2022年嵌入式系统在蓄电池充电中应用研究报告.docx
《2022年嵌入式系统在蓄电池充电中应用研究报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年嵌入式系统在蓄电池充电中应用研究报告.docx(26页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精品学习资源目录一.设计题目 1二. 设计要求 1三.设计的作用与目的 1四. 系统硬件设计 24.1接口电路设计 .44.1.1 时钟电路及复位电路44.1.2 JTAG调试接口电路44.1.3 LCD串行接口设计54.1.4 RS232接口设计64.2 驱动电路的设计 .74.3采样电路设计 .84.3.1 输入电压采样电路84.3.2 蓄电池端电压采样电路94.3.3 蓄电池充电电流采样电路94.3.4 蓄电池温度采样电路104.4 爱护电路设计 .114.5 电源电路设计 .12五.系统软件设计 135.1系统软件的总体结构 .135.2 应用C/OS -II的必要预备135.2.1
2、定义任务优先级135.2.2 定义任务栈空间145.2.3 定义消息邮箱14欢迎下载精品学习资源5.2.4 C/OS -II的基本函数14六.系统仿真与调试 156.1主控模块及其流程图 .156.2主任务模块及其流程图 .176.2.1 A/D采样模块软件仿真设计 176.2.2 充电模式仿真设计 176.4.4LCD显示任务模块及其流程图18七.结论 .20八. 嵌入式系统实习心得 21九. 参考文献 .22欢迎下载精品学习资源嵌入式系统在蓄电池充电中的应用讨论一设计题目嵌入式系统在蓄电池充电中的应用讨论二设计要求本文的主要目的是讨论并设计一套蓄电池充电掌握器,掌握器的总体功能和技术要求如
3、下:1 充电系统的输入直流电压范畴为200650V;2 充电系统的直流输出电压范畴为060V,待充蓄电池组额定电压为 48V; 3 充电系统的输出直流电流范畴为020A;4 充电系统的最大输出功率为 1200W;5 充电系统应依据蓄电池的荷电状态采纳合适的充电方法对蓄电池进行充电;6 充电系统应具有完善的充电爱护功能;7 充电系统应具有实时显示和监控的功能;三设计的作用与目的如何高效、快速、安全地对蓄电池进行充电掌握,始终是人们关怀的问题;虽然蓄 电池问世至今已有 100多年的历史,但是由于技术条件的限制,目前许多的充电器仍旧采纳传统的充电方式;铅酸蓄电池作为一种可重复使用的储能设备得到了广泛
4、的应用, 但是充电始终是影响其使用寿命的关键问题;随着铅酸蓄电池在新能源开发中的广泛应用,对蓄电池的充电方法和充电装置都提出了新的要求:讨论并设计一种快速、高效、安全的蓄电池充电系统成为一项很重要的任务;对蓄电池充电的改进可以从两个方面考虑,一是蓄电池的充电方法,二是蓄电池的充电装置;随着电力电子技术、微电子技术、运算机技术以及自动掌握技术的进展, 蓄电池的充电掌握方法和充电装置的讨论也越来越广泛,这两个方面的讨论设计对光伏发电、电动汽车等新兴绿色环保产业的进展具有特别重要的意义;本文致力于讨论并设计一种快速、安全、智能的蓄电池充电掌握器;蓄电池的充电过程主要分为激活充电、大电流快速充电、过充
5、电和浮充电四个阶欢迎下载精品学习资源段;这四个充电阶段是完全依据蓄电池的状态进行设置的,多模式充电掌握策略考虑到蓄电池在实际使用过程中的荷电状态,依据蓄电池的荷电状态进行相应的充电掌握,通过对蓄电池端电压的检测,确定采纳何种充电模式,有效地爱护了蓄电池的充电寿命;这种多模式的充电方法综合了恒流充电快速而安全、准时补偿蓄电池电量和恒压充电能够掌握过充电以及在浮充状态保持蓄电池 100%电量的优点;这种充电掌握策略能够实时检测充电情形并按预定的充电方案对蓄电池充电;通过对蓄电池荷电状态的分析与判定,挑选合适的充电模式,激活充电能够有效地激活过放电蓄电池内部的活性物质, 防止初始大电流快速充电对蓄电
