基于光電控制的直流高電壓升壓裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，包括光電編碼器電路、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、脈寬調(diào)制電路、升壓電路、模數(shù)測(cè)量電路和液晶顯示電路，光電編碼器電路的輸出端與單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連接，單片機(jī)的信號(hào)輸出端通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與脈寬調(diào)制電路的輸入端相連接，與脈寬調(diào)制電路的輸出端與升壓電路相連接，升壓電路通過(guò)模數(shù)測(cè)量電路與單片機(jī)相連接，單片機(jī)還與液晶顯示電路相連接，本實(shí)用新型，使用光電編碼器提供數(shù)字信號(hào)，以達(dá)到電壓調(diào)節(jié)目的，永久性使用調(diào)整不產(chǎn)生損壞、輸出高精度的直流高電壓、自動(dòng)穩(wěn)壓可靠性高，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】基于光電控制的直流高電壓升壓裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電壓控制電路的應(yīng)用越來(lái)越多，在應(yīng)用眾多的電壓控制電路中，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域控制部分大多數(shù)采用調(diào)節(jié)電位器、改變電阻來(lái)完成。我們知道，電位器是一種可調(diào)的電子元件，由一個(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。當(dāng)電阻體的兩個(gè)固定觸點(diǎn)之間外加一個(gè)電壓時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)改變觸點(diǎn)在電阻體上的位置，在動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間便可得到一個(gè)與動(dòng)觸點(diǎn)位置成一定關(guān)系的電壓，電位器在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，接觸點(diǎn)與電阻體進(jìn)行摩擦，會(huì)導(dǎo)致電阻體表面的碳膜等涂層會(huì)被磨損。這樣，電位器調(diào)節(jié)電壓的調(diào)節(jié)精度，調(diào)節(jié)靈敏度等都會(huì)大打折扣，在電位器的調(diào)節(jié)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)觸點(diǎn)損壞，接觸不良等情況，造成控制質(zhì)量下降以致控制儀器失靈。因此，儀器需要定期更換電位器以保證儀器的正常使用，造成不必要的浪費(fèi)。而且，利用電位器分壓的方法來(lái)調(diào)節(jié)，還存在以下不足之處，I)使用電位器來(lái)調(diào)節(jié)，經(jīng)常出現(xiàn)電位器損壞；2)電壓調(diào)節(jié)幅度大，電壓值很難做到精確控制；3)電壓有時(shí)因電路其他環(huán)節(jié)發(fā)生變化而發(fā)生改變，不能自動(dòng)穩(wěn)定。
[0003]目前，市面上存在利用編碼器調(diào)節(jié)直流低電壓的裝置，但尚無(wú)利用光電編碼器調(diào)節(jié)直流高壓的裝置，以便適應(yīng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的電壓調(diào)節(jié)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題是在教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中電壓控制電路采用調(diào)節(jié)電位器完成，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)觸點(diǎn)損壞，接觸不良等情況，造成控制質(zhì)量下降以致失靈，需要定期更換，影響教學(xué)質(zhì)量的問(wèn)題。本實(shí)用新型的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，使用光電編碼器提供數(shù)字信號(hào)，以達(dá)到電壓調(diào)節(jié)目的，永久性使用調(diào)整不產(chǎn)生損壞、輸出高精度的直流高電壓、自動(dòng)穩(wěn)壓可靠性高，具有良好的應(yīng)用前景。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:包括光電編碼器電路、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、脈寬調(diào)制電路、升壓電路、模數(shù)測(cè)量電路和液晶顯示電路，所述光電編碼器電路的輸出端與單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連接，所述單片機(jī)的信號(hào)輸出端通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與脈寬調(diào)制電路的輸入端相連接，所述脈寬調(diào)制電路的輸出端與升壓電路相連接，所述升壓電路通過(guò)模數(shù)測(cè)量電路與單片機(jī)相連接，所述單片機(jī)還與液晶顯示電路相連接，
