模拟恶劣工业环境的电源状况的直流电源模拟装置

摘要

模拟恶劣工业环境的电源状况的直流电源模拟装置，包括：括串口电平转换电路、单片机、非易失性存储器、滤波电路、功率放大电路、供电电路和输出接口；其中，所述供电电路与串口电平转换电路、单片机、非易失性存储器、滤波电路、功率放大电路相连接；单片机与串口电平转换电路、非易失性存储器(11)、滤波电路相连接；滤波电路与功率放大电路相连接，功率放大电路与输出接口相连接，所述供电电路为该装置提供输入电源；所述单片机读取存储在非易失性存储器内的参数，根据该参数控制单片机管脚上高低电平的占空比，即输出PWM波，该PWM波经过所述滤波电路与功率放大电路滤波和功率放大后通过所述输出接口输出模拟恶劣工业环境下电压不稳定的直流电。

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流电源模拟装置，具体地说，本发明属于工业控制设备制造的技术领域，

背景技术

供电系统、设备及负荷有关的问题会导致电能质量下降，干扰电子设备正常运作。特别是在工业控制现场，大量的控制设备内含微处理器，这些微处理器都是采用直流电源，电能质量下降会导致这些微处理器出错、死机等故障。一般解决该问题通常有两个途径：

(a)加强直流电源本身的抗干扰能力，在外界电能质量下降时，电源内部机制保证直流输出恒定，如现在广泛采用的滤波技术、开关电源技术等。中国专利90212288.6和90105668.5用来模拟交流电中断、降压、脉冲三种干扰，而这三种交流电干扰对微处理器的影响与微处理器使用的直流电源有关，现有的高性能开关电源技术可以减少或完全消除这三种交流电干扰，使其对其直流输出影响很小。

(b)加强微处理器本身的抗干扰能力，通常采用滤波、电压监视模块和看门狗技术来防止系统死机或程序跑飞。但这种内含微处理器的控制设备通常在实验室或生产车间调试时正常，而在工业现场就会出现出错、死机现象。主要原因就是工业现场一般都环境恶劣而导致直流电源的波动，这种波动在实验室和生产车间的环境下很少出现。因此为了能检验内含微处理器的控制设备的实际工作性能，需要有能够模拟直流电源波动的设备来模拟恶劣工业环境下的直流电源输出，用以测试这些微处理器控制系统，检验其滤波、电压监视模块和看门狗等部分是否工作正常，微处理器抗干扰能力是否足够强。本发明正是基于该目的。

发明内容

技术问题：

本发明的目的就是提供一个能够模拟恶劣工业环境下输出电压不稳定的直流电源模拟装置，用以模拟恶劣工业环境下各种直流电源的畸变，用来测试含微处理器的控制系统，检验其滤波、电压监视模块和看门狗等部分是否工作正常，微处理器抗干扰能力是否足够强。以解决现有技术中该种设备的缺失问题。

技术方案：

本发明提供了一种模拟恶劣工业环境下电源状况的直流电源模拟装置，括串口电平转换电路、单片机、非易失性存储器、滤波电路、功率放大电路、供电电路和输出接口；其中，所述供电电路与串口电平转换电路、单片机、非易失性存储器、滤波电路、功率放大电路相连接；单片机与串口电平转换电路、非易失性存储器、滤波电路相连接；滤波电路与功率放大电路相连接，功率放大电路)与输出接口相连接，所述供电电路为该装置提供输入电源；所述单片机读取存储在非易失性存储器内的参数，根据该参数控制单片机管脚上高低电平的占空比，即输出PWM波，该PWM波经过所述滤波电路与功率放大电路滤波和功率放大后通过所述输出接口输出模拟恶劣工业环境下电压不稳定的直流电。

在本发明的一个优选实施例中模拟恶劣工业环境下电源状况的直流电源模拟装置还包括参数设置单元，用于设置所述非易失性存储器内的参数，该参数设置单元设置在计算机中，通过设置在该直流电源模拟装置上的计算机接口与该直流电源模拟装置通信，所述参数包括：周期、幅值、最高电压、最低电压、最高电压持续时间、最低电压持续时间、上升过程时间、跌落过程时间。

本发明的一个优选实施例中，所述滤波电路为一低通滤波器，用于将所述PWM波这一脉冲信号转化为含较多的高频成分的直流信号；所述功率放大电路为一带反馈的功率放大器，用以放大直流信号。

在本发明的一个优选实施例中，所述单片机的型号为89C52；非易失性存储器的型号为X25045，X25045内置看门狗和电压监视电路；所述滤波电路采用型号为LM324的运放和外围电路组成。

有益效果：本发明提供的直流电源模拟装置，与信号发生器不同，本发明输出的电流较大，其最后一级是带反馈的功率放大环节，使得输出电流达到几个安培，甚至更大，并且通过单片机的PWM波控制可以方便模拟各种直流电源的畸变，用来测试含微处理器的控制系统，检验其滤波、电压监视模块和看门狗等部分是否工作正常，微处理器抗干扰能力是否足够强。

