智能充電器【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p><b>　　智能充電器</b></p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 通信工程 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要&l

3、t;/b></p><p>　　隨著電子技術的快速發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品都朝著便攜式和小型輕量化的方向發(fā)展，也使得更多的電子產(chǎn)品采用基于電池的供電系統(tǒng)。目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。它們各自優(yōu)缺點決定了它們在相當長的時間內(nèi)將要共存發(fā)展。由于不同類型電池的充電特性不同，通常對不同類型，甚至不同電壓、容量等級的電池使用不同的充電器，但在現(xiàn)實生活中，這造成了諸多不便。</p>

4、<p>　　本課題的畢業(yè)設計是一種基于單片機的鋰離子電池充電器。在設計上，選擇了簡單、高效的硬件電路，并且設計了穩(wěn)定可靠的軟件，詳細說明了系統(tǒng)的硬件組成，包括單片機電路、充電電路、A/D轉換及溫度檢測電路，并對本充電器的核心器件AT89S52單片機進行了較詳細的介紹。以C語言為開發(fā)工具，進行了詳細設計和編碼。因此，它實現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟性。</p><p>　　該智能充電器具有檢測

5、鋰離子電池的狀態(tài)功能，以滿足充電電池的充電需要；充電器溫度檢測保護功能；充電狀態(tài)顯示的功能。在生活中幫助大家更好的維護了充電電池，延長了它的使用壽命。</p><p>　　關鍵詞：充電器；AT89S52單片機；可充電電池；開關電源</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Electronic technolog

6、y's fast development causes various electronic products develop toward portable and the small lightweight direction, it also causes the more electrification products to use based on battery's power supply system.

7、 At this present, the many use's batteries have the nickel cadmium, the nickel hydrogen, the lead accumulator and the lithium battery. Their respective characteristic had decided they will coexist in a long time deve

8、lop. The different type battery's charge characteris</p><p>　　This design is one kind lithium ion battery charger which is based on microcontroller, in the design, it has chosen succinctly, the highly ef

9、fective hardware, the design stable reliable software, explained in detail system's hardware composition, including the Microcontroller circuit, the charge control electric circuit, the A/D conversion and temperature

10、 detection circuit, and to this battery charger's core component - AT89S52microcontroller has carried on the detailed introduction. Take the C </p><p>　　The intelligence battery charger has the examinati

11、on lithium ion battery's condition; Charger temperature testing protection function; The charge condition demonstration's function. The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the

12、life，and lengthened the rechargeable battery’s service life.</p><p>　　Key words：Charger；AT89S52 microcontroller; Rechargeable battery; switching power supply;</p><p><b>　　目 錄</b><

13、;/p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1概述1</b></p><p>　　1.2充電電池的應用現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3充電器的設計背景及意義1</p><p>　　1.4智能充電器的發(fā)展及趨勢2</p>

14、<p>　　1.4.1智能充電器的發(fā)展2</p><p>　　1.4.2智能充電器的趨勢2</p><p>　　2 充電電池的特性4</p><p>　　2.1充電電池的充電特性4</p><p>　　2.2充電過程與常用的充電方法5</p><p>　　2.2.1電池的充電過程5</p&

15、gt;<p>　　2.2.2常用的充電方法6</p><p>　　2.3充電器的充電終止控制技術8</p><p>　　2.3.1定時控制8</p><p>　　2.3.2電壓控制8</p><p>　　2.3.3溫度控制8</p><p>　　2.3.4綜合控制法8</p>&

16、lt;p>　　3 單種充電器設計方案分析10</p><p>　　3.1鎳鎘電池充電器10</p><p>　　3.2常用的鋰電池充電器10</p><p><b>　　4 硬件設計12</b></p><p>　　4.1基本概況12</p><p>　　4.2電源變換電路12&

17、lt;/p><p>　　4.3PWM技術的原理及應用13</p><p>　　4.4單片機AT89S5214</p><p>　　4.4.1AT89S5214</p><p>　　4.4.2主要性能15</p><p>　　4.4.3管腳簡要說明15</p><p>　　4.4.4單片機的

18、外圍電路圖17</p><p>　　4.5數(shù)據(jù)采樣與轉換電路17</p><p>　　4.6溫度傳感電路19</p><p>　　4.7顯示電路19</p><p>　　4.8上位機通信模塊20</p><p><b>　　5 軟件設計20</b></p><p&g

19、t;　　5.1編程語言的選擇21</p><p>　　5.2設計環(huán)境的選擇21</p><p>　　5.3總體設計的流程圖23</p><p><b>　　6 結論23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參

20、考文獻25</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實物圖26</p><p><b>　　附錄2原理圖27</b></p><p><b>　　附錄3代碼27</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>

21、<b>　　1.1概述</b></p><p>　　電能是當今世界最重要的能源形式。很難想象失去電能支撐的文明世界如何運行。在所有的動力資源中，電能使用最方便，適用范圍最廣，并且是清潔的。供人類使用的電能通過一些方法生產(chǎn)或收集得來的。世界上絕大部分的電能來自發(fā)電站，例如水電站、火力發(fā)電站和核電站，發(fā)電站是交流電網(wǎng)的源頭。太陽光、風力、潮汐發(fā)電是自然能和電能之間的有效轉換。而燃料電池、鋰離子電

