基于STM32的大功率数字式电镀电源并联均流系统设计

3 系统软件设计

3.1 软件总体架构

软件总体架构如图4所示。底层固件库模块由ST公司提供，包括STM32F103系列处理器所有外设驱动和应用接口。启动配置模块由汇编文件stm32f10x_startup.s构成，完成堆栈和中断向量表的初始化。硬件配置模块完成复位和时钟（RCC）、中断控制器、GPIO、看门狗、定时器等片内外设的初始化。中断服务包括系统节拍时钟、看门狗、CAN收发、定时器、USART的中断服务程序。设计中采用实时操作系统，便于实现人机界面、通信、控制等多个任务的协调运行，保证控制的实时性。人机界面模块包括LCD驱动、按键扫描、图形用户界面、LED和蜂鸣器驱动，实现人机交互。工作控制模块监控多个功率模块并联运行，并实现均流。通信模块完成监控功率模块运行所需要的CAN通信和上位机远程控制时的485通信。定时器模块提供其他模块工作所需要的定时功能。

图4 软件总体架构图

3.2 工作控制模块

工作控制模块包括系统初始化和运行控制两部分。系统初始化通过读取功率模块的额定参数、统计功率模块数、计算系统总额定电流，以确定并联系统的初始配置。运行控制按照用户指定方式，实时监控功率模块并联运行，监控流程如图5所示。首先向功率模块设置稳压或稳流工作模式以及电压或电流参数，然后发送启动命令，使功率模块开始工作。状态查询以广播方式发送查询命令，以查询各功率模块的运行状态和参数。报文接收接收功率模块发送的查询响应报文，并从报文中获得数据；通信检测根据是否有响应报文判断通信是否正常。数据处理根据报文接收中获得的数据计算总电流、电压、平均电流（稳压模式）、安培时（安培时模式）等系统运行参数。故障处理检测功率模块和系统故障，进行故障处理和报警。输出处理根据当前的运行状态输出控制参数，包括软启动输出、在稳压模式下输出平均电流、安培时模式下输出加药信号、工艺曲线模式下输出下一阶段的电压或电流参数等。停机控制在需要停机时通过发送停机命令控制功率模块停止工作。

图5 运行监控流程图

　　4 实验应用

实验系统包含2个1 000 A/15 V的功率模块，系统在总设定电流下以稳压模式运行，测得表1中实验结果数据。

表1 稳压模式测试结果

　　从表中可见，均流不平衡度在5%以内，满足国家相关标准，实现了功率模块的并联运行和均流。经实际测试表明，系统其他相关指标均满足要求，系统运行稳定可靠。

　　5 结论

并联均流系统采用ARM芯片STM32F103作为主控芯片，利用其丰富的资源和强大性能，实现了多种外设接口并简化了硬件设计，实现了图形交互界面、基于操作系统的任务调度、CAN和上位机通信以及多种工作模式，增强了系统的功能、友善性和扩展性。