附图说明

图1为本发明提供的装置在使用时的系统组成图；

图2为本发明提供的装置的一个优选实施例的硬件结构图；

图3为本发明提供的装置的一个优选实施例的参数设置界面；

图4为本发明提供的装置的一个优选实施例的主程序框图；

图5为本发明提供的装置的一个优选实施例的单片机串口中断程序框图；

图6为本发明提供的装置的一个优选实施例的单片机定时器中断程序框图。

编号说明：1：直流电源模拟装置；2：被测试设备；3：计算机；4：单片机；5：串口电平转换电路；6：RS-232接口(一种计算机接口)；7：供电电路；8：滤波电路；9：功率放大电路；10：输出接口；11：非易失性存储器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参考图1，本发明提供的装置在使用时的系统组成。如图所示，本发明的直流电源模拟装置1通过其输出接口与被测试设备2连接，用以输出不稳定的模拟恶劣工业环境的直流供电给被测试设备2，以测试被测试设备2在不稳定直流供电时的运行状态。在本发明的一个优选实施例中，直流模拟装置1还包括一和计算机3连接的接口，用于和计算机3连接，在计算机3上运行有参数设置单元，可以是软件的形式，可以通过该参数设置软件对直流模拟装置1设置参数，因此，直流模拟装置1的的参数可以根据需要随时由计算机3上的参数设置软件更改。并不要求计算机3一直和直流模拟装置1连接，而是需要参数设置就连接，设置的参数会被保存在直流模拟装置1的非易失性存储器中，即使停电也不会丢失。

参考图2，图示了本发明提供的装置的一个优选实施例的硬件结构。如图所示，本发明的一个优选实施例中，直流模拟装置1包括串口电平转换电路5、单片机4、非易失性存储器11、滤波电路8与功放电路9构成的滤波与功放电路、供电电路7和输出接口10。其中，所述供电电路7与串口电平转换电路11、单片机4、非易失性存储器11、滤波与功率放大电路相连接，为这些部件提供电源。单片机4与串口电平转换电路5、非易失性存储器11、滤波与功率放大电路相连接；滤波与功率放大电路与输出接口10相连接。工作时，所述单片机4读取存储在非易失性存储器11内的参数，根据该参数控制单片机管脚上高低电平的占空比，即输出PWM波，该PWM波经过所述滤波与功率放大电路滤波和功率放大后通过所述输出接口10输出模拟恶劣工业环境下电压不稳定的直流电。

在本发明的一个优选实施例中，直流模拟装置1还包括一计算机接口，即图2中的RS-232接口6，该接口用于和计算机相连接(如图1)，在计算机中，部署有以软件形式的参数设置装置，用于设置存储在所述非易失性存储器内的参数。

在本发明的这个优选实施例中，单片机4是硬件核心，计算机3通过RS-232接口6和串口电平转换电路5与单片机4通信，进行参数设置；参数存储在非易失性存储器11内；单片机4据非易失性存储器11内的参数，输出相应的PWM波；该PWM波经过滤波电路8和功放电路9输出：通过输出接口10连接到被测试设备进行测试。

在本实施例中，单片机4采用89C52；非易失性存储器11采用X25045，X25045内置看门狗和电压监视电路，保证本发明的工作稳定；滤波电路8采用运放LM324和外围电路组成，包含跟随、滤波和波形放大电路；功放电路9采用运放LM324和大功率晶体管组成，并构成反馈回路，另外该环节还有保护电路，以防止输出短路烧毁大功率晶体管；串口电平转换电路5采用MAX232，实现RS-232电平和TTL电平转换。

图3为本发明提供的装置的一个优选实施例的参数设置界面之一，参数设置界面是在计算机3上运行的，图3界面可以对本发明输出非正弦波的各种参数进行设置。包括：低电压值、高电压值、低电压持续时间、高电压持续时间、电压上升时间、电压下降时间等。

图4给出了本发明提供的装置的一个优选实施例的主程序框图。所有的程序都设置在单片机4内。主程序主要实现初始化，包括读非易失性存储器11存储的参数到缓冲区、初始化各种初值和中断，开中断，在主循环内实现清看门狗和设置指示灯状态等。

图5给出了本发明提供的装置的一个优选实施例的单片机串口中断程序框图。计算机3设置参数时单片机4产生串口中断，中断判别并接收设置参数，接收完全部参数后校验，校验正确则保存参数、更改输出、回复计算机3接收正确；校验错误，则回复计算机3接收参数错误，计算机3可以重新发送参数。

图6给出了本发明提供的装置的一个优选实施例的单片机定时器中断程序框图。定时器中断的主要任务是根据设定的参数得到输出电压值，通过调节PWM输出的占空比来实现，同一PWM脉冲要输出多个，保证输出滤波后得到需要的电压，然后再根据下一输出电压值改变PWM占空比，这样连续不断地输出预期的不稳定的直流电。

本实施例并非构成对本发明的限制，本领域普通技术人员在通过阅读本实施例后做出的等同变换，也属于本发明的保护范围。