智能型充电器控制电路的设计毕业设计.doc
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1、毕业设计说明书智能型充电器控制电路的设计毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学
2、校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定
3、,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价:一、撰写(设计)过程1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计
4、方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)指导教师: (签名) 单位: (盖章
5、)年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价:一、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)评阅教师: (签名) 单位: (盖章)年 月 日教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组
6、)评价:一、答辩过程1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格
7、 不及格评定成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)教研室主任(或答辩小组组长): (签名)年 月 日教学系意见:系主任: (签名)年 月 日智能型充电器控制电路的设计摘 要:电子信息技术的快速发展使得各种各样的电子产品不断涌现,并朝着便携和小型轻量化的趋势发展,这也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前,较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池,由于它们各自的优缺点使得它们在相当长的时期内将共存发展。由于不同类型的电池的充电特性不同,目前通常对不同类型,甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器,这在实际使用中有诸多不便。本文设计了一种通用型的充电器,介绍了
8、基于单片机89C51的智能型充电器。设计的充电器可以通过电流传感器MAX471和多路模拟转换开关CD4051实时采集电池的电压、电流,并将采集到的信息经过模数转AD574转换后送入单片机进行处理后由单片机的一个端口输出合适宽度的PWM脉冲对开关电源进行控制,从而对充电过程进行智能控制,并由单片机计算剩余的充电时间;还可以通过并口和LED数码管连接给用户显示必要的信息;另外,它也可以改变参数以适应各种不同电池的充电。关键词: 单片机 ;充电器 Intelligent Charger control circuit designAbstract : Electronic information t
9、echnology makes the rapid development of a wide variety of electronic products continue to emerge, and in the small portable and lightweight trend of development, and this makes more electric battery products based on the power supply system. At present, more use of a nickel-cadmium batteries, nicke
10、l hydrogen, lithium batteries and lead-acid batteries, as their respective advantages and disadvantages of allowing them for a long period of time will be the development of coexistence. Is different as a result of the different types batterys charge characteristic, at present usually to different t
11、ype, even different voltage, the capacity ranks battery use different battery charger, this has many inconveniences in the actual use. In this paper, a general-purpose design of the charger, based on the MCU 89C51 intelligent charger. Charger designed by current sensor MAX471 and multi-channel analo
12、g switch CD4051 real-time acquisition of the battery voltage, current and collected the information is analog-digital conversion AD574 converted into the SCM processed by the MCU A port output of the PWM pulse width of the right to switch power to control, thus the process of charging intelligent co
13、ntrol by the SCM calculation of the charge remaining time can also parallel port and LED digital display of users connected to the necessary information In addition, it also can change the parameters to adapt to the different battery charging. Key words: SCM ; charger目 录1 概 述12 课题研究背景与意义22.1 课题研究背景2