[0007]所述光電編碼器電路包括光電編碼器U7、上拉電阻R8和上拉電阻R9，所述光電編碼器U7的A路輸出端與單片機(jī)的第一 1端口相連接，所述光電編碼器U7的B路輸出端與單片機(jī)的第二 1端口相連接，所述上拉電阻R8設(shè)置在單片機(jī)的第一 1端口處，所述上拉電阻R9設(shè)置在單片機(jī)的第二 1端口處；
[0008]所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3，所述脈寬調(diào)制電路包括脈寬調(diào)制芯片U4,所述升壓電路包括電感L1、三極管S2、二極管Dl，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3的SDI端口與單片機(jī)信號(hào)輸出端相連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3的VOA端口與脈寬調(diào)制芯片U4的IIN+端口相連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3的VDD端口通過(guò)相并聯(lián)的電容C1、C2與5V電壓相連接，所述脈寬調(diào)制芯片U4的VCC端口外接15V電壓，并與電感LI的一端相連接，所述脈寬調(diào)制芯片U4的輸出端通過(guò)限流電阻R5與三極管S2的基極相連接，所述三極管S2的集電極、電感LI的另一端共同與二極管Dl的正極相連接，所述二極管Dl的負(fù)極為直流高電壓升壓裝置的電壓輸出端。
[0009]所述模數(shù)測(cè)量電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U6和分壓電路，所述分壓電路包括相串聯(lián)的電阻R2、R6，所述電阻R2的一端與二極管Dl的負(fù)極相連接，所述電阻R2、R6連接處與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U6的AIN2端口相連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U6的DOUT端口與單片機(jī)相連接。
[0010]前述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述單片機(jī)為STC89C52芯片，所述單片機(jī)還連接有復(fù)位電路，所述復(fù)位電路包括復(fù)位開關(guān)S1、電容C5和電阻R4，所述復(fù)位開關(guān)SI的一端接5V電壓，另一端與電阻R4的一端、單片機(jī)的RST端口共同連接，所述電容C5并聯(lián)在復(fù)位開關(guān)SI的兩端，所述電阻R4的另一端地線相連接。
[0011]前述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3為DAC7612芯片，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U6為AD7706芯片，所述脈寬調(diào)制芯片U4為TL494芯片。
[0012]前述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述液晶顯示電路包括128*64的IXD液晶顯示屏。
[0013]前述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述單片機(jī)還連接有第一晶振電路，晶振頻率為12M ;所述所述數(shù)|旲轉(zhuǎn)換芯片U6還連接有第_■晶振電路，晶振頻率為4M。
[0014]前述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述電感LI為1H，所述限流電阻R5為IkQ。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016](I)使用光電編碼器代替電位器，編碼器在調(diào)節(jié)的過(guò)程中幾乎沒(méi)有機(jī)械磨損，大大減少了損壞率；
[0017](2)采用數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、脈寬調(diào)制電路、升壓電路配合可實(shí)現(xiàn)輸出高電壓的自動(dòng)穩(wěn)定。具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。
[0018](3)采用12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓2(T500V精度0.5V的調(diào)節(jié)，可以根據(jù)用戶的需求，選擇更高位數(shù)的模轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)更高精度的電壓輸出調(diào)節(jié)。
[0019](4)體積小，便于用戶安裝，實(shí)用性強(qiáng)，能夠應(yīng)用在許多高校物理實(shí)驗(yàn)裝置中有直流高電壓的地方，例如金屬電子逸出功實(shí)驗(yàn)、密立根油滴實(shí)驗(yàn)、夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)等都需要直流高電壓的調(diào)節(jié)，提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的可靠性、大大減少設(shè)備的損壞率、降低設(shè)備的維修成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置的系統(tǒng)框圖。
