合肥光源嵌入式高精度电源设备控制系统的研制
基于FPGA的高精度恒流源系统设计
基于FPGA的高精度恒流源系统设计目录一、内容综述 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 论文研究目的及内容 (5)二、FPGA技术概述 (6)1. FPGA基本概念及特点 (7)2. FPGA的发展历程 (8)3. FPGA的主要应用领域 (9)三、恒流源系统基本原理与设计要求 (11)1. 恒流源系统基本原理 (12)2. 恒流源系统的设计要求 (13)3. 恒流源系统的性能指标 (14)四、基于FPGA的高精度恒流源系统设计方案 (15)1. 系统架构设计 (16)2. 主要功能模块设计 (18)3. 系统工作流程设计 (18)五、关键技术研究与实现 (19)1. 高精度电流采样与转换技术 (21)2. 高性能PWM波形生成技术 (22)3. 基于FPGA的电流闭环控制技术 (23)六、系统硬件设计与实现 (24)1. 电源模块设计 (26)2. 电流采样与处理模块设计 (27)3. FPGA配置与实现 (28)七、系统软件设计与实现 (30)1. 软件架构设计 (31)2. 程序流程设计 (33)3. 关键算法实现与优化 (34)八、系统测试与性能评估 (36)1. 测试环境与平台搭建 (37)2. 系统测试方法与步骤 (38)一、内容综述本文档主要介绍了基于FPGA的高精度恒流源系统的设计。
恒流源系统在众多领域中有着广泛的应用，如精密测量、电子仪器、医疗设备和通信系统等。
随着科技的不断发展，对恒流源系统的精度和稳定性要求也越来越高。
研究并设计一种基于FPGA的高精度恒流源系统具有重要的实际意义。
该系统设计的主要目标是实现高精度、高稳定性的恒流输出，同时具备良好的响应速度和负载调整能力。
系统设计的核心部分是基于FPGA（现场可编程门阵列）的控制电路，通过优化算法和控制策略，实现对恒流源输出电流的精确控制。
输入电源及稳压模块：为系统提供稳定的输入电压，保证系统的稳定运行。
EPICS及其应用研究进展
• 93•EPICS 主要用于分布式控制系统的研发，是目前全球大型实验室、科研机构用到的最主要的集成系统之一。
本文对EPICS 应用进行了尽可能详尽的文献调研；介绍了EPICS 系统结构、EPICS 系统框架和EPICS 系统的发展历程；从系统监控、系统监测、数据采集及接口开发等方面对EPICS 的典型应用进行了综述；提出EPICS 应在技术创新、应用创新、接口规范和技术支持等方面深入研究，并对其未来发展进行了展望，以期为相关领域科研人员在关键技术、研究方向和系统开发方面提供参考。
EPICS （Experimental Physics and Industrial Control System ），即：实验物理和工业控制系统。
EPICS 起源于美国星球大战计划，20世纪90年代初，由以研制出世界上第一颗原子弹而闻名于世的美国洛斯阿拉莫斯国家实验室LANL （Los Alamos National Lab ）和美国能源部最大的研究中心阿贡国家实验室ANL （ArgonneNational Labora-tory ）联合开发。
EPICS 是一个开源软件工具、库和应用程序，系统结构灵活、开放性好、具有较强的可扩展性和方便国际交流协作的优点。
EPICS 具有完善的工具集，科研人员可利用EPICS 的开发库，修改其源代码，开发各种控制程序或者控制界面软件。
EPICS 也提供脚本语言SNL 支持多种语言编程，减少了程序开发的工作量。
EPICS 最大的优点是对于基本使用是不需要任何编程背景。
EPICS 主要包括控制反转IOC （Inversion of Control ）层、开放接口OPI （Open Press Interface ）层和设备控制器。
EPICS 支持多个输入/输出控制器和操作员接口，EPICS 管理的最小单元是过程变量PV （Process Variable ）；EPICS 的通信协议采用自带的高带宽协议，能够通过网络建立多台计算机间的控制及反馈。
300KWp光伏并网系统
