基于NRF24L01的无线数控直流稳压电源

2016-12-20熊川

桂林航天工业学院学报 2016年3期

关键词：稳压电源键盘直流

熊川

(桂林航天工业学院电子信息与自动化学院，广西桂林 541004)

基于NRF24L01的无线数控直流稳压电源

熊川*

(桂林航天工业学院电子信息与自动化学院，广西桂林 541004)

提出一种基于NRF24L01的无线数控直流稳压电源设计方案：电路通过无线键盘直接输入数值，主控接收电路可输出相应数值的直流电压，无线传输稳定，输出电压精确。该方案操控便捷，有较大应用价值。

无线；NRF24L01；数控；稳压电源；键盘

随着现代科技快速发展，人们极大的享受着电子设备带来的便利，但任何电子设备都有一个共同电路——电源电路。电源系统的应用范围越来越广，服务于各行各业，各大领域的电子设备与产品，大到超级计算机、小到袖珍计算器，电源都是其重要组成部分。各种电子设备正常稳定工作均须电源提供持续稳定、满足负载要求的能源保障[1]。

直流稳压电源的结构、复杂程度千差万别，有的结构简单，制作成本低；有的输出功率大、带载能力强；有的电压调节范围宽、效率高等。但传统的直流稳压电源较少将智能化、高精度、无线数控等优点集中实现[2-3]。

为满足操作方便、智能、输出电压精确的电源需求，在直流稳压电源的基础上，提出无线数控调节方案，作为独立电源设备[4]，具有较大的应用价值和研究意义。

1 电路设计方案

设计分为无线键盘电路和主控接收电路两部分，均带LCD屏显示，在直流稳压电源基础上融入无线数控功能，无线键盘端输入需要的电压数值，主控接收端收到信号后直接输出相应电压值，也可通过上、下按键步进调节电压[5-6]。

1.1 无线数控键盘设计方案

无线数控键盘主要由单片机、LCD屏、矩阵键盘、无线模块以及电源等五部分构成。单片机读取矩阵键盘输入，处理键值，当检测到“确认”键按下，则通过无线模块发送键值信号，并在LCD屏显示数值，其原理框图如图1所示。

图1 无线数控键盘原理框图

1.2 主控接收电路设计方案

主控接收电路由单片机、无线模块、LCD屏、D/A和A/D转换器、电压调整模块，以及电源组成。无线模块接收到数值信号后，经单片机计算处理，输出控制信号给D/A转换器，转换输出模拟电压信号到电压调整模块，经过反相放大、扩流稳压后输出，同时经A/D取样采集当前输出的实际电压与期望值比较[7]，调整后最终输出需要的直流电压，主控接收电路的原理框图如图2所示。

图2 主控接收电路原理框图

2 硬件电路原理设计

2.1 供电电源模块

电压调整模块需要±15 V电压，主控接收电路需要+5 V电压，所以电源模块应包括+15 V、-15 V和+5 V三种电压，将供电电源分为电压调整模块供电和主控接收电路供电两部分，如图3所示。

2.2 无线键盘模块

无线键盘采用NRF24L01作为无线发送和接收模块，该模块工作稳定，传输距离较远[8]。单片机从P3口读取矩阵键盘输入，进行键值处理，当检测到“确认”键按下，则通过无线模块发送数值，并在LCD1602显示，无线键盘电路如图4所示。

2.3 主控接收端电路

图3 供电电源模块原理图

图4 无线键盘模块原理图

图5 主控接收电路原理图

2.4 D/A、A/D转换电路

(1)

图6 D/A、A/D转换电路

2.5 电压调整模块

如图7所示为电压调整模块电路，该电路包含反相放大、扩流稳压两部分。反向放大电路中R11、C8对D/A输出的模拟信号构成RC低通滤波，R6、R10、R13与运算放大器LM358构成反相放大，再经R5和C10取样电路将电压跟随到三端稳压器LM7812的②脚基准控制端(设值为V2)，从③脚输出稳定电压Vout，同时Q1、R1、D1构成扩流，最终由C5、C2组成的滤波电路输出直流电压。三端稳压器LM7812输出电压Vout与基准控制端电压V2满足线性关系[11]：

Vout=V2+12

(2)

扩流输出电压与稳压器输出电压均为Vout，其最大输出电压范围为0～12 V。

图7 扩流稳压模块原理图

3 软件程序设计

3.1 无线键盘程序设计

程序开始后，初始化LCD1602和无线模块，然后检测矩阵键盘是否有按键信号输入，如果有，则处理输入键值，然后再检测键盘输入，如果没有，则继续检测，当检测到“确认”键按下，则把键值送往无线模块发送，并显示其数值，程序流程图如图8所示。

图8 无线键盘程序流程图

3.2 主控接收端程序设计

程序开始后，初始化LCD1602和无线模块，然后读取无线模块是否收到“确认”按键信号，如果未收到，则继续读取，直到接收到“确认”按键和数字键值信号，经单片机计算处理输出相应的控制信号到D/A转换器转换输出模拟电压信号，同时将输出电压的采集反馈值与期望值比较[12]，进而修正输出控制信号，并在LCD1602显示该电压的实际值，程序流程图如图9所示。