[0021]圖2是本實(shí)用新型的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，包括光電編碼器電路、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、脈寬調(diào)制電路、升壓電路、模數(shù)測(cè)量電路和液晶顯示電路，光電編碼器電路的輸出端與單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連接，單片機(jī)的信號(hào)輸出端通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與脈寬調(diào)制電路的輸入端相連接，脈寬調(diào)制電路的輸出端與升壓電路相連接，升壓電路通過(guò)模數(shù)測(cè)量電路與單片機(jī)相連接，單片機(jī)還與液晶顯示電路相連接，這里使用光電編碼器電路代替電位器，在調(diào)節(jié)的過(guò)程中幾乎沒(méi)有機(jī)械磨損，大大減少了損壞率；采用數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、脈寬調(diào)制電路、升壓電路配合可實(shí)現(xiàn)輸出高電壓的自動(dòng)穩(wěn)定，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，模數(shù)測(cè)量電路用于測(cè)量輸出高電壓反饋給單片機(jī)，進(jìn)行流高壓電壓智能化調(diào)節(jié)。
[0024]如圖2所示，所述光電編碼器電路包括光電編碼器U7、上拉電阻R8和上拉電阻R9，光電編碼器U7的A路輸出端與單片機(jī)的第一 1端口(P32)相連接，光電編碼器U7的B路輸出端與單片機(jī)的第二 1端口(P20)相連接，上拉電阻R8設(shè)置在單片機(jī)的第一 1端口處，所述上拉電阻R9設(shè)置在單片機(jī)的第二 1端口處，單片機(jī)為STC89C52芯片，價(jià)格便宜，功耗低；
[0025]所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3，所述脈寬調(diào)制電路包括脈寬調(diào)制芯片U4，所述升壓電路包括電感L1、三極管S2、二極管D1，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3為DAC7612芯片，位數(shù)為12位，脈寬調(diào)制芯片U4為TL494芯片，電感LI為1H，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3的SDI端口與單片機(jī)信號(hào)輸出端(P03)相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3的VOA端口與脈寬調(diào)制芯片U4的IIN+端口相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3的VDD端口通過(guò)相并聯(lián)的電容Cl、C2與5V電壓相連接，脈寬調(diào)制芯片U4的VCC端口外接15V電壓，并與電感LI的一端相連接，脈寬調(diào)制芯片U4的輸出端通過(guò)限流電阻R5與三極管S2的基極相連接，限流電阻R5為IkQ，三極管S2的集電極、電感LI的另一端共同與二極管Dl的正極相連接，二極管Dl的負(fù)極為直流高電壓升壓裝置的電壓輸出端；
[0026]所述模數(shù)測(cè)量電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U6和分壓電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U6為AD7706芯片，位數(shù)為16位，分壓電路包括相串聯(lián)的電阻R2、R6，電阻R2的一端與二極管Dl的負(fù)極相連接，電阻R2、R6連接處與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U6的AIN2端口相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U6的DOUT端口與單片機(jī)相連接。
[0027]所述單片機(jī)還連接有復(fù)位電路，復(fù)位電路包括復(fù)位開關(guān)S1、電容C5和電阻R4，復(fù)位開關(guān)SI的一端接5V電壓，另一端與電阻R4的一端、單片機(jī)的RST端口共同連接，電容C5并聯(lián)在復(fù)位開關(guān)SI的兩端，電阻R4的另一端地線相連接。
[0028]所述液晶顯示電路包括128*64的IXD液晶顯示屏，128*64的IXD的RS端與單片機(jī)的POO端連接，E(SCLK)端與單片機(jī)的POl端連接，R/W(STD)端與單片機(jī)的P02端連接，BLA端接5V電壓，BLK接地，VSS接地線，VDD接5V單元，數(shù)據(jù)端口 DB0-DB7端分別與單片機(jī)的P10-P17端相連接。
[0029]所述單片機(jī)還連接有第一晶振電路，晶振頻率為12M ;所述所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U6還連接有第二晶振電路，晶振頻率為4M。
[0030]本實(shí)用新型的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，工作原理為，光電編碼器U7通過(guò)用戶控制輸出信號(hào)給單片機(jī)STC89C52，單片機(jī)STC89C52的輸出端信號(hào)給數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3片產(chǎn)生模擬電壓，模擬電壓提供給脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路根據(jù)提供的電壓產(chǎn)生不同占空比的方波信號(hào)，升壓電路根據(jù)不同占空比產(chǎn)生不同大小的輸出電壓，電壓范圍為(20V飛OOV的直流電壓)，模數(shù)測(cè)量電路通過(guò)分壓電路測(cè)量輸出電壓值，并將測(cè)量到的值反饋給單片機(jī)STC89C52，單片機(jī)STC89C52將接收到的反饋與光電編碼器的輸入值比較，若電路實(shí)際輸出值超出光電編碼器的輸入信號(hào)，單片機(jī)STC89C52將輸出信號(hào)使升壓電路接收到的占空比減小，從而使輸出電壓降低，若電路實(shí)際輸出值低于光電編碼器的輸入值，則單片機(jī)STC89C52將輸出信號(hào)使升壓電路接收到的占空比增大，從而使輸出電壓升高，最終達(dá)到光電編碼器設(shè)定的輸出，單片機(jī)STC89C52還將從模數(shù)測(cè)量電路接受到的反饋信號(hào)提供給LCD液晶顯示器，液晶顯示器顯示出測(cè)量的電壓值。