金太阳示范工程专题典型方案300KWp光伏并网系统技术方案合肥阳光电源有限公司目 录一、300KW光伏并网发电系统总体设计方案 (3)1.1系统组成 (3)1.2相关规范和标准 (3)1.3总体设计方案一 (4)1.3.1方案一简介 (4)1.3.2光伏阵列汇流箱的设计（PVS-8M） (4)1.3.3直流防雷配电柜的设计（PMD-D300K） (6)1.3.4并网逆变器的设计（SG100K3） (7)1.4总体设计方案二 (9)1.4.1方案二简介 (9)1.4.2光伏阵列汇流箱的设计（PVS-16M） (10)1.4.3直流防雷配电柜的设计（PMD-D300K） (12)1.4.4 并网逆变器的设计（SG50K3） (14)1.5并网系统的监控通讯方式 (16)1.6接入电网方案 (19)1.7接地及防雷 (21)1.8设备配置清单 (22)二、合肥阳光并网逆变器在国内光伏建筑一体化的应用案例（部分） (23)2.1上海临港新城MW级光伏电站 (23)2.2上海世博会园区中国馆、主题馆及其他场馆MW级光伏并网发电系统 (24)2.3中节能杭州节能环保产业园光伏并网发电项目一期2MW屋顶光伏电站 (25)2.4上海太阳能工程中心MW级光伏电站 (26)2.5合肥阳光电源厂房500KW光伏并网电站 (27)2.6奥运鸟巢105K W光伏并网电站 (28)一、300KW光伏并网发电系统总体设计方案1.1系统组成光伏并网发电系统主要组成如下：（1） 光伏电池组件及其支架；（2） 光伏阵列防雷汇流箱；（3） 直流防雷配电柜；（4） 光伏并网逆变器（带工频隔离变压器）；（5） 系统的通讯监控装置；（6） 系统的防雷及接地装置；（7） 土建、配电房等基础设施；（8） 系统的连接电缆及防护材料。
1.2相关规范和标准光伏并网逆变系统的制造、试验和验收可参考如下标准：GB/T 191 包装储运图示标志GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求GB/T 20046-2006 光伏（PV）系统电网接口特性（IEC 61727:2004,MOD）GB/Z 19964-2005 光伏发电站接入电力系统技术规定GB/T 2423.1-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验A：低温试验方法GB/T 2423.2-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验B：高温试验方法GB/T 2423.9-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验Cb：设备用恒定湿热试验方法 GB 4208 外壳防护等级（IP代码）（equ IEC 60529:1998）GB 3859.2-1993 半导体变流器 应用导则GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度1.3总体设计方案一1.3.1方案一简介将系统分成3个100KW 的并网发电单元，通过3台SG1OOK3（100KW）并网逆变器接入0.4KV 交流电网，实现并网发电功能；系统的电池组件可选用国产某功率为210Wp 的多晶硅太阳电池组件，其工作电压约为29.6V，开路电压约为36.5V。
高精密程控电压源设计与实现
高精密程控电压源设计与实现乐千桤;徐静【摘要】提出一种基于MCU的高精密程控电压源实现方法.PC机通过异步串口与MCU通信,远程控制D/A输出,同时使用精密电阻衰减网络压缩电压幅度,提高输出电压精度,输出电压经放大器驱动输出,增强了负载能力.根据大量的测试数据,创造性地拟合输出电压与配置电压值的函数关系,并通过软件修正系统误差和非线性误差,精度可达士1.5 μV,完全满足设计要求.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2008(031)012【总页数】2页(P25-26)【关键词】精密电压源;精密电阻衰减网络;D/A转换器;A/D转换器【作者】乐千桤;徐静【作者单位】成都理工大学,四川,成都610059;成都理工大学,四川,成都610059【正文语种】中文【中图分类】TN7921 引言在自动测试领域，为了检测电压型精密传感器的配套系统，需要可调精密电压源，其输入范围为0～50 mV，精度为10 μV，稳定性要求非常高。
传统的精密电压源一般采用精密电位器调节生成，需要高的D/A分辨率和抗干扰能力。
这种电压源操作不方便，而且随着温度等外界条件的变化而变化，其波动范围很难控制在10 μV内。
