智能稳压充电器的设计与制作PPt28.pptx

智能稳压充电器的设计与制作提纲n一.课题研究的意义n二.手机充电器的发展史n三.电池的充电控制技术n四.智能稳压充电器的硬件设计n五.智能稳压充电器的软件设计n六.结论课题研究的意义随着科学技术的不断进步，易携带的电子产品以很快的速度更新换代，使得电池的续航时间大大增长，而作为电子产品不可或缺的一部分，运用到电池的地方越来越多，导致可充电电池的需求量也与日俱增，同时对充电器的要求也变得以低成本、低功耗、易携带、体积小、并且安全实用为主要指标。智能充电器是依靠先进的单片机控制技术所制造出来的充电器，通过对充电器进行设计，可以更加清楚的知道充电器的制作流程，提高我们对电子产品的设计能力，增强了我们的实际动手操作能力。充分把我们学过的各种知识，应用在设计思路，模型的建立、以及实物的制作中。手机充电器的发展史n1.限流限压式充电器：这是充电器发展史的第一个阶段，这种充电器起初的充电方法是限压式充电，后来演变成限流限压式充电，充电器以使用时间长短为衡量基准，一般是810年左右，与充电次数的多少无关，浅充浅放。n2.恒流/限压式充电器：充电器发展史的第二个阶段，这种充电方式在充电器发展历程中运用了大概50年的时间，其工作原理是用恒定电流充电到预定好的电压值，然后剩下的部分用恒定电压完成，两个阶段切换的电压就是第一阶段的最终电压，也就是第二阶段的恒定电压。n3.自适应智能充电器：充电器发展史的第三个阶段，随着科技发展，先进的工艺制造，更高端集成化电路也与充电器结合起来，使得充电器的设计越来越体积小，智能化。充电器设计进入全新的阶段，这就是第三代充电器。这种充电器遵循各种电池的工作原理，由单片机进行控制通过转换各种充电模式对电池进行充放电，并且有温度保护功能，不需要人工参与，减少失误，有效的保护了电池，延长了使用寿命。电池的充电控制技术n一.锂电子电池介绍锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，锂电子电池能量高、电能存储密度大、漏电量小，工作电压高，还可以制作成任意形状，适应不同产品的需要。锂电池于镍类电池相比，在相同输出功率条件下，重量减少一半，体积减少20%。锂电子电池没有记忆效应，可在任意时间点充电，并且有效的保持电荷，但是使用中要尽量避免过充过放，损坏电池。二.电池终止充电控制方法电池在充满电后，如果不及时停止充电，电池的温度将迅速上升。温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短电池寿命、容量下降。为了保证电池充足电又不过充电，采用定时控制、电压控制和温度控制等多种终止充电的方法。1.定时控制n该方法适用于恒流充电。充电的时候，因为是恒定电流，根据电池的容量还有充电电流的大小，可以很容易推算出来所需的充电时间。当达到充电时间后，定时器会发出信号停止进行充电或者改为浮充状态维持充电电流，这样可以有效的避免大电流充电对电池造成的损伤。这种控制方法的缺点是，充电前，电池的容量没法准确的去得知，而且在充电过程中也会有元器件的发热，导致一定的功率损耗，所以实际的充电时间不能准确得到。该方法充电时间固定，不能自动及时调整充电模式，所以有可能充不足电或者过充。2.电池电压控制n在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有：n电压负增量(V)：在充电过程中，负增量的出现不受电池电压、外界温度、充电速率的影响。所以，通过监测负增量可以准确判断出是否已经充满电。这种方法的缺点是：在电池充满电之前，会有局部出现电压负增量，此时会误判电池已经充满电而停止快充；还有镉镍电池在充满电以后由于出现负增量的现象比较缓慢，所以有可能在监测到负增量前电池就已经过充了，长期过充会损害电池的寿命。n 电压零增量(V)：锂电池充电器中，为了避免因为负增量出现延迟而使电池过充，所以采用一种0V控制法。这种方法通过比较电压的变化而对充电进行控制。缺点是由于检测元器件不是很灵敏，所以当充电时出现电压变化很小的情况，元器件会监测不出来变化，从而进行误操作，所以采用这种方法应选用高灵敏度检测器件。n 最高电压(VMAX)：电池电压达到最大值时，表示电池充满电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，立即停止快速充电。这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高电压随充电速率、周围环境温度而变，而且电池组中各单体电池的最高充电电压也不同，因此采用这种方法并不能十分准确判断出电池是否充满电。3.电池温度控制因为大电流充电会造成电池发热，所以当温度过高超过设定的数值时，应立即停止充电。常用的温度控制方法有：最高温度(TMAX)：通常在电池充电过程中，设定的温度是40，当热敏电阻检测到温度超过40时，立即停止快速充电。这种方法的缺点是，热敏电阻响应有些滞后。温度变化率(T/t)：电池在充满电后温度会持续上升，而且上升的速率是基本相同的，所以当电池温度每分钟上涨一度的时候，应立即停止充电，这种方式的缺点是由于热敏电阻的阻值与温度是非线性的，所以为了提高精度，应该设法减少非线性带来的影响。4.综合控制法以上的控制法各有利弊，为了能够准确的检测出充满电状态，需要各种控制法共同协作，这就是综合控制法，包括定时控制、温度控制、电池电压控制。智能稳压充电器的硬件设计n本课题所设计的充电器由单片机和充电集成电路协同进行充电控制，其中外部显示电路包括充电指示灯，蜂鸣报警器以及液晶显示屏，显示屏显示充电进度，输出电压以及温度，可以更加直观的给使用者展示充电状态。1.