22、池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸蓄電池等是經(jīng)過電化學反應而產(chǎn)生電能的固定或移動式電能的載體。</p><p>　　1.2充電電池的應用現(xiàn)狀</p><p>　　自蓄電池發(fā)明以來，已有一百多年了，目前廣泛應用的可充電電池（二次電池）有鎳鎘電池、鎳氫電池、鉛酸電池和鋰電池等。各種便攜式電子設備，如筆記本電腦、移動電話、攝像機、MP3、UPS等，都離不開可充電電池，而且要求電池輕、薄、短、小且容量大

23、?？沙潆婋姵赜捎谒哪芰抠|(zhì)量比、能量體積比和使用成本等指標都比一次電池顯現(xiàn)出很多的優(yōu)越性，所以可充電電池的充電管理成為一個重要問題。實踐證明，對不同類型的可充電電池應該采用不同的充電控制方法，而可充電電池的適當充電方法，不僅可以確?？沙潆婋姵爻渥汶?，而且還可以有效地延長可充電電池的使用壽命，反之，則會使可充電電池發(fā)揮不了它應輸出的電量，給電池的使用者帶來不便，嚴重時，還會給用戶帶來不應有的損失。</p><p>

24、　　綜上，發(fā)展智能充電器可以有效地解決這一方面的難題，還可以幫助人們解決日常生活中遇到的這些問題。</p><p>　　1.3充電器的設計背景及意義</p><p>　　所謂智能充電器，是指可以對不同的可充電電池進行充電，還能根據(jù)用戶的需要自主選擇充電方式，并且在充電過程中對被充電的電池進行保護，從而防止過電壓、電流和溫度過高的一種智能化充電器[1]。</p><p&g

25、t;　　目前，由于常規(guī)充電技術不能適應各類新型電池的要求，因此嚴重影響電池的使用壽命。實踐證明，免維修電池的浮充電壓偏差5%，浮充壽命將減少一半。鋰離子電池的充電電壓超過4.1±50mV，將造成電池永久性損壞。如果采用鎳鎘電池常用的－ΔV檢測法，控制鎳氫電池快速充電，可能造成鎳氫電池因嚴重過沖電而損壞。而智能型的充電器可以對可充電電池進行智能控制和選擇，幫助我們在使用時可以盡量避免對電池的傷害，以保證我們?nèi)粘Ｉ畹男枰猍2]。

26、</p><p>　　1.4智能充電器的發(fā)展及趨勢</p><p>　　1.4.1智能充電器的發(fā)展</p><p>　　充電器的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。</p><p>　　1.限流限壓式充電器</p><p>　　最開始的就是限壓式充電，然后過渡到限流限壓式充電，它使用的方式就是淺充淺放，其壽命表述就是時間，沒有次數(shù)。&

27、lt;/p><p>　　2.恒流/限壓式充電器</p><p>　　這是充電器發(fā)展的第二階段，這種模式的充電器占據(jù)了市場近半個世紀。首先，以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉換電壓就是第二階段的恒電壓。這種充電器充電電流總是低于電池的可接受能力，造成充電效率低，大大降低了電池的壽命。</p><p>　　3.自適應智能充電器&l

28、t;/p><p>　　隨著大規(guī)模集成IC的出現(xiàn)。充電器設備進入了一個全新的自適應、智能階段，即稱為第三代充電器。自適應充電器遵循各類電池的充、放電規(guī)律進行充、放電。并且具有溫度補償功能。充電系統(tǒng)由具有特殊功能的單片機控制，不斷檢測系統(tǒng)參數(shù)，按模糊推理算法不斷調(diào)整充電參數(shù)，同一充電器可適應不同種類電池的充電，充電器自適應調(diào)整自己的輸出電流，無需人工選擇。</p><p>　　1.4.2智能充電器

29、的趨勢</p><p>　　電源技術發(fā)展到今天，已融匯了電子、功率集成、自動控制、材料、傳感、計算機、電磁兼容、熱工等諸多技術領域的精華。</p><p>　　同時，為了滿足各類電池快速充電的不同要求，世界各國都在研究智能化快速充電技術。目前已研制出幾十種各類電池快速充電控制集成電路，利用這些集成電路，很容易制作智能化快速充電器。尤其隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機由于它的計算能力強，有關

30、數(shù)據(jù)易于存儲、傳輸和修改，易于實現(xiàn)自動控制等一系列優(yōu)點，在各行各業(yè)得到了廣泛的應用。目前在可充電電池的充電、放電管理中，廣泛使用了計算機技術。而便于和MCU/CPU進行數(shù)據(jù)交換、處理的各種總線技術，例如位總線（Bitbus）、系統(tǒng)管理總線（SMBus）、集成電路之間數(shù)據(jù)交換總線（I2C）和通用串行總線（USB）等，在充電電池的充電、放電管理中得到廣泛應用。</p><p>　　在計算機中，利用總線技術可以實現(xiàn)對電