本文提出一种新的实现方案，采用闭环反馈控制方式，实时监控电压输出端并根据实际情况进行调整；对配置电压值和多组实际测试结果进行最小二乘拟合，得到配置电压值与理想输出值之间的函数关系，并通过软件修正了系统的非线性引起的误差，输出精度达到了±1.5 μV，提高了输出电压的稳定性。
2 硬件设计2.1 工作原理该系统硬件由高性能单片机、数/模转换器、高精密电阻衰减网络、仪用放大器和A/D转换器组成，其系统硬件结构如图1所示。
图1 高精密程控电压源系统硬件框图利用PC机输入一个设定值，通过串口将数据送到单片机；单片机根据PC机与单片机的通信协议解析串口数据，当检测接收到有效数据后，启动D/A转换器配置部分的软件，将设定值转化为数字量输出到D/A转换器；D/A转换器将单片机输出的数字量转化为模拟量输出到精密电阻衰减网络[1]，衰减系数可通过可调电位器调整，衰减后的信号通过仪用放大器INA114稳压输出；同时A/D转换器开始工作，连续采集运放输出端的电压值，以串行方式送到单片机中，单片机根据A/D转换器采集的数据实时控制D/A转换器的数字输入端，修正环境温度等外界因素引起的误差，确保输出电压值满足设计要求。
基于ARM的嵌入式测控硬件平台设计的开题报告
基于ARM的嵌入式测控硬件平台设计的开题报告一、选题背景随着物联网技术的不断发展和嵌入式技术的应用，现代工业生产不断追求智能化、自动化和数据化。
测控硬件平台在其中扮演着重要的角色，它是指通过各种传感器等设备采集现场数据并进行处理，提供一系列功能，如数据存储、实时监测、远程控制等。
嵌入式测控硬件平台具有结构紧凑、功耗低、性能高等特点，通常用于工业控制、环境监测、智能家居等领域。
本文将基于ARM架构的嵌入式系统，设计一个测控硬件平台，主要包括硬件设计和软件开发两个部分。
硬件部分包括主控芯片选择、外设模块接口设计、系统电路组成等方面；软件部分则包括系统移植、驱动程序开发、系统测试等内容。
二、项目内容1.硬件设计（1）主控芯片的选择考虑ARM架构的应用广泛，本文选择ARM作为主控芯片。
具体来说，选择一款性能较高，常用的ARM Cortex-M系列芯片。
（2）外设模块接口设计测控硬件平台需要与各种传感器、数据存储设备等外设连接，在设计时需要考虑外设的接口标准、数据传输速率等指标，以保证系统的稳定性和可靠性。
（3）系统电路组成通过对外设接口的设计，进一步构建系统电路，包括电源保护电路、时钟电路、复位电路等。
2.软件开发（1）系统移植在确定了硬件平台的组成之后，需要将系统移植到硬件平台上。
针对ARM Cortex-M系列芯片的特殊体系结构和寄存器结构，需要对系统进行移植和适配。
（2）驱动程序开发考虑到测控硬件平台需要与各种传感器等外设设备进行通信，需要编写相应的驱动程序。
这些驱动程序需要支持各种通信协议，例如SPI、I2C、UART等。
（3）系统测试完成了系统移植和驱动程序开发后，需要对系统进行测试，对各种功能进行评估和验证，以保证系统的可用性和可靠性。
三、选题目的和意义本文的主要目的是基于ARM架构的嵌入式系统，设计一个测控硬件平台。
这种硬件平台可以广泛应用于各个领域，如工业控制、航空航天、智能家居、环境监测等。
基于电源管理技术降低嵌入式系统功耗的研究
（ 解放 军电子 工程 学院 ， 安徽 省 合肥 市 ２ ０３ ） ３０７ 摘 要 ： 入式 处理 器产 品既 要 求提 高其性 能 又要 求 降低 功 耗 ， 是 互 相 矛 盾 的 两 个 方 面。但 嵌 这
是， 高性 能处理 必须增 加计 算复 杂度 并加 快 时钟 速 率 ， 果 采 用权 宜之 计 的节 省 功耗 设 计 方 案 ， 如 是很 难 实现 的。介 绍 利 用 Ｂａｋｎ数 字信 号 处理 器 系列产品 固有 的动 态电 源管理 方法 来管理 功耗 ， ｌ ｆ ｃｉ 以便 在 具体 的嵌入 式应 用 中优 化性 能与 功耗 的关 系， 较好 地解 决 降低 嵌入 式 系统功耗 问题 。
当 Ｄ Ｐ长 时间处 于监视 活 动 中 时 ， 仅 改变 频率 Ｓ 仅
（ 不改变 电压 ） 功耗 敏 感 的应 用 中是 很 有 用 的。也 对
１ 功耗 与频率和电压关 系
现代 Ｄ Ｐ通常 适合 用 于采 用 Ｃ Ｏ Ｓ Ｍ Ｓ场 效 应管 （Ｅ ） Ｆ Ｔ 开关 的一 种处 理 过 程 ， 在稳 定 状 态 期 间要 么完
维普资讯
第３ ３卷第 ９期
２０ ０ ７年 ９月
电 子 工 鏖 师