6、池造成损坏;大电流快速充电能够最大效率地补足蓄电池的电量;过充电能够能够使得蓄电池的电量接近100%布满,最终的浮充电又能够补充蓄电池自身放电而缺失的电量,进一步补充蓄电池的电量并延长蓄电池的使用寿命; 本文依据充电系统的功能要求和技术指标,进行了总体方案设计;蓄电池充电掌握器的掌握方式采纳基于时下最常用的嵌入式ARM7 微处理器 LPC2292 的数字掌握;充电系统采纳多模式充电掌握策略,分别为激活充电、大电流快速充电、过充电和浮充电四种模式;依据充电系统的总体方案,对充电掌握器的硬件和软件进行了具体的设计与实 现;硬件部分主要充电掌握器的驱动电路,采样电路,爱护电路以及帮助电源的设计;软件
7、部分主要包括介绍了C/OS -II实时操作系统在 ARM7上的移植和各个软件模块包括 A/D 采样、掌握器数据的处理以及数据在LCD 显示等程序的实现;四系统硬件设计本文的充电掌握器以嵌入式作为平台,以ARM7 LPC2292为核心,由于该款芯片的片内外设功能丰富,能完成模拟量的采样转换、数据处理和掌握调剂、以及片内的定时器可产生占空比调剂的 PWM掌握信号,完全能够实现蓄电池的充电掌握,同时该单片机的I/O端口和异步串行通信接口能便利实现外接LCD 显示和上位机的串行通信;充电掌握器的硬件结构如图 4.1所示;这种数字化的充电掌握器满意了充电系统输出可编程控 制、具有数据通讯和显示、智能化掌
8、握等要求;下面将分别介绍充电掌握器中复位电路、JTAG 接口、 LCD 串行接口和 RS232 接口的硬件设计;欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源复位电路PWM波输出欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源JTAG程序下载调试RS232接口LCD显示LPC2292输入电压采样输出电压采样输出电流采样温度采样欢迎下载精品学习资源图 4.1充电掌握器硬件结构图欢迎下载精品学习资源本系统对 CPU 的特别要求有以下几点:1.能供应至少 1路独立的脉宽调制 PWM输要求 100M 以上;出 如不能供应,就系统的工作频率至少欢迎下载精品学习资源2.有 4 个 8位或者 10位精度的 AD 转换器
9、现在也有不少单片机带有 AD 功能,但单买 AD 转换器会造成成本的提高 ;3.带有 CAN 总线掌握器;4.具有 JTAG 接口;5.除以上之外,至少仍需要 35个一般 I/0口;考虑以上条件,采纳ARM公司 LPC2200 系列中的 2292微掌握芯片作为中心处理器;下表 4.1 给出 LPC2292 的管脚配置;表 4.1 LPC2292 的管脚配置端口号引脚I/O 类型功能说明P0.042ORS232 TXD接口P0.149IRS232 RXD接口P0.459I/OCA12864K RS接口P0.561I/OCA12864K SID接口P0.668I/OCA12864K SCLK接口欢
10、迎下载精品学习资源P0.7 P0.10-P0.17P0.27P0.28 P0.29 P0.30P1.27-P1.316978 , 83 , 84 , 85 ,92 , 99 , 100 , 10123253233144 , 140 , 126 ,113 , 43IOI I I II/OPWM波形输出CA12864K DB0-DB7接口ADC0采样(输入电压) ADC1采样(充电电压) ADC2采样(充电电流) ADC3 采样(蓄电池温度)JTAG 接口欢迎下载精品学习资源4.1 接口电路设计4.1.1 时钟电路及复位电路LPC2000系列 ARM7微掌握器可使用外部晶振或外部时钟源,内部PLL
