基于STM32F103的數(shù)字式電鍍電源并聯(lián)均流系統(tǒng)設計

摘要：為了實現(xiàn)大功率數(shù)字式電鍍電源，提出了一種基于ARM芯片STM32F103的數(shù)字式電鍍電源并聯(lián)均流系統(tǒng)設計方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設計。該系統(tǒng)采用STM32F103作為主控芯片，通過CAN總線控制多個電源模塊并聯(lián)工作并使其電流平均，達到大功率輸出的目的。系統(tǒng)具有多種工作模式和外設接口，人機界面友善。實際應用表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達到設計要求。
關鍵詞：電鍍電源；并聯(lián)均流；STM32F103；CAN總線

STM32系列處理器是由意法半導體ST公司生產(chǎn)、基于ARM公司Cortex-M3內(nèi)核的MCU，專門為微控制系統(tǒng)、汽車控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡等嵌入式應用領域而設計，具有高性能、低功耗、高集成度、豐富且性能出眾的片上外設、編程復雜度低等優(yōu)點。數(shù)字式電鍍電源并聯(lián)均流系統(tǒng)以數(shù)字通信和控制的方式實現(xiàn)多個電源模塊的并聯(lián)工作，提供更大的輸出功率，具有組合靈活、可靠性高、人機接口友善、工作模式多樣等優(yōu)點。本文采用STM32F103VET6處理器作為主控芯片，實現(xiàn)了一種以CAN總線為通信媒介、具有穩(wěn)壓／穩(wěn)流／安培時／工藝曲線／遠程控制5種工作模式、液晶圖形顯示的數(shù)字式電鍍電源并聯(lián)均流系統(tǒng)(以下簡稱“并聯(lián)均流系統(tǒng)”)，給出了系統(tǒng)主要軟硬件的詳細設計方案。

1 總體設計
并聯(lián)均流系統(tǒng)由主控模塊和功率模塊組成，如圖1所示。主控模塊和功率模塊間以高效和高可靠性的CAN總線為通信媒介。主控模塊完成人機交互和整機的運行監(jiān)控。每個功率模塊實質(zhì)為單個電源模塊，按照主控模塊的指令以穩(wěn)壓或穩(wěn)流的方式工作。系統(tǒng)在穩(wěn)流工作方式下，主控模塊將設定工作電流均勻分配給每個功率模塊，功率模塊根據(jù)分配電流控制本模塊以穩(wěn)流方式運行，從而實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)流和均流。系統(tǒng)在穩(wěn)壓工作方式下，主控模塊指定一個功率模塊為主模塊，其余為從模塊。主模塊按照主控模塊給定的電壓以穩(wěn)壓方式工作，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)壓。同時主控模塊獲取每個功率模塊的電流，計算平均電流并分配給從模塊，從模塊按照平均電流以穩(wěn)流方式工作，實現(xiàn)系統(tǒng)均流。在穩(wěn)流或穩(wěn)壓工作的基礎上，安培時模式下主控模塊統(tǒng)計工作安培時數(shù)，當達到設定安培時數(shù)時進行加藥控制。工藝曲線模式下主控模塊控制系統(tǒng)按照設定的穩(wěn)壓或穩(wěn)流工作曲線工作。遠程控制模式下，上位機通過與主控模塊通信完成對系統(tǒng)的運程監(jiān)控。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 主控芯片STM32F103VET6
STM32F103VET6屬于STM32F103增強系列處理器，具有更多片內(nèi)RAM和外設，具體特性如下：
1)采用基于哈佛架構(gòu)的3級流水線內(nèi)核Cortex-M3，具有單周期乘法、硬件除法特性，最高工作頻率72 MHz，運算速度高達1．25DMips ／MHz。
2)內(nèi)置高速存儲器，高達512 k字節(jié)的閃存和64 k字節(jié)的SRAM。
3)多達80個快速多功能雙向I／O口，所有I／O口可以映射到16個外部中斷；幾乎所有端口均可容忍5V信號。
4)多達11個定時器，包括4個16位通用定時器、2個16位帶死區(qū)控制的PWM高級控制定時器、2個看門狗定時器、系統(tǒng)時間定時器、2個用于驅(qū)動DAC的16位基本定時器。
5)多達13個通信接口，包括2個I2C接口、5個USART接口、3個SPI接口、CAN接口、USB2．0全速接口、SDIO接口。
6)3個12位A／D轉(zhuǎn)換器，1μs轉(zhuǎn)換時間(多達21個輸入通道)和2通道12位D／A轉(zhuǎn)換器。
STM32F103VET6出色的性能和豐富的資源使得幾乎不需要擴展外圍電路就能完全滿足設計要求，使硬件設計大為簡化。執(zhí)行速度和內(nèi)存容量完全滿足主控模塊的多任務實時應用。如圖1所示，主控模塊設計使用STM32F103VET6的CAN、USART、USB等通信接口，CAN用于和功率模塊通信，2個USART分別用于微型打印機和485通信(上位機通信)，USB用于筆記本現(xiàn)場配置電源系統(tǒng)參數(shù)。主控模塊人機界面中的LCD、按鍵、LED指示、蜂鳴器以及加藥開關，均通過GPIO連接，共計34個。