太阳能电池检测设备方案.doc

太阳能电池检测设备方案
学习单位：安徽师范大学
完成时间：2011-1-25
版本：Sun Source Check V1.0
一、主控芯片：STM32F103VC
资源介绍：128K Flash 20K SRAM USB2.0 SPI CAN I2C 12bitAD DA ；
STM32F103xC、STM32F103xD和STM32F103xE增强型系列使用高性能的ARM® Cortex™-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C、3个SPI、2个I2S、1个SDIO、5个USART、一个USB和一个CAN。(参考价格：22元/pcs)
二、AD芯片：AD7705
资源介绍：16bit AD 两路差分输入通道 增益可编程放大器PGA；
器件包括由缓冲器和增益可编程放大器（PGA）组成的前端模拟调节电路、Σ-Δ调制器、可编程数字滤波器等部件。能直接将传感器测量到的2路微小信号进行A/D转换，同时还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点，非常适合应用在仪表测量、工业控制等领域。 (参考价格：20元/pcs)

芯片工作在5V系统下，参考电压选取2.5V。分辨率=2.5V/216 =3.8*10-5 V=0.04mV
三、开关电源：
1、选取90W可调开关电源用于电源模块，输出电压范围0-30V，电流范围0-3A。通过PWM控制实现输出可调，选取适当的光耦隔离(考虑光耦速度，匹配PWM控制信号的频率)。
2、考虑系统工作所需电压为3.3V、5V、1.2V。故需要稳定的5V电压供给系统使用，采用小功率变压器配合7805产生，同时作为固定电压输出。
四、低阻测量：
通过可控恒流源输出固定值的电流，通过待测电阻，测量端电压。利用伏安法测出电阻值，要确保恒流源的精度，其次AD的精度，以及对数据采集的处理(采集多少个数据如何处理)。也就是所谓的四线测量法，采用图解说明如下：

五、控制面板：
1、一对电流检测接口、一对电压接口、一对可调输出接口(恒压源、恒流源共用)。电压和电流检测接口组成四线测量法接口。
2、通过按键切换工作方式，电压检测、电流检测、电阻检测、电压源输出、电流源输出。
3、作为电压、电流源输出时，通过一对按键用于调节电压电流值(初始值为0V、0A；单步步进值：0.1V、1mA；当按键处于长按下的状态，连续步进值：1V、100mA)
4、作为低阻测量时，采用四线法接口，将电流检测接口切换至可调电流源，同时电压检测不变。
5、显示部分采用LCD分栏显示（待选LCD12864、TFT280*320），电压电流源输出一直保持显示状态。

六、框架结构：

七、参数测量的功能抽象：
1、电压、电流参数测量时，两对端子通过信号调理、隔离电路分别接入AD7705的两个通道。
2、电阻参数测量时，电压端子不变，电流端子通过程控开关切换至恒流源上。
3、功能选择考虑到MUX数据开关阻值问题，采用继电器替代。
4、采样电阻选取大功率电阻(宜选取0.1欧姆10W)。

八、电源部分的功能抽象：
1、电源与控制部分采用光耦隔离。
2、取样电阻选取适当的大功率电阻(宜选取1欧姆10W)。
3、电压、电流采集通过信号调理、隔离电路与STM32f103的内部AD连接。

九、电流源部分：
选取适当的MAXIM恒流源芯片，自动匹配待测电阻所需的最佳电流。
(普遍常用AD公司REF200恒流源芯片)
十、电源监测部分的信号调理：

1、网络增益=(90K/1000K) * (1+20K/180K)=1/10；
2、电源输出最大电压为30V，STM32的AD电压范围0-3.3V。R1和R2组成分压网络，此处电阻选取精度为0.1%的色环电阻。
3、TL084工作电压选取5V单电源即可满足需求。

1、网络增益=1，电压跟随器，用于隔离。
2、电源输出最大电流为3A，取样电阻上的电压最大为3V，而STM32的电压范围0-3.3V。
3、TL084工作电压选取正负5V双电源即可满足需求，考虑到内部管子压降，不能满足小信号的调理(除非选取rail-to-rail型的运放)。
十一、参数测量部分的信号调理：

1、网络增益=(9K/200K) * (1+20K/180K)=1/20；
2、AD7705的AD电压范围0-2.5V，由此可知网络前端最大输入电压为50V。R1和R2组成分压网络，此处电阻选取精度为0.1%的色环电阻。
3、TL084工作电压选取正负5V双电源即可满足需求，考虑到内部管子压降，不能满足小信号的调理(除非选取rail-to-rail型的运放)。
4、当电压过小时，配置AD7705的内部增益，实现低电压的检测，具体的处理方式：先在AD7705的增益为1的情况下获得电压值V0然后将V0匹配在适当增益A下(1、2、4、8、16、32、64、128)，满足V=A* V0<2.5V的最佳A值，此部分由STM32内部软件算法完成。

1、网络增益=1，电压跟随器，用于隔离。
2、AD7705的AD电压范围0-2.5V，由此可知网络前端最大输入电压为2.5V。最大电流=最大电压/取样电阻=25A。
3、TL084工作电压选取正负5V双电源即可满足需求，考虑到内部管子压降，不能满足小信号的调理(除非选取rail-to-rail型的运放)。
4、当电流过小时，配置AD7705的内部增益，实现小电流的检测，具体的处理方式：先在AD7705的增益为1的情况下获得取样电阻上的电压值V0然后将V0匹配在适当增益A下(1、2、4、8、16、32、64、128)，满足V=A* V0<2.5V的最佳A值，此部分由STM32内部软件算法完成。

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