31、池電量狀態(tài)，電池電量的使用時間、電池的剩余電量、電池是否正常等的管理及檢測，進行有關電池工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示，當電池電量用完后，計算機可以自動關機，保存有關數(shù)據(jù)。同樣，在目前得到普及的手機中，這些技術也得到了廣泛的應用，極大地方便了用戶的使用[3]。所以，我們有理由相信。在不久的將來，隨著制作工藝的更加納米化和系統(tǒng)的微型集成化，將使智能充電器的應用領域和普遍性更加廣泛，各種新技術在可充電電池充電、放電電路中的應用起到拋磚引玉的作用。<

32、;/p><p>　　電能變換則是用電之門，是用好電的必由之路。電能變換主要表現(xiàn)在變壓、調(diào)壓、整流、濾波、穩(wěn)定、變換等，而這些基本的電能變換是通過一系列的技術方法實現(xiàn)的，并且這些技術方法分別適用于不同的環(huán)境條件和要求。例如，常見的技術有參數(shù)穩(wěn)壓、磁放大器技術、數(shù)控調(diào)壓技術、相控技術、變頻、PWM、移相諧振、電流均分、驅動保護、電磁兼容等等。隨著這些技術的不斷發(fā)展和進步，使電源裝置能滿足負載各種各樣的需求。</p&

33、gt;<p>　　2 充電電池的特性</p><p>　　2.1充電電池的充電特性</p><p>　　對于鎳鎘電池來說，當恒定電流剛充入放完電的電池時，由于電池內(nèi)阻產(chǎn)生壓降，所以電池電壓很快上升。此后，電池開始接受電荷，電池電壓以較低的速率持續(xù)上升。在這個范圍內(nèi)，電化學反應以一定速率產(chǎn)生氧氣，同時氧氣也以同樣的速率與氫氣化合，因此，電池內(nèi)部的溫度和氣體壓力都很低。<

34、/p><p>　　經(jīng)過一些時間后，電解液中會產(chǎn)生氣泡，這些氣泡聚集在極板表面，使極板的有效面積減少，所以電池的內(nèi)阻抗增加，電池電壓開始較快上升。這是接近充足電的信號。充足電后，充入電池的電流不是轉換為電池的貯能，而是在正極板上產(chǎn)生氧氣超電位。氧氣是由于電解液電解而產(chǎn)生的，不是由于氫氧化鎘還原為鎘而產(chǎn)生的。在氫氧化鉀和水組成的電解液中，氫氧根離子變成氧、水和自由電子。雖然電解液差生的氧氣能很快在負極板表面的電解液中復合

35、，但是電池的溫度還是顯著升高。由于從大量的氫氧離子中比從很少的氫氧化鎘中更容易分解出氧氣，所以電池內(nèi)的溫度急劇上升，這樣就使電池電壓下降[4]。電池的電壓于是曲線出現(xiàn)峰值。</p><p>　　鎳氫電池的充電特性與鎳鎘電池類似，充電過程中兩者的電壓、溫度曲線相似(圖2-1)?？梢钥闯?，充點終止時，鎳鎘電池電壓下降比鎳氫電池大得多。當電池容量達到額定容量的80%以前，鎳氫電池的溫度緩慢上升，當電池容量達到90%以后

36、，鎳鎘電池的溫度才很快上升。當電池基本充足電時，鎳鎘/鎳氫電池的溫度上升速率基本相同。</p><p>　　以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（

37、即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出， 又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量[5]。在Li-ion的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。其曲線如圖2-2。</p><p>　　圖2-1 鎳鎘/鎳氫電池充電電壓曲線</p><p>　　圖2-2 鋰電池的充電曲線</p><p>　　

38、2.2充電過程與常用的充電方法</p><p>　　2.2.1電池的充電過程</p><p>　　電池的充電過程通?？煞譃轭A充電、快速充電、補足充電、涓流充電四個階段[6]。下面對于四個階段進行解釋。</p><p>　　對于長期不用的或新電池充電時，一開始就采用快速充電，會影響電池的壽命。因此，這種電池應先用小電流充電，使其滿足一定的充電條件，這個階段成為預充電。

39、</p><p>　　快速充電就是用大電流充電，迅速恢復電池的電能?？焖俪潆娝俾室话阍?C以上，快速充電時間由電池的容量和充電速率所決定。</p><p>　　為了避免過充電，一些充電器采用小電流充電。鎳鎘電池正常充電時，可以接受C/10 或更低的充電速率，這樣充電時間要10h以上。采用小電流充電，電池內(nèi)不會產(chǎn)生過多的氣體，電池溫度也不會過高。當電池接到充電器上低速率恒流充電器就能對電池提

40、供很小的涓流充電電流。電流采用小電流充電時，電池內(nèi)產(chǎn)生的熱量可以自然散去[7]。</p><p>　　涓流充電器的主要問題是充電速率太慢，例如，容量為1Ah的電池，采用C/10充電速率時，充電時間要10h以上，此外，電池采用低充電速率反復充電時，還會產(chǎn)生結晶。大部分涓流充電器中，都沒有任何電壓或溫度反饋控制，因而不能保證電池充足電后，立即關斷充電器。</p><p>　　快速充電分恒流充電

