智能充电器 最终稿毕业设计.doc

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1、常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告 系 别： 电子与电气工程学院 专 业： 电子信息工程技术 班 号： 电子124 学 生 姓 名： 张钰涵 学 生 学 号： 设计（论文）题目：基于51单片机的智能定时充电器设计 指 导 教 师： 胡远望 设 计 地 点： 常州信息职业技术学院 起 迄 日 期： 2014.5.192104.11.13 毕业设计（论文）任务书专业 电子信息工程技术 班级 电子124 姓名 张钰涵 一、课题名称：基于51单片机的智能定时充电器设计 二、主要技术指标（或基本要求）：（1）完成基础功能，能为电池充电； （2）定时功能误差小于1%，单位为min； （3）实时电

2、压监控，过冲立即切断供电； （4）电压转换保持稳定5V电压输出，并控制温度； 三、主要工作内容：（1）根据选题的功能要求及技术指标，收集相关资料； （2）根据要求设计方案，通过实验对方案进行验证，最终确定最好的方案； （3）根据确定的方案，按照模块化的设计方法对单元电路的设计并验证相关指标； （4）采用Autium designed软件完成对整个系统原理图及PCB的绘制； （5 根据硬件编写相关的模块程序； （6）使用protues进行仿真； 四、主要参考文献：1 潘永雄.新编单片机原理与应用M.西安电子科技大学出版社，2008年4月 2 王耘. NiMH等常见蓄电池的原理及其应用N.今日电子

3、，2002年7月 3 马继军，浅析蓄电池脉冲快速充电技术及其应用N移动电源与车辆，1996年 5月 4 牛黎明. 锂电池在线充放电管理电路的设计M计算机应用，2001年 10月 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基于51单片机的智能定时充电器设计一、 选题的背景和意义：手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。充电器对电池进行大电流快速充电，在电池充满后如果没有及时停止供电会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。安全充电，充电器的作用不可忽视。本设计为

4、了防止电池的损坏，加入定时功能，根据需要自行设定充电时长，同时为了防止过冲，采用比较简单的电压比较法，检测到充电90%就立刻停止大电流快充，转而采用小电流涓流补充充电。二、 课题研究的主要内容： （1）LM7805 稳压电路的基础应用。（2）MAX1898工作方式及应用。（3）STC12C2052单片机最小系统及外围接口电路。（4）使用C语言实现程序编程。三、 主要研究（设计）方法论述：1.调查法：有目的、有计划、有系统地收集有关智能定时充电器的研究状况。2.文献研究法：根据研究课题，通过查阅文献来获取有关51单片机以及继电器等方面的资料，从而全面、正确了解掌握它。3.思维方法：利用归纳演绎、

5、类比推理、分析综合等方法对本课题进行研究。4.信息研究方法：对本课题的研究信息进行收集、加工、整理获得知识，以达到研究的目的。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2014.05.192014.05.30与指导老师见面，确定毕业设计选题2014.05.312014.06.09指导老师下达毕业指导任务书2014.06.102014.06.18完成开题报告2014.06.192014.07.05收集查阅资料，设计系统流程图2014.07.062014.07.31确定设计方案的选择与设计2014.08.012014.09.09完成硬件部分框架与设计2014.09.102014.09

6、.15完成毕业设计的中期检查2014.09.162014.09.20对中期检查出的错误点进行修改2014.09.212014.10.15软件程序的编写，完成答谢词与结束语的初写2014.10.162014.11.01撰写毕业设计，完成毕业设计初稿2014.11.022014.11.06指导教师审查，并加以修改2014.11.072014.11.13完成毕业设计答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日基于51单片机的智能定时充电器设计目录摘要Abstract第1章 前言.1第2章 智能定时充电器系统方案设计.2 2.1 智能充电器设计要求.2 2

