而前面板电池指示灯亮。
此时如果市电正常,UPS会自动转换到市电模式。
c.
市电模式下时UPS关机l关闭电源开关。
l关机时UPS会保存关机前的状态,指示灯全部熄灭。
d.
电池模式下时UPS关机
l关闭前面板电源开关,关机。
l关机时,与市电模式下关机过程一样。
3系统显示说明
面板数码管显示内容(显示顺序从1~15循环显示)如下表。
代码
名称
显示顺序
显示
D、Q内容
备注
0
电池电量
0__X11
X11为1~9,随电池电量变化
电池电压
2
X3X4X5
X3X4X5一般为10.8V~13.8V,随电池电压变化,显示实际电压。
2
220Ac输入
3
2200
Q4=0
有220V市电输入
2201
Q4=1
无220V市电输入
4
2210
D7=0
220VAcoUT控制继电器通
2211
D7=1
220VAcoUT控制继电器断
5
2220
Q5=0
220VAcoUT有输出
2221
Q5=1
220VAcoUT无输出
6
2230
D1=0
电源变压器IN通
2231
D1=1
电源变压器IN断
3
视频
7
31_0
Q6=0
有视频1信号
31_1
Q6=1
无视频1信号
8
32_0
Q7=0
有视频2信号
32_1
Q7=1
无视频2信号
4
24VAc电源
9
45_X1
X1为0~9,随输出电流变化,最大5A(为9)
0最小,9最大
0
41_X2
X2为0~9,随输出电流变化,最大1A(为9)
0最小,9最大
5
+5.5V
1
5_55
X6=0
Dc5.5V有输出
5_00
X6=1
Dc5.5V无输出
6
+12V
2
6_12
Q3=0
Dc12V有输出
6_00
Q3=1
Dc12V无输出
7
风扇状态
3
7__0
D2=0
风扇停止
7__1
D2=1
风扇运转
8
机箱门状态
4
8__0
Q2=0
机箱门关
8__1
Q2=1
机箱门开
9
前端环境温度
5
9_X7X8
X7X8为显示前端环境温度
四、系统制作调试
Ac220V电路制作调试
220VAc电压输出正常
市电—电池指示灯转换正常
2模块一电路制作调试
电路工作正常,输出两路电压,分别为12.7V~13.5V和13.5V±1V
继电器工作正常
3模块二电路制作调试
使用直流稳压电源输入13.5V到8j2,8j2的1、2脚接13.5V,3、4脚接地。
用万用表测量8j1和8j3的电压输出,标准电压:
“8j1为Dc5.5V±1V,8j3为Dc9.0V±1V”。
4Ac24V电路制作调试
端口24V/1A、24V/5A电压输出正常,波形无明显失真
市电—电池转换时球机不复位
5Dc12V电路制作调试
电路工作正常,输出两路电压Dc12V±1V
6输出控制电路制作调试
随信号输入的变化输出控制电路工作正常
指示灯随信号变化指示正常
7cPU电路制作调试
电路工作正常、蜂鸣器工作正常、数码管各显示段显示正常
8系统整体调试
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图23
系统整体调试示意图
将整机按图23与电脑连接,主要调试上位机与下位机的通信功能是否正常,利用图24所示的一个VB编制的专用调试窗口进行各功能的调试。
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图24
一个VB编制的专用调试窗口
谢辞:
本次毕业设计历时三个月,期间翻阅了《电子技术基础》(模拟部分)、《数字电子技术基础》、《电源电路》、《单片机技术应用教程》等书刊。
由于自身知识不够丰富,写得并不是很全面,或许还存在一定的欠缺。
毕业设计之所以能圆满完成,在这里我要感谢在大学三年中教育我的老师,教会我们的专业课及选修课,使我有了写这次论文的理论基础,给予了我很多的帮助,还要感谢电子专业的指导老师,在他的指导与帮助下,使我胜利的完成了此次的毕业设计,最后对在我完成论文设计过程中给予帮助的所有相关人员表示衷心感谢。
参考文献
、陈光绒,单片机技术应用教程,北京大学出版社,XX.
2、黄智伟,全国大学生电子设计竞赛训练教程,北京电子工业出版社,XX.1
3、赵学泉、张国华,电源电路,北京电子工业出版社,1994年
4、阎
石,数字电子技术基础,北京高等教育出版社,1998
5、康华光,电子技术基础,北京高等教育出版社,1999
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