41、和脈沖充電兩種。恒流充電就是以恒定電流對電池充電，脈沖充電則是首先用脈沖電流對電池充電。然后讓電池放電，如此循環(huán)。</p><p>　　2.2.2常用的充電方法</p><p><b>　　1.恒流充電</b></p><p><b>　　(1)恒流充電</b></p><p>　　充電器的交流電源

42、電壓通常會波動，充電時需采用一個直流恒流電源(充電器)。當采用恒流充電時，可使電池具有較高的充電效率，可方便地根據(jù)充電時間來決定充電是否終止，也可改變電池的數(shù)目。恒流電源充電電路如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 恒流電源充電電路</p><p><b>　　(2)準恒流充電</b></p><p>　　準恒流充電電路如圖2-4所

43、示。在這種電路中，通過直流電源和電池之間串聯(lián)上一個電位器，以增加電路內(nèi)阻來產(chǎn)生恒定電流。電阻值根據(jù)充電末期的電流進行調(diào)整，使電流不會超過電池的允許值。由于結構簡單、成本低廉，此種電路被廣泛應用充電器中。</p><p>　　圖2-4 準恒流充電電路</p><p><b>　　2.恒壓充電</b></p><p>　　恒壓充電電路如圖2-5所

44、示。恒壓充電是指每只單體電池均以某一恒定電壓進行充電。當對電池進行這一充電時，電池兩端的電壓決定了充電電流。這種充電方式的充電初期電流較大，末期電流較小。充電電流會隨著電壓的波動而變化，因此充電電流的最大值應設置在充電電壓最高時，以免時電池過充電。</p><p>　　圖2-5 恒壓充電電路</p><p><b>　　3.浮充方式</b></p>&

45、lt;p>　　在浮充方式中，電池以很小的電流(C/30～C/20)進行充電，以使電池保持在滿充狀態(tài)。浮充方式廣泛應用于電池作為備用電源或應急電源的電氣設備中。常規(guī)浮充方式充電電路如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 浮充方式充電電路</p><p>　　2.3充電器的充電終止控制技術</p><p><b>　　2.3.1定時控制<

46、/b></p><p>　　該方法適用于恒流充電。根據(jù)電池的容量和充電電流，很容易確定所需的充電時。這種控制方法最簡單，但由于電池的起始充電狀態(tài)不完全相同，有的電池充不足，有的電池過充電。因此只有充電速率小于0.3C時，才使用這種方法。</p><p>　　不同的電池應采用不同的充電控制技術。常用的控制技術有：定時控制、電壓控制和溫度控制等[8]。</p><p&

47、gt;<b>　　2.3.2電壓控制</b></p><p>　　在電壓控制中，最容易檢測到的是最高電壓。常用的電壓控制方法有：</p><p>　　最高電壓（Vmax）：從充電特性曲線中，電池電壓達到最大時，電池即完成充電。</p><p>　　電壓負增量（－ΔV）：電池電壓的負增量與電池組以及環(huán)境溫度沒有關系，可以準確判斷電池已經(jīng)充滿電，適

48、用于鎳鎘電池。</p><p>　　電壓零增量（0ΔV）：電池電壓在某一段時間內(nèi)變化很小，可以判斷其已經(jīng)完成充電。適用于鎳氫電池。</p><p><b>　　2.3.3溫度控制</b></p><p>　　為了避免損壞電池，電池溫度過低時不能開始快速充電，電池溫度上升到規(guī)定數(shù)值時，必須立即停止快速充電。常用的控制方法有：</p>

49、<p>　　最高溫度（TMAX)：充電過程中，通常當電池溫度達到45。C時候，應立即停止快速充電。電池的溫度可以通過與電池裝在一起的熱敏電阻來檢測。</p><p>　　最低溫度（TMIN）：當電池的溫度低于10。C，充電器自動轉入涓流電流，等溫度升高以后，再轉入快速充電。</p><p>　　溫度變化率（ΔT/Δt）：鎳氫和鎳鎘電池的的上升速率基本相同，當電池溫度每分鐘上升1

50、。C時，應立即終止快速充電。</p><p>　　溫升（ΔT）：當電池溫度達到規(guī)定值后，立即停止快速充電。其中，必須使用兩只熱敏電阻，分別檢測電池溫度和環(huán)境溫度。</p><p>　　2.3.4綜合控制法</p><p>　　以上各種控制方法各有優(yōu)缺點：由于存在電池個體的差異和個別特殊的電池，若只采用一種方法，則會很難保證電池較好地充電。為了保證在任何情況下均能可靠

51、的檢測電池的充足電狀態(tài)，可采用具有定時控制、溫度控制和電池電壓控制功能的綜合控制法。</p><p>　　3 單種充電器設計方案分析</p><p>　　3.1鎳鎘電池充電器</p><p>　　本電路是由1只晶體管構成的Ni－Cd充電器，可以對1～4節(jié)鎳鎘電池進行充電。</p><p>　　圖3-1 由1只晶體管構成的鎳鎘充電電路<

