引言

恒流源是能夠向負載提供恒定電流的電源，也稱作穩流源或者電流源。當前，數控恒流源的應用，隨著電子技術的發展使用范圍越來越廣，在電子測量儀器、激光、傳感技術、超導、現代通信等高新技術領域，恒流源都被廣泛應用，且發展前景較為良好。同時，也不僅局限于此，目前，急需迫切解決的工業需求是，數字化在工業生產中采集的模擬信號量，并將其作為控制信號的恒定電流，并參與到下一級生產的控制當中。

1 系統的結構與原理

變壓整流、單片機控制部分、D/A 與A/D 轉換電路、供電部分、顯示器或鍵盤接口電路、恒流源電路等，本數控恒流源便由以上的幾個部分組成。該系統還能實現人機交流，主要是通過LED數碼管和小鍵盤來實現的，LED 數碼管顯示電流值以及一些相對應功能，而小鍵盤則可以實現人為的來控制恒流源輸出，即當未小鍵盤控制下的狀態時，用戶的輸入狀態會被顯示，而當為A/D 采樣控制時，主要控制部分器件包括：模數轉換芯片、鍵盤顯示接口芯片、單片機、驅動芯片、8 位數模磚和芯片等。核心的控制芯片采用AT89C51 通用單片機，主要因為其功能完備、性能較為穩定，具有較低的成本，是首選的小型控制系統核心控制芯片。利用A/D 采樣處理交由D/A 輸出，可以在鍵盤與電路之間進行通信，而8279 管理鍵盤與電路，使得處理器的負擔減輕，單片機的口線和時間被顯示電路與鍵盤過多占用的問題，也能夠得到結局。系統總體框圖（如圖1）。

2 系統硬件的電路設計

2.1 供電和變壓整流

供電部分主要為D/A 轉換芯片和數控部分提供使用電源，也同時作為穩壓輸出電路的主電源。輸出50hz，200-240v 的交流電，通過變壓器整流、變壓、濾波，得到+12v、+5v、-12v，三種系統所需的電壓（如圖2 所示）。要考慮整流管的壓降來選擇濾波電容，電網波動為10%，選用7912/7805/7812，由于7812/7912 功率大、負載重，需要加裝散熱器。所以用4700UF/16V 為濾波電容。在穩壓器的輸出端都加上濾波器，以使輸出電流紋波≤ 0.2ma.

2.2 恒流源電路模擬

流控恒流源與壓控恒流源是恒流源的兩種控制形式，本文所介紹的屬于壓控形式恒流源，4-20ma 電流范圍，也就是輸出4-20ma 電流，控制電壓的變化可以使電流變化，但是一旦確定輸入電壓，那么輸出電流將恒定不變，系統能夠提供由輸入電壓決定的大小恒定的電流，主要表現在一定范圍內負載阻值的變化。模擬恒流源電路特性曲線（如圖3 所示）。

當此壓控恒流源電路的負載阻值在29-10008Ω 之間時，我們可以看出：隨輸入電壓變化的線性情況相對較好，隨負載阻值輸出電流的變化非常微小。

2.3 鍵盤顯示電路的原理

鍵盤顯示電路和單片機的連接電路圖，只需要讀寫就可以完成對顯示以及鍵盤的相應操作。當鍵盤被按下時，鍵盤顯示接口芯片會通過單片機的外部中斷，來向單片機發送中斷請求，單片機在進行判斷以后，再決定是否執行下個任務。

2.4 A/D 采樣電路的原理

A/D 轉換器采樣輸入和單片機的連接電路圖，單路采樣輸入中，當采樣結束了以后，會以單片機外部中斷的方式發出中斷請求，要求單片機中斷處理，此時，單片機要對A/D 轉換器的輸入數據進行判斷和處理，以便下一步進行控制操作。

3 電路分析及測試

3.1 測試方法

外接220v 交流電源，數字萬用表，低頻毫伏表，測試需準備以上幾種儀器。具體測試方法（如圖4 所示）。圖中取樣電阻為RS，負載電阻為RL.

1 和2 兩端的值用萬用表測為實測值電流值，3 和4 兩端的值用低頻毫伏表測為輸出紋波電壓值。為了比較真實值與測量值之間的誤差，我們選定了20-2000ma 八個值進行比較，誤差計算公式為：

在公式中測量值為I2，顯示值為I1.

3.2 測試結果

設定值和測量值之間的誤差，當測量十次改變負載電阻時為：RL=8Ω，設定值為I3，C1=（I2-I3）/I3 為測量誤差。測量誤差的標準偏差：RL=18Ω，S1=0.0036ma，S1=0.0031ma.設定值和顯示值之間的誤差為：RL=8Ω 時，C2=（I1-I3）/I3 為測量誤差，RL=20Ω，S2=0.0041ma，S2=0.124ma， 為測量誤差的標準偏差。誤差的百分率變化范圍在0.017 至0.36 之間。

4 控制部分

本文所介紹的系統是對輸出電流進行雙路控制，也就是有兩種控制信號的方式，一種是根據工業應用的需求，通過A/D采樣獲取控制信號，根據在匯編程序中多次的數據實測，將固定的表格設計好，把控制數據通過查表給D/A 輸出，使恒流源單元所產生的對應穩定電流得到控制。利用手動輸入的方式，對用戶輸入的理想電流值進行判斷，然后根據查表，由D/A 來實現控制數據的輸出，以此獲得相應大小的電流，該功能還可以讓電流的初值用戶進行預設。以上兩種控制方法是不能同時起作用的，通過程序可以實現自動采樣和鍵盤這兩種不同控制方式進行自動切換。在同時使用LED 交互顯示時，為A/D 采樣控制時，輸出電流的大小要實時顯示；為鍵盤控制時，用戶的輸入狀況則要顯示。

參照輸入電壓和恒流源輸出電流的關系來制表，而且可以將一些非線性問題在指標過程與予以修正。在制表的過程中由于還需要分寫考慮到A/D 的應用情況和鍵盤輸入初值有差別所造成的情況。以鍵盤初值為例來考慮：若10ma 是用戶輸入的電流，1v 為其所對應的控制電壓，（00110010）2=（50）10 為間接對應的8 位二進制數，那么（00110010）2 則為軟件表中所對應的值。

A/D 采樣控制與鍵盤方式基本一致，只是多了一個對采樣值的判斷。

5 軟件程序的設計

首先對包括：8297 工作狀態的初始化；自動采樣控制標志位和標識鍵盤手動操作的初始化；中斷初始化；一些用到的寄存器的初始化，整個系統進行初始化。規定F0=1 時為A/D 采樣控制，F0=0 時為鍵盤控制，初始寫初始設定狀態，此處為鍵盤的狀態，LED 數碼管顯示為P，也是表示鍵盤狀態，啟動D/A 進行轉換。并等待鍵盤按下，開始循環等待。當中還加入了一些如：A/D 采樣控制顯示A;鍵盤控制狀態為P，確定按鈕顯示等交互的顯示是E.

6 小結

本文的這種數控恒流源是基于單片機來設計，在工業生產和應用中具有實時采樣控制的特點，應用需要是用對應大小恒定的電流作為下級控制的信號來實現鍵盤手動輸入和采樣自動輸入的雙重控制，而且能自由地切換兩種控制方式下的數控恒流源電路，這種數控恒流源線性良好，電流輸出穩定。在污水處理的加藥環節上，可以通過對加藥閥門的開啟度進行控制，從來達到控制加藥量的作用，經過認定，在對必要軟件進行相應的調整后，一些工業應用需求完全可以得到滿足。