长沙理工大学第七届电杯企业项目题.doc

长沙理工大学第七届“物电杯”电子设计创新竞赛 企业项目题 一、基于V-F的隔离型电压采集电路 要求对2路共地的0—10V直流电压(慢速改变)进行测试，并且将测试到的电压数值用LED/LCD屏等显示出来。另外，还可以通过RS485(2线制)等串口传送到其他设备，如PC电脑等，在电脑上面也可以实时显示该电压。 基本要求： 1、建议采用LM331等类似的V-F转换芯片； 2、被测试电压信号的内阻1KΩ； 3、建议0—10V电压转换为1K-100Khz； 4、建议0.5S左右测试、显示更新一次； 5、模拟电压和数字处理部分需要电气隔离，耐压1500V； 6、电压测试的分辨率优于0.1%，全量程精度优于0.2%；最好能够支持做校准功能； 7、设计的电路尽量简单实用，硬件成本低，可靠性高。 【注】对于达到要求的此设计方案，出题公司考虑择优购买。 二、NTC热敏电阻最大电流测试电路 NTC电阻是一种负温度系数电阻器，常温时候，阻值较低；当有较大电流流过电阻，引起电阻器内部温度上升时，它的等效电阻反而快速减少。比如一个10mm直径的NTC，常温电阻11Ω，当流过2Arms交流电流时，由于发热，等效电阻可能快速下降到＜2Ω。 下图是NTC电阻可能的应用电路原理图，由于电容的存在，电路在开机瞬间，电流将很大；NTC用于防止开机瞬间过流。但是假如电子开关在开机的瞬间，处于50HZ～交流电的90°或270°时，NTC在开机瞬间的冲击电流将最大。本课题的目的就是要测试这个最大电流。更换不同的NTC，就可以测试出不同的电流。 本课题要求使用上图的原理，通过检测交流电压的过零相位，控制电子开关K(用功率MOS管之类)，在交流电压的90°时开始导通，并且利用取样电阻(或霍尔电流传感器)，采集到电路接通瞬间(最初1-2MS时候)的电流。 具体要求： 1、测试系统建议使用带A/D的单片机作为主控电路，以便检测电压过零、控制电子开关导通、以及测试电流等。建议用10-12bit A/D的CPU更好。 2、电子开关的导通角度可以通过按键等选择在：0-180°任意角度导通；而导通的持续时间也可以设置成导通：2mS—5S的任意范围。 3、需要测试导通最初1mS时候的电流瞬时值；还能测试电子开关关闭前20mS之内的电流平均值，即最终电流。 4、A/D采集，建议采样周期为100-200uS间隔。最后结果显示，可以用LCD显示屏，或者通过串行接口送到PC电脑。 5、上图中： 24V～电源用220V/24V/100W隔离变压器供电；电压过零检测或传感器，需要电气隔离；电流检测的取样电阻或传感器请视情考虑隔离或放大，以便CPU做A/D采集。 【注】对于达到要求的此设计方案，出题公司考虑择优购买。 三、基于FPGA的光电编码器同步触发电路 在机电设备中运行的电机，如果需要知道电机旋转运行时的绝对角度，一般在电机转轴上面安装一个光电编码器，编码器输出A/B/Z三路脉冲信号。一般360线的编码器，A和B相每圈输出360个方波脉冲信号，且互相正交，而Z相每圈输出一个窄脉冲信号。故也称正交编码器。360线的正交编码器，用CPU或FPGA芯片处理，可以4倍频到每圈1440个脉冲分辨率。而Z脉冲用于零度位置校准。 电机运行过程中，设备有时需要在运行的不同角度上，控制不同的外部机构联动动作，如控制电磁阀的开/闭。现有8个电磁阀，分别需要控制他们按照既定的电机旋转角度来开和关。具体控制时序要求如下表： 电磁阀号 1 2 3 4 5 6 7 8 打开角度 20 50 80 120 160 200 240 290 关闭角度 60 90 130 170 210 250 310 340 注意： 表中的角度指零位脉冲为起点后的0-360°内的角度； 2）控制芯片输出0电平表示电磁阀输出信号打开，输出1：表示信号关闭。 课题具体要求： 1、应用FPGA芯片来实现上述工作，包括正交编码器的解码以及控制8路输出信号的开/闭。 2、上表中打开/关闭的角度时机，可能会在电机运行中，新的一圈开始后改变。因此需要FPGA具备一个串行通信接口，以便接收其他电路发来新的一组参数数据。 课题实施与验收方法： （1）用小型电机带动光电编码器旋转(速度可变)，编码器选360线或更高精度； （2）编码器的A/B/Z信号输入FPGA解码，FPGA再控制8路输出IO信号，按既定角度变化电平；同时FPGA的串口可以接收新的运行控制参数。 （3）课题设计验收：用通用逻辑分析仪检测编码器的A/B/Z信号，以及FPGA输出的8路(电磁阀)控制信号。在逻辑分析仪上，可以看出FPGA的设计控制是否正确。 （4）8路输出信号控制误差的时机不应大于1°，最好不超过0.5°。 课题扩展：可以考虑再用FP