52、;/p><p>　　圖3-1中的LED1、VD1、R1組成了放電電路，VD2、R2、LED2、R3、RP1、VT1、R4組成了充電電路。調(diào)節(jié)R1的電阻值，可以得到大約20MA的平均電流；調(diào)節(jié)RP1的值，可以得到150MA的充電電流通過VT1管，故VT1管的IC＝4A、UCE＝45V、β＝25～100。</p><p>　　在該電路中，發(fā)光二極管的額定最大正向電流為50MA，變壓器T采用7.5V

53、A的，次級要求15V、500MA。</p><p>　　3.2常用的鋰電池充電器</p><p>　　鋰離子電池的優(yōu)點是：工作電壓高，如一般每節(jié)為3.6V；體積小，重量輕，能量高；壽命長；使用時，允許的溫度范圍廣；無記憶效應，無環(huán)境污染等。這里介紹一種采用恒流－恒壓方式控制鋰離子充電的簡單電路。</p><p>　　先簡單介紹下鋰電池的充放電特性。對于一般500MA

54、·h的AA型鋰離子電池，單只電池充電電壓最好保持在4.1V左右，充電電流通常限制在1C（500MA）以下，否則會造成鋰電池的永久性損壞。在充電時通常采用恒流－恒壓方式，即先采用1C以下的恒定電流充電，電池的電壓不斷上升，當升到4.1V時充電器應立即轉入恒壓方式（4.1V左右），充電電流逐漸減小，當電池充滿時，電池降到涓流的充電電流。用這種方法大約2小時可以完成對500MA·h的鋰電池充電。鋰電池放電電流不應超過3C（

55、1.5A），單體的電池電壓不應低于2.2V，否則會造成損壞，一般確定放電終止電壓為2.5V。</p><p>　　圖3-2 鋰電池充電原理圖</p><p>　　該電路主要以PS1719為核心器件構成，能對電池G進行恒流充電。恒流電流IS由電阻RF確定，即IS＝160MV/RF。若RF取值0.5Ω，則恒流電流IS＝320MA。恒壓VS則由R2和R1的比值確定，即VS＝2.5（1+R2/R

56、1）（V）。若R2取值為68KΩ，R1取值為100KΩ，則VS為4.2V。正好滿足鋰電池的充電要求。該電路電池充滿標準以充電電流減小到最大電流（指的是開始的恒流）的15%為判斷基準，并終止充電。圖3-2中發(fā)光管LED1為充電指示，LED2為充滿指示。</p><p><b>　　4 硬件設計</b></p><p><b>　　4.1基本概況</b&

57、gt;</p><p>　　本設計以AT89S52單片機為核心，使用家用的開關電源，然后利用pwm脈寬調(diào)制技術產(chǎn)生利用軟件控制的充電電源，以適應不同種類充電電流的需要[9]。通過A/D轉換和實時采集電池的電壓、電流，對充電過程進行智能控制，以判斷電池達到哪個階段，來進行電池修復的目的。本設計還可以通過串口和上位機實現(xiàn)單片機和電腦通信，從而利用上位機對充電電流、電池電壓以及充放電相關參數(shù)進行顯示。</p>

58、;<p>　　其基本的設計思路如圖4-1。主要包括電源變換電路、PWM控制器、采樣電路、單片機控制器和上位機等，形成一個閉環(huán)系統(tǒng)。下面對其各模塊的具體電路進行介紹。</p><p>　　圖4-1 智能充電器的電路模塊</p><p><b>　　4.2電源變換電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波

59、電路和穩(wěn)壓電路組成。其具體電路圖（圖4-2）以及電源變換的波形圖（圖4-3），見如下。通過改變電源，取得我們智能充電器所需要的基本電源，+5V以及+12V。</p><p>　　圖4-2 電源變換電路</p><p>　　圖4-3 電源變換波形圖</p><p>　　4.3PWM技術的原理及應用</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制（PWM）

60、，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。PWM信號是數(shù)字的，它是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。</p><p>　　圖4-4顯示為脈沖寬度調(diào)制的原理圖以及波形圖，該系統(tǒng)有一個比較器和一個周期為Ts的鋸齒波發(fā)生器[10]。語音信號如果大于鋸齒波信號，比較器輸出正常值A，否則輸出為0。因此，從圖4-4

61、(b)中可以看出比較器輸出一列下降沿調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制波形。</p><p>　　圖4-4 脈沖寬度調(diào)制的過程</p><p>　　（a）調(diào)制的原理圖 （b）調(diào)制的波形圖</p><p>　　在實際的應用中，鎳氫電池等智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用

62、適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。通過調(diào)整PWM的周期、以及它的占空比而達到控制充電電流、電壓的目的。</p><p>　　圖4-5 PWM控制器電路圖</p><p>　　圖4-5所示為利用PWM調(diào)制器芯片UC3842[11]，它能產(chǎn)生頻率固定而占空比可調(diào)的控制電壓，通過改變場效應管的通斷狀態(tài)，來調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，來實現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。例如由于某種原因V0突然升高時，就改變控制電壓占