14、2.2 课题研究意义23系统的硬件设计23.1 PWM控制电路33.2 电源变换电路43.3 采样电路的设计53.4 单片机控制电路及A/D转换电路63.5 键盘输入电路123.6 显示接口电路124系统软件功能154.1 系统软件功能154.2 系统主程序164.3 系统主要子程序165 结束语25致 谢26参考文献27附 录28附录1程序清单28附录1.1系统主程序清单28附录1.2 系统主要子程序29附录1.2.1 充电策略选择子程序29附录1.2.2 充电控制子程序清单29附录1.2.3 数据采集子程序清单34附录 1.2.4 显示子程序35附录2 设计图纸38附录2.1 智能型充电器
15、控制电路的原理图38附录2.2 智能型充电器控制电路的PCB图39智能型充电器控制电路的设计 1 概 述 随着越来越多的手持式电器的出现,对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控,以缩短充电时间、达到最大的电池容量,并防止电池损坏。本设计系统可以实时采集电池的参数,对充电过程进行智能控制;可以将单片机通过并行口与LED数码管相连,对电池的各项参数进行实时显示;还可以根据不同的电池调整充电方法。充电时间约为120分钟。镍镉电池的恒流充电电流为0.9C,镍氢电池的恒流充电电流为0.5C,
16、锂离子电池的恒流充电电流为0.3C。电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同,电池有自己的特性。这里列举几种不同的电池充电试验,来说明智能充电器的实用价值。现代消费类电器主要使用如下三种电池:a.镍镉电池 b.镍氢电池c.锂电池在正确选择电池和充电算法时需要了解这些电池的背景知识。镍镉电池:镍镉电池的优点是相对便宜,易于使用;缺点是自放电率比较高。典型的镍镉电池可以充电1000 次。失效机理主要是极性反转。在电池包里第一个被完全放电的单元会发生反转。为了防止损坏电池包,需要不间断地监控电压。一旦单元电压下降到1.0V 就必须停机。镍镉电池以恒定电流的方式
17、进行充电。镍氢电池:镍氢电池在轻重量的手持设备中如手机、手持摄象机等等中是使用最广的。这种电池的容量比镍镉的大。由于过充会造成镍氢电池的失效,在充电过程中进行精确地测量以在合适的时间停止是非常重要的。镍氢电池的自放电率大概为20%/月,镍氢电池也为恒定电流充电。锂电池:锂电池和其他电池相比,锂电池具有最高的能量/重量比和能量/体积比。锂电池以恒定电压进行充电,同时要有电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。当充电电流下降到生产商设定的最小电流时就要停止充电。过充电将造成电池损坏,甚至爆炸。锂离子电池以其优良的特性,被广泛应用于: 手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、
18、照相机等便携式电子设备中。2 课题研究背景与意义2.1 课题研究背景现代通讯设备、便携式电子产品、笔记本电脑、电动汽车、小卫星等普遍使用蓄电池作为电源,应用非常广泛。然而大多数设备中的蓄电池,只能使用专用的充电器,而且普通的充电器大多充电时间长,无法判断其充电参数和剩余的充电时间。随着便携式设备日新月异的发展,电源技术己经越来越多得到人们的重视。随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,功能越来越强大,对电源系统的要求也越来越高。智能化主要体现在对电池的充电算法和对环境的自适应性方面,一个新型的充电系统要能自动识别被充电电池的类别,根据电池的参数以及环境温度等自适应地生成充电曲线,
19、以最佳的方式完成快速充电工作。随着越来越多的手持式电器的出现,对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。2.2 课题研究意义现代日常生活中普遍使用的镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池作为电源,应用广泛。电池充电形成了先小电流预充,以适应在低温等条件下的充电,再大电流快速充电,接近满时进入小电流的涓流充电模式,但如果电池很空时,可能处于受损情况,要改变充电方式。这时可以采用脉冲充电方式修复,根据电池受损程度设置不同充电脉宽比。本设计中的充电器有恒压充电、恒流充电、涓流充电等多种充电方式。随着智能电池在国内的日益普及,智能充电器也己经成为国内电源行业研究的新热点,其技术生命力和应用前景将非
20、常广阔。3系统的硬件设计本设计介绍了基于单片机89C51的数字化充电器。设计的充电器可以通过电流传感器MAX471和多路模拟转换开关CD4051实时采集电池的电压、电流,并将采集到的信息经过模数转换AD574转换后送入单片机进行处理后由单片机的一个端口输出合适宽度的PWM脉冲对开关电源进行控制,从而对充电过程进行智能控制,并由单片机计算剩余的充电时间;还可以通过并口和LED数码管连接给用户显示必要的信息;另外它也可以改变参数以适应各种不同电池的充电。基于单片机89C51的数字化充电器原理框图如图3-1所示。主要包括电源变换电路、采样电路、单片机控制电路、脉宽调制控制器、显示器和电池组等,形成一
21、个闭环系统。交流电源经电源变换电路变换成供电池充电的直流电源,直流电源经PWM控制器后对电池进行充电,并且通过单片机对充电过程中的电池的各项参数进行采集与处理,由单片机的一个端口输出合适的脉冲宽度来控制开关电源,从而使主电路输出合适的充电电流对电池进行充电,系统中显示电路用来对充电过程中电池的各项参数进行显示。电池组PWM控制器电源变换电路 单片机控制器采样电路 显示电路图3-1 智能充电器原理框图3.1 PWM控制电路 控制器采用脉宽调制方式控制供电电流的大小。用PWM方式控制的开关电源可以减小功耗,同时便于进行数字化控制。单片机的一个端口输出一个合适的高电平信号后,高电平信号驱动光电耦合器
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