Ｅ Ｅ Ｔ Ｌ Ｃ Ｒ０ＮＩ ＮＧＩ Ｅ ＣＥ ＮＥ Ｒ
Ｖｏ ． Ｎｏ ９ Ｉ３３ ． Ｓｐ ０ ７ ｅ ．２ ０
基 于 电源 管 理 技 术 降低 嵌 入 式 系 统功 耗 的研 究
理功能 来解决 这些 问题 。 式 中 ： 常数 。 ｋ为
Ｉ ｄ
，
＝
＝ ＝（ ） ｃ
电容 器 电压 随 时间 的变 化率 ｄ ｄ 是 电容充 电 。／ ｔ
速度 或放 电速 度 的一 种 度 量 。对 于 给 定 的 时 钟频 率
高精度半导体激光器驱动电源系统的设计
高精度半导体激光器驱动电源系统的设计刘平英;丁友林【摘要】介绍一种以DSP TMS320F2812控制模块为核心的高精度半导体激光器驱动电源系统的设计.该系统以大功率达林顿管为调整管加电流负反馈电路实现恒流输出,利用DSP内部集成的模/数转换器对输出电流采样,并经过PI算法处理后控制PWM输出实现动态的误差调整,消除电路中的静止误差.为了提高系统的稳定性,在系统中加入过流、过压保护和延时软启动保护等功能.结果表明,输出电流范围在10～2 500 mA内,输出电流变化的绝对值小于输出电流值的0.1%+1 mA,从而确保了半导体激光器工作的可靠性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2009(032)008【总页数】4页(P166-169)【关键词】DSP;半导体激光器;PI算法;PWM【作者】刘平英;丁友林【作者单位】金肯职业技术学院,江苏,南京,211156;金肯职业技术学院,江苏,南京,211156【正文语种】中文【中图分类】TN248.10 引言半导体激光器(LD)是一种固体光源，由于其具有单色性好，体积小，重量轻，价格低廉，功耗小等一系列优点，已被广泛应用。
LD是理想的电子-光子直接转换器件，有很高的量子效率，微小的电流和温度变化都将导致其输出光功率的很大变化。
因此，LD的驱动电流要求非常高，必须是低噪声、稳定度高的恒流源，一般电源很难满足要求[1-4]。
此外，瞬态的电流或电压尖峰脉冲，以及过流、过压都会损坏半导体激光器。
这里将以TI公司的DSP芯片TMS320F2812为控制核心，实现带有多种保护的双闭环高精度半导体激光驱动电源系统。
1 系统总体设计恒流源一般采用集成运算放大器和一些分立元器件及单片机构成的“压控恒流源”方法实现，与纯模拟元件构成的恒流源相比，这种方法在恒流精度和线性度上都有明显的提高。
但是该方法中单片机是用作显示与控制电压的给定，并未对输出电流实时检测和控制，属于开环控制系统，影响了恒流源的稳定性及精度。
基于Modbus协议的嵌入式激光电源控制系统的设计
由 于激 光 电源 造成 的激 光 剂 量 的 波动 。结论 出进 行 精 确 的监 测 和 控 制 ． 基 本
以满 足 小 型激 光 医疗 设 备 的 光 源控 制 需 求
关键 词 】 Ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 协议 ； 嵌 入 式 系统 ； 可编 程 电 源
ｉ ｓ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ， ａ ｎ ｄ Ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ ｗａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｃ ｈ ｏ ｉ ｃ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ １ ．Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｗｉ ｎ Ｃ Ｅ ６ ． ０ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ。ｔ ｈ ｉ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ａ ｓ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ，ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｉ ｍｅ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｎ— ｏ ｎ ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｓ ｈ ｕ ｔ ｏ ｆ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ．