63、空比，使以后的電壓平均值下降，使V0趨于穩(wěn)定，反之毅然。</p><p>　　該部分的電路，我主要使用了X9C102數(shù)字電位器以及UC3842來實現(xiàn)我的PWM控制器調(diào)制的目的。單片機的P3.5、P3.6以及P3.7口通過線性光耦合器PC817接入X9C102數(shù)字電位器。UC3842的FB針腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度。以此來控制UC384

64、2輸出PWM波占空比，達到控制電池電壓、電流的目的。</p><p>　　4.4單片機AT89S52</p><p>　　4.4.1AT89S52</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許

65、程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)中得到廣泛應用[11]。</p><p><b>　　4.4.2主要性能</b></p><p>　　1、與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容；2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；3、1000次擦寫周期；4、全靜態(tài)操作：0Hz-3

66、3MHz；5、三級加密程序存儲器；6、32個可編程I/O口線；7、三個16位定時/計數(shù)器；8、六個中斷源；9、全雙工UART串行通道；10、低功耗空閑和掉電模式；11、掉電后中斷可喚醒； 12、看門狗定時器；13、雙數(shù)據(jù)指針；14、掉電標識符。</p><p>　　圖4-6 AT89S52的引腳圖，DIP封裝圖</p><p>　　4.4.3管腳簡要說明</p><p

67、>　　AT89S52的引腳圖，如圖4-6。</p><p>　　P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏 輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 　　

68、</p><p>　　P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向輸入輸出口，P1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。在作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在flash編程

69、和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　P2口：它是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2口送出高八位地址。</

70、p><p>　　P3口：是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P3輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 </p><p>　　RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。</p><

71、;p>　　ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。通常情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。</p><p>　　PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程

72、序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。</p><p>　　EA/VPP：外部訪問允許，如果想要使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc

73、端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　4.4.4單片機的外圍電路圖</p><

74、;p>　　外圍電路連接如下。圖4-7所示：Y1提供時鐘頻率信號，S1、S2、S3可選擇充電類型，RST連接復位電路。</p><p>　　圖4-7 AT89S52單片機外圍電路的連接</p><p>　　4.5數(shù)據(jù)采樣與轉換電路</p><p>　　ADC0809是CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉換器。其內(nèi)部有一個8路通道開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存

75、譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。它的內(nèi)部由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型A/D轉換器、以及逐次逼近組成。是目前國內(nèi)應用最廣泛的8位通用A/D芯片[12]。</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，以下說明各引腳功能。</p><p>　　IN0～IN7：8路模擬量輸入端。 　　</p><

76、p>　　2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。 　　</p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。 　　</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 　　</p><p>　　START：A／D轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬），使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿

77、啟動A/D轉換）。 　　</p><p>　　EOC：A／D轉換結束信號輸出，當A／D轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。 　　</p><p>　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入高電平有效。當A／D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 　　</p><p>　　CLK：時鐘脈沖輸入端，要求時鐘頻率不高于640KHZ。

78、　　</p><p>　　REF（+）、REF（-）：基準電壓。 　　</p><p>　　Vcc：電源，＋5V。 　　</p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　圖4-8 數(shù)據(jù)采樣與轉換電路</p><p>　　下面對該電路的工作過程進行介紹，如上圖4-8。由于A

79、DC0809的時鐘頻率不高于640KHZ，單片機的時鐘頻率為22.118MHZ，所以將單片機的時鐘頻率經(jīng)過74LS293八分頻后再提供給ADC0809使用。因為74LS293的8腳輸出至ADC0809的10腳CLOCK。數(shù)據(jù)采樣模塊是利用ADC0809模數(shù)轉換芯片，對下面的四個點IN_0、IN_1、IN_2、IN_3的電壓值進行采樣，對采樣值分別經(jīng)過26、27、28和1腳輸入ADC0809進行A/D轉換。由于ADC0809采樣數(shù)值不超過

80、5V，所以需要加電阻分壓。</p><p>　　首先由單片機P2.6和P2.7輸入2位地址并且使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。該地址經(jīng)過譯碼選通4路模擬輸入IN_0、IN_1、IN_2和IN_3之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。等到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已經(jīng)存入鎖存器，這個信號可用作中斷

81、申請。當OE輸入高電平時候，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉換的數(shù)據(jù)就由D0~D7輸出給單片機了。</p><p><b>　　4.6溫度傳感電路</b></p><p>　　由于充電電池在充電時候極其容易受到周圍溫度的影響。在不同氣候溫度以及濕度等條件的作用下，使電池產(chǎn)生電解質(zhì)干涸、內(nèi)部短路等諸多問題。所

82、以專門設計了一個數(shù)字溫度傳感電路，根據(jù)環(huán)境的溫度調(diào)節(jié)充電電池的電壓，使之不遭到破壞，并且能夠安全有效地充滿電，如下圖4-9。DS18B20的溫度檢測范圍為－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時精度為±0.5℃。它的溫度檢測和數(shù)據(jù)傳輸在同一塊芯片上，抗干擾能力強。它在電路中的作用是：將感應到的溫度數(shù)值直接傳給單片機，單片機接收數(shù)據(jù)以后通過邏輯程序的判斷選擇充電參數(shù)值。它的具體芯片圖見圖4-10。</p><