单片机控制模块nAT89S52介绍AT89S52是由Atmel公司开发的一种低功耗，高性能CMOS8位单片机，该单片机功能强大，主要功能特性如下：兼容MCS-51指令系统8k可反复擦写(1000次）ISPFlashROM32个双向I/O口4.5-5.5V工作电压3个16位可编程定时/计数器时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线256bytesRAM2个外部中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式3级加密位看门狗（WDT）电路软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程双数据寄存器指针第40管脚（VCC）是电源端；20管脚（GND）是单片机的接地端；第9管脚（RST）是单片机的复位端；第18、19管脚（XTAL1、XTAL2）是单片机外接振荡器和外部时钟信号输入端；31管脚（EA/VPP）是外接程序存储器访问控制端；30管脚（ALE/PROG）地址锁存脉冲输入引脚和只读存储器。nI/O口端口结构：n1.p0端口结构：I/O口P0.0P0.7为8个管脚，8个管脚连接P1口的驱动，P1口驱动连接P1口锁存器，锁存器连接总线。P0口除了作为一般的I/O口使用外，还有第二个功能，就是作为地址和数据线与程序地址寄存器进行交互。n2.p1端口结构：P1口除了作为一般的I/O口使用外，还用于在线编程，P1.0P1.7中的P1.5、P1.6、P1.7三个管脚与下载线中三个端口相连，作为下载接口，所以P1口部分的I/O口有双重功能。n3.p2口结构：p2口除了当作普通I/O口，第二功能与P0口相同，作为地址和数据线与程序地址寄存器进行交互。n4.p3内部结构：p3口同样可作为普通I/O口，它与P0、P1、P2口一样，也具有第二功能，第二功能为与中断、串行口通信还有定时器进行相关的信息交互。晶振Y、电容C5，C6与单片机XTAL1和XTAL2相连，与单片机内部结构组成一个时钟信号源，作为单片机的工作时序。这种使用晶振配合产生时钟信号的方法称为内部时钟方式，晶振频率决定该时钟频率，这里单片机工作频率就是12MHZ。2.充电控制模块n1脚（IN）输入管脚n2脚（CHG）：充电状态指示管脚，同时驱动LED。n3脚（EN/OK）：输入/输出管脚。n4脚（ISET）：调节输入电流管脚。n5脚（CT）：设置充电时间管脚。n6脚（RSTRT）：控制重新启动管脚。n7脚（BATT）：电池输入脚，接单节电池正极。n8脚（GND）：接地端。n9脚（DRV）：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极。n10脚（CS）：电流传感输入，接晶体管的发射极。充电芯片MAX1898内部电路包括如下的几个部分：输入电流调节器、电流检测器、电压检测器、温度检测器、主控制器、定时器。电压的允许输入范围为4.5V-12V。通过外接电容C来设置充电时间T，通过外一个电阻来设置最大充电电流。3.充电电压转换模块由220V交流电经过电磁线圈耦合成低频的12V直流电，经过CW7805把12V输出电压转换为固定的5V输出。CW7805是三端口正电源稳压元器件，它的封装形式为TO-220。它性价比很高，应用范围非常广泛。工作时由于有过热限制以及工作区保护，元器件不易损坏，但是工作时会温度很高。散热问题有待加强。4.液晶显示模块1602液晶显示器具有体积小、显示清晰、功耗低等特点n1脚（VSS）：电路公共接地端电压。n2脚（VDD）：器件内部的工作电压。n3脚（V0）：液晶显示器对比度调整端，连接地电源对比度最高，连接正电源对比度最低。n4脚（RS）：RS为选择寄存器，低电平0是选择指令寄存器，高电平1时选择数字寄存器。n5脚（RW）：RW为读写控制端，低电平0时写入数据，高电平1时读取数据。n6脚（E）：使能端，写数据时候，下降沿使能。n7脚14脚（D0D7）：8位双向数据端口。n15脚（BLA）：LED背光正极，开通背光需要串联一个限流电阻接VDD。n16脚（BLK）：LED背光负极，接地。5.蜂鸣报警模块Sp是蜂鸣器，它的正极与三极管Q的发射极相连，负极与地线相连。工作过程为：I/O口输入高电平时，三极管Q的基极得到高电平，三极管导通，电流Vcc经集电极流向发射极，并流入蜂鸣器SP。智能稳压充电器的软件设计本次设计的充电器，要显示充电进度，充电电压，监控温度变化，并且由单片机控制电流输出。系统总流程图为：系统上电，初始化，检测充电信号，单片机控制进行充电，监测电压和温度，并在液晶屏上显示。n定时器0程序说明：程序开始，停止定时器0计数，重设计数初值5ms，判断外部中断0是否产生3s5s的信号，产生进入下一步，如果没有出现第二次外部中断0，则认为完成充电，蜂鸣器报警，关闭外部中断0。否则则认为充电出错。结论本次设计的智能稳压充电器对硬件和软件两方面进行了设计，硬件设计为主，软件设计为辅，硬件设计首先设计了充电器结构，然后选择合适的元器件，智能化用AT89S52和MAX1898共同参与进行控制来体现。用AltiumDesigner设计充电电路原理图，并且绘制出PCB图，制作电路板，购买元器件，焊接出智能充电器。软件设计参考51单片机教程进行编写，设计出的程序满足充电器的硬件功能，给予充电器的智能控制足够的支撑。经过本次设计以及实物制作，基本上完成了当初预想设计的功能。n图中显示的是接通电源后的情况，电源指示灯（红灯）会亮，液晶显示屏显示温度，充电进度还有输出电压，这里没连接电池的时候，进度默认为100%。n图中显示的是连接上电池后的情况，充电指示灯（绿灯）会亮，表示正在给连接的电池充电，此时电路温度为27度，电池的充电进度为80%，输出电压为4.05V。