基于STM32F103的数字式电镀电源并联均流系统设计_电镀_有机锡应用_有机锡交易网

基于STM32F103的数字式电镀电源并联均流零碎设计

张伟1，李长春1，王圣元1，阮谢永2，余亚东2，潘张鑫2

(1.绍兴市承天电器无限公司浙江绍兴312000;2.绍兴文理学院浙江绍兴312000)

择要：为了完成年夜功率数字式电镀电源，提出了一种基于ARM芯片STM32F103的数字式电镀电源并联均流零碎设计计划，并实现零碎的软硬件设计。该零碎采纳STM32F103作为主控芯片，经过CAN总线管制多个电源模块并联工作并使其电流均匀，达到年夜功率输入的目的。零碎具备多种工作模式以及外设接口，人机界面友善。实际使用标明，零碎工作稳固，达到设计要求。

要害词：电镀电源;并联均流;STM32F103;CAN总线

中图分类号：TN86文献标识码：A文章编号：1674-6236(2012)02-0174-03

STM32系列解决器是由意法半导体ST公司消费、基于ARM公司Cortex-M3内核的MCU，专门为微管制零碎、汽车管制零碎、产业管制零碎以及无线网络等嵌入式使用畛域而设计，具备高功能、低功耗、高集成度、丰厚且功能出众的片上外设、编程复杂度低等优点[1]。数字式电镀电源并联均流零碎以数字通讯以及管制的形式完成多个电源模块的并联工作，提供更年夜的输入功率，具备组合灵敏、牢靠性高、人机接口友善、工作模式多样等优点[2-7]。本文彩用STM32F103VET6解决器作为主控芯片，完成了一种以CAN总线为通讯前言、具备稳压/稳流/安培时/工艺曲线/近程管制5种工作模式、液晶图形显示的数字式电镀电源并联均流零碎(如下简称“并联均流零碎”)，给出了零碎次要软硬件的具体设计计划。

1·总体设计

并联均流零碎由主控模块以及功率模块组成，如图1所示。主控模块以及功率模块间以高效以及高牢靠性的CAN总线为通讯前言。主控模块实现人机交互以及零件的运转监控。每一个功率模块本质为单个电源模块，依照主控模块的指令以稳压或稳流的形式工作。零碎正在稳流工作形式下，主控模块将设定工作电流平均调配给每一个功率模块，功率模块依据调配电流管制本模块以稳流形式运转，从而完成零碎稳流以及均流。零碎正在稳压工作形式下，主控模块指定一个功率模块为主模块，其他为从模块。主模块依照主控模块给定的电压以稳压形式工作，完成零碎稳压。同时主控模块猎取每一个功率模块的电流，较量争论均匀电流并调配给从模块，从模块依照均匀电流以稳流形式工作，完成零碎均流。正在稳流或稳压工作的根底上，安培时模式下主控模块统计工作安培时数，当达到设定安培时数时进行加药管制。工艺曲线模式下主控模块管制零碎依照设定的稳压或稳流工作曲线工作。近程管制模式下，上位机经过与主控模块通讯实现对零碎的运程监控。

2·零碎硬件设计

2.1主控芯片STM32F103VET6

STM32F103VET6属于STM32F103加强系列解决器，具备更多片内RAM以及外设，详细特点以下[1]：

1)采纳基于哈佛架构的3级流水线内核Cortex-M3，具备单周期乘法、硬件除了法特点，高工作频次72 MHz，运算速率高达1.25 DMips/MHz

2)内置高速存储器，高达512 k字节的闪存以及64 k字节的SRAM。

3)多达80个疾速多性能双向I/O口，一切I/O口能够映照到16个内部中缀;简直一切端口都可容忍5 V旌旗灯号。

4)多达11个按时器，包罗4个16位通用按时器、2个16位带死区管制的PWM初级管制按时器、2个看门狗按时器、零碎工夫按时器、2个用于驱动DAC的16位根本按时器。

5)多达13个通讯接口，包罗2个I2C接口、5个USART接口、3个SPI接口、CAN接口、USB2.0全速接口、SDIO接口。

6)3个12位A/D转换器，1μs转换工夫(多达21个输出通道)以及2通道12位D/A转换器。

STM32F103VET6超卓的功能以及丰厚的资本使患上简直没有需求扩大核心电路就能齐全餍足设计要求，使硬件设计年夜为简化。执行速率以及内存容量齐全餍足主控模块的多义务及时使用。如图1所示，主控模块设计应用STM32F103VET6的CAN、USART、USB等通讯接口，CAN用于以及功率模块通讯，2个USART辨别用于微型打印机以及485通讯(上位机通讯)，USB用于条记本现场设置装备摆设电源零碎参数。主控模块人机界面中的LCD、按键、LED批示、蜂鸣器和加药开关，均经过GPIO衔接，总计34个。