83、;p>　　圖4-9 溫度傳感電路 圖4-10 DS18B20</p><p><b>　　4.7顯示電路</b></p><p>　　顯示電路很簡單，可以用單片機來控制LCD1602的顯示，編程時需要嚴格按照其工作時序編寫。它的外圍電路的連接如下圖4-11。D0~D7用來接單片機的P0口。由于P0口用于A/D轉換，所以加

84、入74HC573鎖存器來解決AT89S52單片機的端口沖突問題。</p><p>　　圖4-11 顯示電路</p><p>　　4.8上位機通信模塊</p><p>　　該電路主要用于單片機與計算機的通信，輸出電流的充電以及放電參數(shù)，與外部電路通訊，在電腦中顯示出電池的充電以及放電過程的曲線圖，可以改變它的充電類型。這個過程主要由上位機程序控制，具體連接電路圖如下

85、（圖4-12）。</p><p>　　圖4-12 上位機通信電路5 軟件設計</p><p>　　5.1編程語言的選擇</p><p>　　由于AT89S52使用的是CIP-51微控制器內(nèi)核。由于我對C語言更熟悉一些，而且C語言簡潔緊湊，靈活方便，是結構式的語言，在結構上條理清晰，所以選用的是C語言進行編程。</p><p>　　5.2設

86、計環(huán)境的選擇</p><p>　　開發(fā)環(huán)境我用的是Keil C51軟件，它是眾多單片機應用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編,PLM語言和C語言的程序設計，界面友好，易學易用。這次設計課題的主要內(nèi)容是在充電器的充電過程中，采集參數(shù)，進行電壓、電流、溫度的實時顯示，具體的軟件設計流程圖如圖5-1。主程序如下：</p><p>　　#include<reg52.h&

87、gt;</p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define Nop()_nop_()</p><p>　　sbit

88、lcd_rs_port=P2^1; /*定義LCD控制端口*/</p><p>　　sbit lcd_rw_port=P2^2; /*定義LCD控制端口*/</p><p>　　sbit lcd_en_port=P2^3; /*定義LCD控制端口*/</p><p>　　#define lcd_data_port P0 /*定義LCD控制端口*/</p>

89、<p>　　sbit DQ=P1^3; //定義DS18B20通信端口</p><p>　　void init()/*串口定時器外部中斷初始化*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　//TMOD=0x21;</p><p>　　//TH1=0xfd;</p><

90、p>　　//TL1=0xfd;/*9600*/</p><p><b>　　//TR1=1;</b></p><p>　　//SCON=0x50;/*工作在方式1*/</p><p><b>　　P0=0x00；</b></p><p><b>　　P1=0x00；</b>

91、;</p><p><b>　　P2=0x00；</b></p><p><b>　　p3=0x00；</b></p><p><b>　　EOC=1;</b></p><p><b>　　ALE=0;</b></p><p>&l

92、t;b>　　ST=0;</b></p><p><b>　　OE=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　ReadTemperature(void) //讀取溫度</p><p><b>　　{</b></p>

93、<p>　　uchar a=0;</p><p>　　uchar b=0;</p><p><b>　　uint t=0;</b></p><p>　　float tt=0; //定義</p><p>　　Init_DS18B20();</p><p>　　WriteOneChar(

94、0xCC); //寫入字符</p><p>　　WriteOneChar(0x44);</p><p>　　Init_DS18B20();</p><p>　　WriteOneChar(0xCC);</p><p>　　WriteOneChar(0xBE);</p><p>　　a=ReadOneChar(); /

95、/讀取a的字符串</p><p>　　b=ReadOneChar();</p><p><b>　　t=b;</b></p><p><b>　　t<<=8;</b></p><p><b>　　t=t|a;</b></p><p>　　tt

96、=t*0.0625;</p><p>　　t=tt*10+0.5;</p><p>　　da[16]=t/100+0x30;</p><p>　　da[17]=t%100/10+0x30;</p><p>　　da[18]=t%10+0x30;</p><p><b>　　}</b></p&

97、gt;<p>　　5.3總體設計的流程圖</p><p>　　圖5-1 軟件系統(tǒng)流程圖6 結論</p><p>　　畢業(yè)設計是對我大學四年學習成果的考核和總結。在這幾個月的時間里，通過老師以及同組同學的幫助下，完成了大學四年最后的設計實踐。</p><p>　　從開始的選題、老師下達任務書、我們開始進行資料的收集和整理，到文獻綜述以及外文的翻譯，走

98、到現(xiàn)在。畢業(yè)設計在制作的過程中，遇到很多的問題。首先是方案的制定，在經(jīng)過一系列的選擇以及和老師的探討之后，終于定下了現(xiàn)在的方案；然后是軟件的應用，畢業(yè)設計的設計過程讓我學會了如何應用PROTEL，更深方面的-如何去學習和去思考自己不懂的東西；最后在設計的應用中，電路圖的設計遇到很多麻煩，比如電阻R、電容C的選擇，電壓U、電流I的計算，具體芯片的如何應用，又或者軟件C語言的基本學習以及匯編語言的應用。在最后階段的焊接電路板，是最麻煩的工作