[0031]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:包括光電編碼器電路、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、脈寬調(diào)制電路、升壓電路、模數(shù)測(cè)量電路和液晶顯示電路，所述光電編碼器電路的輸出端與單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連接，所述單片機(jī)的信號(hào)輸出端通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與脈寬調(diào)制電路的輸入端相連接，所述脈寬調(diào)制電路的輸出端與升壓電路相連接，所述升壓電路通過(guò)模數(shù)測(cè)量電路與單片機(jī)相連接，所述單片機(jī)還與液晶顯示電路相連接， 所述光電編碼器電路包括光電編碼器U7、上拉電阻R8和上拉電阻R9，所述光電編碼器U7的A路輸出端與單片機(jī)的第一 1端口相連接，所述光電編碼器U7的B路輸出端與單片機(jī)的第二 1端口相連接，所述上拉電阻R8設(shè)置在單片機(jī)的第一 1端口處，所述上拉電阻R9設(shè)置在單片機(jī)的第二 1端口處； 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3，所述脈寬調(diào)制電路包括脈寬調(diào)制芯片U4，所述升壓電路包括電感L1、三極管S2、二極管Dl，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3的SDI端口與單片機(jī)信號(hào)輸出端相連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3的VOA端口與脈寬調(diào)制芯片U4的IIN+端口相連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3的VDD端口通過(guò)相并聯(lián)的電容C1、C2與5V電壓相連接，所述脈寬調(diào)制芯片U4的VCC端口外接15V電壓，并與電感LI的一端相連接，所述脈寬調(diào)制芯片U4的輸出端通過(guò)限流電阻R5與三極管S2的基極相連接，所述三極管S2的集電極、電感LI的另一端共同與二極管Dl的正極相連接，所述二極管Dl的負(fù)極為直流高電壓升壓裝置的電壓輸出端； 所述模數(shù)測(cè)量電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U6和分壓電路，所述分壓電路包括相串聯(lián)的電阻R2、R6，所述電阻R2的一端與二極管Dl的負(fù)極相連接，所述電阻R2、R6連接處與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U6的AIN2端口相連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U6的DOUT端口與單片機(jī)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述單片機(jī)為STC89C52芯片，所述單片機(jī)還連接有復(fù)位電路，所述復(fù)位電路包括復(fù)位開關(guān)S1、電容C5和電阻R4，所述復(fù)位開關(guān)SI的一端接5V電壓，另一端與電阻R4的一端、單片機(jī)的RST端口共同連接，所述電容C5并聯(lián)在復(fù)位開關(guān)SI的兩端，所述電阻R4的另一端地線相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3為DAC7612芯片，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U6為AD7706芯片，所述脈寬調(diào)制芯片U4為TL494芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述液晶顯示電路包括128*64的IXD液晶顯示屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述單片機(jī)還連接有第一晶振電路，晶振頻率為12M ;所述所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U6還連接有第二晶振電路，晶振頻率為4M。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電控制的直流高電壓升壓裝置，其特征在于:所述電感LI為1H，所述限流電阻R5為IkQ。
【文檔編號(hào)】G05F1/56GK203950229SQ201420372898
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】張莉, 張共寧, 袁丕芳, 顧大偉, 朱勇, 張楷龍, 任英豪, 文昊昊, 卓世偉 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)