中国图书资料分类号】 Ｒ ３ １ ８ ； Ｔ Ｐ ３ １ １ ． １ ３ ［ 文献标 志码］ Ａ ［ 文章编号］ １ ０ ０ ３ — ８ ８ ６ ８ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — ０ ０ １ ６ — ０ ４
） Ｏｌ ： １ ０ ． ７ ６ ８ ７ ／ Ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ ＮＩ Ｏ ０ ３ — ８ ８ ６ ８ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ １ ６
良用 ＨＳ Ｐ Ｙ一 ６ ０ ０ 一 Ｏ １电 源 作 为 激 光 模 块 的 供 电 电 源 ． 基 于 Ｗｉ ｎ Ｃ Ｅ ６ ． ０ 系统 ． 利 用 Ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ通信 协 议 与 可 编 程 激 光 电 源
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合肥光源嵌入式高精度电源设备控制系统的研制
王季刚;李为民;宣科;刘功发;李川;鲍循;郭卫群
【期刊名称】《中国科学技术大学学报》
【年(卷),期】2007(037)004
【摘要】嵌入式高精度电源设备控制系统是合肥光源控制系统的重要组成部分,其基本功能是对高精度电源设备及其运行过程进行监控.性能上要求该控制系统的模拟量输入、输出模块的精度和稳定度达到万分之一,软硬件易于扩展,可适应对不同种类高精度电源设备的控制,并且易于接入基于EPICS(experiment physics and industrial control system)的控制系统.嵌入式高精度电源设备控制系统的软硬件是基于EPICS要求进行设计.测试结果表明,该系统所需完成的功能及所要求的性能指标均达到设计要求.该系统已用于控制储存环主磁铁电源和超导Wiggler电源.运行经验显示,该系统运行稳定可靠,操作方便,很好地满足了机器运行和机器研究的需要.
【总页数】4页(P493-496)
【作者】王季刚;李为民;宣科;刘功发;李川;鲍循;郭卫群
【作者单位】中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥,230029;中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥,230029;中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥,230029;中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合
肥,230029;中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥,230029;中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥,230029;中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥,230029
【正文语种】中文
【中图分类】TL503.6
【相关文献】
1.用于高精度太阳敏感器标定的模拟光源控制系统设计 [J], 冯伟昌;陈家奇
2.合肥光源高精度设备控制器的研制及应用 [J], 王季刚;李为民;刘功发;宣科;陈莉萍;鲍循;李川
3.合肥光源储存环校正铁电源控制系统改造 [J], 宣科;王季刚;李川;刘功发;鲍循;李为民;郭卫群
4.合肥光源嵌入式高精度电源设备控制系统的研制 [J], 王季刚;李为民;宣科;刘功发;李川;鲍循;郭卫群
5.基于嵌入式EPICS的合肥光源储存环束流损失监测系统 [J], Cai Yuanqi;Tang Leilei;Zhou Zeran
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