99、，在仔細檢查完電路圖，并且確定沒有差錯的時候，我仔細焊接好了實物圖。雖然過程有點累，但是當畢業(yè)設計完成時候還是很欣慰。經(jīng)過整個畢業(yè)設計流程下來，讓我受益匪淺。</p><p>　　當然，我還有許多需要改進的地方。提交完論文后，自己仍然有些地方不足。所以，在以后的工作以及學習當中，會從這次畢業(yè)設計中吸取些經(jīng)驗以及教訓，希望對以后的生活歷程有幫助。參考文獻</p><p>　　[1]董文博，吳

100、知非.數(shù)字化智能充電器的設計[EB/OL]，[2010-10-26].http://www.21ic.com/app/mcu/200903/34100.htm.</p><p>　　[2]楊恢先，黃恢先.單片機原理及應用[M].北京：人民郵電出版社，2006，10.</p><p>　　[3]周玲凱.基于單片機的鎳鎘電池容量恢復儀兼充電器[J].電子世界，2010，4，32（4）：31～3

101、3.</p><p>　　[4]王鴻麟，錢建立，周曉軍.智能快速充電器設計與制作[M].北京：科學出版報社，1998，5，5～6.</p><p>　　[5]路秋生.常用充電器電路與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004，8，7～8.</p><p>　　[6]鉛蓄電池[EB/OL],[2010-10-26].http://baike.baidu.com/vie

102、w/1362675.htm.</p><p>　　[7]許煒，肖和飛，徐金鳳.智能充電器[EB/OL],[2010-10-26],http://www.docin.com/p-43362045.html.</p><p>　　[8]智能充電器[EB/OL]，[2010-10-26].http://baike.baidu.com/view/1005856.htm.</p>&l

103、t;p>　　[9]劉寶忠，劉培德.PMW技術在單片機控制智能充電器中的應用[J].今日電子，2005，12，18（12）：76～77.</p><p>　　[10]王鴻麟，錢建立，周曉軍.智能快速充電器設計與制作[M].北京：科學出版報社，1998，5，133～134.</p><p>　　[11]UC3842[EB/OL]，[2011-05-12].http://baike.bai

104、du.com/view/1532685.htm.</p><p>　　[12]AT89S52[EB/OL],[2011-05-08].http://baike.baidu.com/view/1320440.htm.</p><p>　　[13]ADC0809[EB/OL],[2011-05-09].http://baike.baidu.com/view/1595179.htm.</p

105、><p>　　[14]LenK John D.Simplified design of micropower and battery circuits[M] Boston:Butterworth-Heinemann,1996,57-61.</p><p>　　[15]Park Hae-Woo,Han Chang-Seok.Ni-MH battery charger with a compens

106、atorforelectric vehicles［P］SAE 960477，1996.</p><p><b>　　附錄1 系統(tǒng)實物圖</b></p><p><b>　　附錄2原理圖</b></p><p><b>　　附錄3 實驗代碼</b></p><p>　　#incl

107、ude<reg52.h></p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define Nop()_nop_()</p>&

108、lt;p>　　sbit lcd_rs_port=P2^1; /*定義LCD控制端口*/</p><p>　　sbit lcd_rw_port=P2^2; /*定義LCD控制端口*/</p><p>　　sbit lcd_en_port=P2^3; /*定義LCD控制端口*/</p><p>　　#define lcd_data_port P0 /*定義LCD控

109、制端口*/</p><p>　　sbit DQ=P1^3; //定義DS18B20通信端口</p><p>　　sbit a=P2^5;</p><p>　　sbit b=P2^6;</p><p>　　sbit ALE=P2^7;</p><p>　　sbit EOC=P3^2;</p><p&g

110、t;　　sbit ST=P2^0;</p><p>　　sbit OE=P3^6;</p><p>　　uint info;</p><p>　　/*IMS為單位的延時程序*/</p><p>　　void init()/*串口定時器外部中斷初始化*/</p><p><b>　　{</b><

111、;/p><p>　　//TMOD=0x21;</p><p>　　//TH1=0xfd;</p><p>　　//TL1=0xfd;/*9600*/</p><p><b>　　//TR1=1;</b></p><p>　　//SCON=0x50;/*工作在方式1*/</p><p

112、><b>　　P0=0x00；</b></p><p><b>　　P1=0x00；</b></p><p><b>　　P2=0x00；</b></p><p><b>　　p3=0x00；</b></p><p><b>　　EOC=1

113、;</b></p><p><b>　　ALE=0;</b></p><p><b>　　ST=0;</b></p><p><b>　　OE=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　v

114、oid delay_1ms(uchar x)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar j;</b></p><p>　　while(x--){for(j=0;j<125;j++);}</p><p><b>　　}</b></

115、p><p>　　void lcd_delay(uchar ms)/*LCD1602延時*/</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar j;</b></p><p>　　while(ms--){</p><p>　　for(j=0;j<2