[电子设计竞赛]两线制直流电源电压显示表 ->2019年绍兴市电子设计大赛A题

寄语: 优快云记录我的每一次自闭

2019年绍兴市电子设计大赛A题-说明

1.任务

设计并制作一台两线制直流电源电压显示表。作为典型的电池类电源电压监视器，它使用两根引线连接直流电源，它的电路直接从电源取电（禁止外部供电），同时测量并显示电压。

2.要求

1．基本要求
（1）设计如图1中的两线制电压表，要求输入的信号Ui范围是3V—36V。在这个电压范围内，电压表必须能够正常工作，显示器显示要能够跟随输入电压变化而变化。
（2）显示分辨率不低于0.01V。
（3）以0V作为最小量程端，以36V作为最大量程端，要求3V—36V实际量程中任何一点测量值的满量程相对误差不大于0.3%。
2．发挥部分要求
（1）供电电源电压Ui最小可以降落到1.2V，此时测量表仍旧能够正常工作。
（2）供电电源电压Ui最大可以升高到60V，此时测量表仍旧能够正常工作。
（3）以0V作为最小量程端，以60V作为最大量程端，要求1.2V—60V量程中任何一点测量值的满量程相对误差不大于0.2%。
（4）其它发挥。

3.说明

1．测试时，使用可调直流电源作为电压源。使用五位半表监测直流输入电压。
2．作品设计时要留有必要的连接与测试端子，方便测试。
3．电路必须从Ui处直接取电，禁止使用其它任何电源。
4．满量程相对误差=（测量点的绝对误差/量程范围）*100%。

思路及想法

个人想法

拿到这套题,看到题目其实感觉并不难,除开电源部分,就是一个很简单的AD采集的题目,主要难度在于如何处理0.8-80V(提高要求)的电压值,通过自适应升降压稳出一个合适的电压,再通过处理得到一个稳定的处理器能够接受的电压,驱动处理器.

团队想法

这道题简单! 就做这道题 <–大佬一
我觉得海星!<–大佬二

想法实现过程

方案一

因为平时偶尔有使用过升压芯片,MT3608 但查过芯片手册之后,其门槛值为1.5V 故排除此方案 

方案二

使用类似7805的线性稳压架构.自己搭建射极反馈稳压电源. 翻遍实验室才找出几个100V的复合管,就用他了! 通过稳压器稳出0.8
-3.5v之后,在通过1301升压至2.7v 通过稳压管稳出2.5v供运放和处理器!

芯片选型

本来本咸鱼STM32的代码都写完了,突然意识到因为使用了稳压管,所以功耗不能大于10mA, 为了使电源质量高,功耗最好不超过5mA
后来发现这是对的,甚至我整个系统功耗没有超过2mA,原因后来分析.
接着上面说的,剔除STM32后,选型选择了STM8L151,主频500k,使用ADC+DMA+TIM2 驱动六位段式液晶,处理器和显示器在输入电源
2.5V时.总电流不超过1.4mA.

电路与程序设计

线性稳压电路

线性稳压电路如上图所示，当输入电压为1.2V—60V时，应保证线性稳压电路的输出为2.5V，首先通过NPN三极管，PNP三极管，构
成负反馈电路，使负反馈电路的输出最低为1.2V，然后再通过DC-DC升压芯片，将1.2V升高至2.7V，2.7V电压，通过稳压管，转换
为2.5V.NPN三极管和PNP三极管选择需要注意，三极管的放大倍数较大，而且三极管的Vce至少大于60V。

测试方案与测试结果

测试仪器

一台五位半万用表，型号DM3058，2台电源箱，型号DP832。

测试方案

测试时，使用可调直流电源作为电压源。使用五位半表监测直流输入电压，然后通万用表的值（真实值）和显示器上的值（测量值），计算出满量程相对误差。满量程相对误差，下公式所示。
满量程相对误差=（测量点的绝对误差/量程范围）*100%

测试结果

基础要求部分数据

电源箱电压/V	真实值/V	测量值/V	绝对误差/mV	满量程相对误差
3.0	2.996	3.001	5.000	0.014%
4.0	3.995	4.000	5.000	0.014%
5.0	4.995	5.000	5.000	0.014%
8.0	7.996	7.998	2.000	0.006%
11.0	10.994	10.996	2.000	0.006%
14.0	13.995	13.995	0.000	0.000%
17.0	16.996	16.998	2.000	0.006%
20.0	19.999	19.997	2.000	0.006%
24.0	23.996	24.003	7.000	0.019%
28.0	27.997	28.005	10.000	0.010%
32.0	31.996	32.007	11.000	0.031%
36.0	35.999	36.010	11.000	0.031%

发挥要求部分数据

电源箱电压/V	真实值/V	测量值/V	绝对误差/mV	满量程相对误差
1.2	1.192	1.195	3.000	0.005%
2.0	1.994	1.998	4.000	0.007%
3.0	2.996	3.001	5.000	0.008%
4.0	3.995	4.000	5.000	0.008%
5.0	4.995	5.000	5.000	0.008%
8.0	7.996	7.998	2.000	0.003%
11.0	10.994	10.996	2.000	0.003%
14.0	13.995	13.995	0.000	0.000%
17.0	16.996	16.998	2.000	0.003%
20.0	19.999	19.997	2.000	0.003%
24.0	23.996	24.003	7.000	0.012%
28.0	27.997	28.005	10.000	0.010%
32.0	31.996	32.007	11.000	0.018%
36.0	35.999	36.010	11.000	0.018%
40.0	40.000	40.002	2.000	0.003%
48.0	48.001	48.009	8.000	0.013%
56.0	56.001	55.996	5.000	0.008%
60.0	60.002	60.010	8.000	0.013%

发挥部分测试数据

本项目的其它挥部分，是将输入电压范围扩大至0.9V—80V。低功耗运行，当输入电压为80V时，功耗为仅需0.8W。

电源箱电压/V	真实值/V	测量值/V	绝对误差/mV	满量程相对误差
0.9	0.894	0.895	1.000	0.001%
2.0	1.994	1.998	4.000	0.005%
3.0	2.996	3.001	5.000	0.006%
4.0	3.995	4.000	5.000	0.006%
5.0	4.995	5.000	5.000	0.006%
8.0	7.996	7.998	2.000	0.002%
11.0	10.994	10.996	2.000	0.003%
14.0	13.995	13.995	0.000	0.000%
17.0	16.996	16.998	2.000	0.003%
20.0	19.999	19.997	2.000	0.002%
24.0	23.996	24.003	7.000	0.009%
28.0	27.997	28.005	10.000	0.010%
32.0	31.996	32.007	11.000	0.014%
36.0	35.999	36.010	11.000	0.014%
40.0	40.000	40.002	2.000	0.003%
48.0	48.001	48.009	8.000	0.010%
56.0	56.001	55.996	5.000	0.006%
64.0	64.002	63.999	3.000	0.004%
72.0	72.004	72.003	1.000	0.001%
80.0	79.999	80.006	7.000	0.009%

测试结果分析

通过对测试数据分析可知，当输入电压为3V-36V时，电压表可以正常工作，显示器显示要能够跟随输入电压变化而变化。显示分辨率不低于0.01V，而且在此量程范围内，任何一点测量值的满量程相对误差不大于0.3%。当输入电压为1.2V—60V时，电压表也能正常工作，任何一点测量值的满量程相对误差不大于0.2%，测试结果符合题目要求。此外在原有的基础上，将输入电压扩充至0.9V—82V时，电压表可以正常工作，且任何一点测量值的满量程相对误差不大于0.05%。

实物照片

第一次写文章, 还望多多指教!