11、 电路可调整系统时钟,使系统运行速度更快CPU 最大操作时钟为60MHZ;本设计为提高系统反应速 度,启用片内的 PLL 功能 使用此功能,就外部晶振的频率限定在10 25MHz;振荡器工作在振荡模式下,由于片内集成了反馈电阻,只需在外部连接一个晶体和电容Cx1、Cx2 就可形成基本模式的振荡;晶振选用11.0592MHz,使串口波特率更精确;如图4.2所示;图 4.2振荡模式下晶振连接复位电路采纳上电复位电路,如图4.3 所示;图 4.3上电复位电路4.1.2 JTAG调试接口电路JTAG 标准是一种国际标准测试协议IEEE 1149.1 ,主要用于芯片内部测试及对系欢迎下载精品学习资源统进
12、行仿真、调试;通过JTAG 接口,可以对芯片内部的全部部件进行拜访,因而是开发调试的一种简洁高效的手段;LPC2292 处理器内置了串行 JTAG 接口,可通过此接口对片内 256K 的 FLASH 储备器进行编程以及程序的烧写和调试,给用户的开发带来极大的便利;接口电路如图 4.4所示;图 4.4JTAG调试接口4.1.3 LCD串行接口设计本文采纳的 LCD型号为 CA12864K,该 LCD内部的中文字型点阵掌握器为 ST7920,可显示四行八列汉字,也可显示图形,内置8192个简体中文汉字 16 16点阵;LCD 使用 3.3V进行供电, LPC2292 与 LCD 的接口有并行和串行
13、两种模式,可便利地实现8位、 4 位并行接口或者串行接口数据传输,采纳哪种模式由LCD 中的 PSB 引脚掌握, PSB 接高电平常挑选并行模式,接低电平常挑选串行模式;LPC2292 采纳串行接口的方式与 LCD进行连接,图 4.5所示为 LCD串行接口;图 4.5 LCD 串行接口欢迎下载精品学习资源LCD 的各引脚定义及功能如表 4.2所示; LCD 与 LPC2292 的串行接口只需连接三个引脚: RS、SID 和 SCLK;LPC2292 通过 P0.10-P0.17口与 LCD 串行通信, P0.6 接液晶的 SCLK 端, P0.4 接液晶的 RS 端, P0.5 接液晶的 SI
14、D端;将 LCD 的并口/ 串口挑选引脚接地即为挑选串行接口, RS 为串行传输时的片选信号; SID 为串行数据线,负责单片机往 LCD 的数据传输; SCLK 为传输时的时钟信号,该时钟信号由LPC2292 供应;充电掌握器在运行中,时刻检测蓄电池的充电参数,对输入电压、输出电压、输出电流和温度等信息进行数据处理和反馈掌握调剂的同时,通过串行接口将充电信息送入LCD 中进行显示,实现了充电系统在运行中的实时显示和监控功能;表 4.2 LCD 各引脚定义及功4.1.4 RS232接口设计RS232 接口是充电系统与上位机通信的重要工具,基于单片机掌握的蓄电池充电系统能够便利地实现与上位机的通
15、信,将充电过程中蓄电池的参数和掌握数据传送至上位机;LPC2292的通用串行通信接口 USCI模块具有两组可同时使用的独立通道;异步通道USCI_A 支持 UART 模式、 SPI 模式、 IrDA的脉冲成形以及 LIN通信的自动波特率检测;同步通道 USCI_B 支持和 SPI模式;本充电掌握器采纳UART 模式通过RS232 接口与上位机进行通信; RS232 接口硬件电路如图 4.6所示;欢迎下载精品学习资源图 4.6 RS232 接口原理图4.2 驱动电路的设计在充电系统中,驱动电路设计特别重要,驱动电路将直接影响到整个充电系统的工作性能和牢靠性;在本充电系统中,对于IGBT驱动电路的
