【摘要】：柔性視覺傳感器傳統(tǒng)的有線供電與通信方式有一些不可避免的缺陷,例如線纜管束容易破損,示教姿態(tài)有時很難達到等。本課題研究的基于超級電容器的新型供電系統(tǒng),為柔性視覺傳感器提供了一種無線供電解決方案,使其在工業(yè)現(xiàn)場的測量應用中更加方便和靈活。超級電容器,是從上世紀七、八十年代發(fā)展起來的通過極化電解質(zhì)來儲能的一種電化學元件。不同于傳統(tǒng)的化學電源,它的儲能和放能過程是一個物理過程,是可逆的,因此它具有很多的優(yōu)點,例如:可以大電流快速充放電,無記憶效應,內(nèi)阻極低,能量和功率密度高,循環(huán)壽命長,環(huán)保等。由于超級電容所具有的這些突出的優(yōu)勢,使它在電動汽車、大功率脈沖電源等領域具有廣泛的應用前景。本論文將超級電容器作為惟一儲能元件,設計了一種新型的電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括充電系統(tǒng)和DC-DC直流穩(wěn)壓系統(tǒng)兩個部分。充電裝置在Freescale單片機的控制下實現(xiàn)了恒流充電和恒壓充電相結合的充電方式,大大縮短了充電所用的時間。恒流充電是指充電電流維持在某個恒定值的一種充電方式,這種充電方式在充電的前期使用,可加快充電的速度,但是,如果一直維持恒流充電方式,直到超級電容兩端電壓達到額定電壓值,那么在斷電瞬間,由于超級電容的內(nèi)阻以及電荷積聚效應,電容兩端電壓會急劇下降到低于額定電壓的某個電壓值,因此,在充電后期,我們將充電方式切換至恒壓充電,以保證將超級電容完全充滿。本論文詳細闡述了這一充電方式,并做了相應的仿真和實驗。系統(tǒng)中的DC-DC直流穩(wěn)壓電路,將超級電容器輸出的隨時間逐漸下降的電壓轉換為幾組恒定的電壓值,分別是+12V,+5V,-5V,Vadj,將這幾組電壓通過端子輸出,后接傳感器的不同供電部分,實現(xiàn)了用超級電容為傳感器電路板供電的功能。實驗結果表明,該系統(tǒng)中的充電器部分可以在短短幾分鐘時間內(nèi)將超級電容充滿,充電速度比一般鋰電池快很多;DC-DC直流穩(wěn)壓部分可以提供超小紋波率的直流電壓,滿足后端傳感器對電源的要求�？傊�,本論文設計的電源系統(tǒng)可以在某些要求快充快用的系統(tǒng)中作為傳統(tǒng)蓄電池的替代品來提供電源。
[Abstract]:The traditional wired power supply and communication mode of flexible vision sensor has some inevitable defects, such as cable bundle is easy to break, teaching posture is sometimes difficult to achieve, and so on. A new type of power supply system based on supercapacitor is studied in this paper, which provides a wireless power supply solution for flexible vision sensor, and makes it more convenient and flexible in industrial field measurement application. Supercapacitors, developed from the 1970s and 1980s, are electrochemical components that store energy through polarized electrolytes. Unlike the traditional chemical power supply, its energy storage and discharge process is a physical process and reversible, so it has many advantages, such as high current, rapid charge and discharge, no memory effect, very low internal resistance. High energy and power density, long cycle life, environmental protection, etc. Because of these outstanding advantages of super capacitor, it has a wide application prospect in electric vehicles, high power pulse power supply and other fields. In this paper, a new type of power supply system is designed based on the super capacitor as the only energy storage element. The system consists of charging system and DC-DC voltage stabilizing system. Under the control of Freescale single chip computer, the charging device realizes the combination of constant current charging and constant voltage charging, which greatly shortens the time of charging. Constant-current charging is a charging mode in which the charge current is maintained at a constant value, which is used in the early stages of charging to speed up the charging, but if the constant current charging mode is maintained all the time, Until the voltage at both ends of the super capacitor reaches the rated voltage value, the voltage at both ends of the capacitor will drop sharply below a certain voltage value of the rated voltage at the moment of power off because of the internal resistance of the super capacitor and the effect of charge accumulation. At the end of charging, we switch charging mode to constant voltage charge to ensure full capacity. In this paper, the charging method is described in detail, and the corresponding simulation and experiment are done. In the DC-DC voltage stabilizing circuit, the output voltage of the supercapacitor is converted into several groups of constant voltage values, which are 12V, 5V, 5V, Vadj, which are output through the terminal. The function of using super capacitor to supply power to the sensor circuit board is realized by connecting different power supply parts of the sensor. The experimental results show that the charging part of the system can fill the super capacitor in a few minutes, and the charging speed is much faster than that of the ordinary lithium battery. The DC voltage stabilizer of DC-DC can provide the DC voltage of ultra small ripple rate, which can meet the requirements of the backend sensor for power supply. In a word, the power supply system designed in this paper can be used as a substitute for traditional batteries in some fast charging systems.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM53;TM724;TM910.6

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本文編號：2349797