2.2 CAN通讯模块

CAN通讯模块是零碎中要害的通讯模块，由CAN管制器、光耦隔离以及CAN总线驱动器组成(见图1)。CAN管制器集成于STM32F103VET6外部，齐全支持CAN协定2.0A以及2.0B，波特?高可达1兆位/秒。管制器外部集成3个优先级可设置装备摆设的发送邮箱、2个3级深?的接纳FIFO、14个位宽可变的过滤器组以及灵敏的中缀治理，能够高效地实现主控模块与多个功率模块间的年夜量通讯。

光耦隔离以及CAN总线驱动器电路如图2所示。CAN-TX以及CAN-RX是与CAN管制器相连的发送数据线以及接纳数据线。因为零碎输入功率年夜，电磁滋扰强，采纳高速光耦6N137将CAN管制器与CAN总线隔离。MCP2551是一个可容错的高速CAN总线驱动器，作为CAN管制器以及物理总线的接口。

2.3 LCD模块

LCD模块是人机界面的次要组成局部。用LCD替代传统的数码管，能够使用图形交互界面，令人机交互不便友善。零碎采纳240×128图形点阵STN液晶模块ZLG240128A，该模块采纳RA6963管制器，内建256-word的ROM字形孕育发生器，能够显示英文字型、数字符号等字母，并支持年夜64 kByte的内部显示内存(Display RAM)，具备文字显示模式、画图显示模式及夹杂显示模式。LCD接口电路如图3所示，左侧LCD管制以及数据线与5 V容忍GPIO衔接。LCD模块的工作电压为5 V，而STM32F103VET6的输入电压为3.3 V，因而应用10 k排阻RP一、RP2作为上拉电阻，并应用GPIO的开漏模式。可变电阻VR1用于背光洁度调理。

3·零碎软件设计

3.1软件总体架构

软件总体架构如图4所示。底层固件库模块由ST公司提供，包罗STM32F103系列解决器一切外设驱动以及使用接口。启动设置装备摆设模块由汇编文件stm32f10x_startup.s形成，实现货仓旅馆以及中缀向量表的初始化。硬件设置装备摆设模块实现复位以及时钟(RCC)、中缀管制器、GPIO、看门狗、按时器等片表里设的初始化。中缀效劳包罗零碎节奏时钟、看门狗、CAN收发、按时器、USART的中缀效劳顺序。设计中采纳及时操作零碎，便于完成人机界面、通讯、管制等多个义务的调和运转，保障管制的及时性。人机界面模块包罗LCD驱动、按键扫描、图形用户界面、LED以及蜂鸣器驱动，完成人机交互。工作管制模块监控多个功率模块并联运转，并完成均流。通讯模块实现监控功率模块运转所需求的CAN通讯以及上位机近程管制时的485通讯。按时器模块提供其余模块工作所需求的按时性能。

3.2工作管制模块

工作管制模块包罗零碎初始化以及运转管制两局部。零碎初始化经过读取功率模块的额外参数、统计功率模块数、较量争论零碎总额外电流，以确定并联络统的初始设置装备摆设。运转管制依照用户指定形式，及时监控功率模块并联运转，监控流程如图5所示。起首向功率模块设置稳压或稳流工作模式和电压或电流参数，而后发送启动饬令，使功率模块开端工作。状态查问以播送形式发送查问饬令，以查问各功率模块的运转状态以及参数。报文接纳接纳功率模块发送的查问呼应报文，并从报文中取得数据;通讯检测依据能否有呼应报文判别通讯能否失常。数据解决依据报文接纳中取得的数据较量争论总电流、电压、均匀电流(稳压模式)、安培时(安培时模式)等零碎运转参数。毛病解决检测功率模块以及零碎毛病，进行毛病解决以及报警。输入解决依据以后的运转状态输入管制参数，包罗软启动输入、正在稳压模式下输入均匀电流、安培时模式下输入加药旌旗灯号、工艺曲线模式下输入下一阶段的电压或电流参数等。停机管制正在需求停机时经过发送停机饬令管制功率模块中止工作。