16、设计有如下要求:1 动态驱动才能强,能为 IGBT 栅极供应具有陡峭前后沿的驱动脉冲;否就IGBT会在开通与关断过程中产生较大的开关损耗;2 能向 IGBT供应适当的正向和反向栅极电压;IGBT 导通时, IGBT 的栅极正向栅极电压取 +15V 左右比较恰当;为了提高 IGBT 的关断耐压和抑制干扰的才能, IGBT 关断时在其栅极加 -5 V 的反向电压即可让 IGBT 牢靠截止;3 IGBT驱动电路必需能够实现掌握电路与被驱动的IGBT 栅极之间的电隔离;同时双管反激电路中,两个功率开关管不供地,因而两路驱动信号彼此间也需要电气隔离;4 驱动电路应尽量靠近 IGBT,使得驱动线路尽可能短
17、,防止其他信号的干扰;本充电系统需要两路相互隔离的掌握信号,其中一路隔离驱动电路如图4.7所示, 图 4.7中,三极管 D882 和 B772 构成了图腾柱输出,图腾柱输出能够增强掌握信号的驱动才能,磁环变压器起到了信号隔离的作用;电容C3 为隔直电容, R1 为栅极驱动电阻,目的是防止电流尖峰引起的高频振荡;D1、D2 为稳压二极管 1N4744,通过 D1 和D2 可将驱动电路的输出电压箝位在15V;R2 和稳压二极管也可以提高IGBT 的抗电压尖峰和抗干扰才能;在实际的系统掌握中,LPC2292输出的 PWM掌握信号经过电平转换后与硬件爱护信号进行规律运算,规律运算后的PWM掌握信号即为
18、驱动电路的输入信号欢迎下载精品学习资源PWM1和 PWM2,这两路掌握信号分别送入两路独立的驱动电路中,经过驱动电路对掌握信号进行隔离与放大,形成两路相互隔离的掌握信号DRV_G1和 DRV_G2,这两路隔离的掌握信号驱动功率开关管 IGBT 的开通与关断;图 4.7 驱动电路原理图4.3 采样电路设计稳固牢靠的充电系统要有完善的检测与爱护电路,这样才能依据电路的反馈信息, 准时调整掌握信号,保证系统按预定的掌握策略稳固运行,而且当系统发生故障时,可以准时停止充电系统的运行;4.3.1 输入电压采样电路该电路主要实现对系统输入电压的采样,如图4.8所示;由于 LPC2292 的 ADC 采样输
19、入范畴在 03.3V之间,而系统的输入电压范畴为200V650V,因此将输入电压由电阻分压得到调理后的输入电压采样,调理后的输入电压采样经过二极管的箝位和RC低通滤波后送入的采样输入端 ADC0;欢迎下载精品学习资源图 4.8输入电压采样电路4.3.2 蓄电池端电压采样电路该电路主要实现蓄电池的端电压的采样,蓄电池的端电压在蓄电池的充电过程中极为重要,它反映了蓄电池的容量状态,并且系统的充电掌握策略都是依据蓄电池的端电压进行判定的,蓄电池的端电压关系到充电系统采纳何种充电模式对蓄电池进行充电;假如系统在充电初始时检测到蓄电池处于过放电状态,即蓄电池的端电压低于欠压阈值时,充电掌握器需要对蓄电池
20、进行小电流的激活充电,使蓄电池端电压复原到可 接受快速充电的状态;蓄电池充电过程中,四种充电模式的相互切换都与蓄电池的端电 压有关,因而对于蓄电池端电压的采样检测特别重要,蓄电池端电压检测电路的设计与 输入电压采样电路相同,如图4.9所示;蓄电池端电压经过电阻分压后得到端电压采样,经过二极管箝位和电阻电容构成的低通滤波器后送入单片机的ADC1 采样输入端;图 4.9蓄电池端电压采样电路欢迎下载精品学习资源4.3.3 蓄电池充电电流采样电路蓄电池的充电电流对于蓄电池的充电掌握最为关键,在本系统中,激活充电和大电流快速充电都需要进行恒流充电掌握;因此采纳霍尔电流传感器来检测蓄电池的充电电 流,霍尔
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022 嵌入式 系统 蓄电池 充电 应用 研究 报告
限制150内