7、.1.1 设计目的.2 2.1.2 设计要求.2 2.2 系统方案.2 2.2.1 控制模块.2 2.2.2 电源产生模块.3 2.2.3 电源控制模块.4 2.3 最终方案.5第3章 定时充电器的硬件设计.6 3.1 主芯片电路.6 3.2 电源产生电路.7 3.3 充电控制电路.7第4章 定时充电器的软件设计.9 4.1 程序流程图.9 4.2 主程序.11第5章 定时充电器部分仿真测试. 14第6章 结束语.15参考文献答谢辞摘 要市场上充电器种类繁多，运行模式也不尽相同，电子设备发展迅速，充电器的发展也逐步进入智能化领域。充电器的智能化需要单片机的广泛参与并对充电器进行控制处理，又因为

8、单片机封装小、成本低的特点，所以出于性价比和易用性的考虑，单片机被更加广泛地应用于电池充电器领域。智能充电器的中心控制单元为单片机。采用较为灵敏的V控制芯片对电池进行维护修复由于操作不当，电池老化引起的电池容量下降现象。本设计针对充电器侧重于定时充电及自动切断的实现。实际操作中，通过按键的设置，由LED灯指示剩余时间；由STC12C2052控制继电器的接通和断开。由于加入了单片机对芯片的操控，初步实现充电进程的智能化，充电完成后能够做到第一时间关闭电源、进行LED闪烁报警，既保护了充电电路还保护了电池。充电器智能化改造后，由于更多地使用大电流充电，从而减少了整体充电所需要的时间；同时修复电池老

9、化；定时切断能够保护电池不过热，延长了电池寿命。关键词：单片机；控制；充电器AbstractChargertypeson the market range,mode of operationis not the same,the rapid development ofelectronicequipment,battery chargerdevelopment also gradually entering the field ofintelligent.The extensive participation ofintelligent single-chipchargerandcontrol

10、 processingof the charger.And because the characteristics of singlesmall package,low cost,so theprice andease of use in mind,the MCUisused more and more widely in thefield ofbatterycharger.Thecentral control unitof intelligent chargerforsingle chip microcomputer.Using moresensitiveDelta Vcontrol chi

11、pon the batterymaintenance repairdue to improper operation,decreasecelldue to the aging ofthe battery capacity.The design ofthe chargeris focused ontimingcharging andautomaticallycut off.In practice,through the buttonsettings,byLED light indicatesthe remaining time;by theconnection of STC12C2052to c

12、ontrol the relayanddisconnect.And a detailed explanation ofthe design of the software.Due to the addition ofchiponchipcontrol,achieve theintelligent charging process,after chargingcando the firsttimeto shut off the power supply,LED flashingalarm,both to protect thecharging circuit forprotecting the

13、battery.The chargerintelligent transformation,due to a greater use ofhigh currentcharging,thereby reducingthe overallchargingtime required;at the same timeto repair thebatteryaging;timing cut-outcanprotect the batteryoverheating,extended battery life.Keywords: MCU;control;charger第1章 前言随着人们对于信息技术的重视，

14、信息产业的高速发展，信息化正以令人惊叹的速度改变各个领域的生产方式。电池作为一个传统的产业，在如今有了全新的需求的发展方向，特别是对于各类不同工作环境下，对电池的各类指标有了新的要求。而电池产业的高速更新和变化又衍生了相对应的智能充电器的多种功能。在人们日常工作和生活中，各式各样随身的移动设备逐渐变得不可或缺，而相对应的各类充电器也是令人眼花缭乱。小到MP3，大到笔记本，与之相匹配的充电器都不尽相同；虽然为人们带来了便利，但在实用性方面还略有不足市场上充电器固然是种类繁多，运行模式也不尽相同，但智能充电器的定义是需要单片机广泛参与和对于充电器的控制处理， 市场上的充电器虽然种类繁多、型号各异，

15、但是对于智能充电器较为广泛的定义就是有单片机参与处理和控制的充电器，主要是充电器可以借助于单片机的处理控制能力实现自身的智能化控制。又因为单片机封装小成本低的特点，所以出于性价比和易用性的考虑，单片机被广泛应用于电池充电器领域。第2章 智能定时充电器系统方案设计2.1 智能充电器设计要求2.1.1 设计目的设计一个用单片机控制的充电器，能够定时充电，并保证充电时的电路安全。2.1.2 设计要求（1）通过电路实现完整的充电过程。充电主要分为两个方面：一是需要为电路提供稳定的5V充电电压；二是充电过程的智能控制。（2）智能化的实现。使用单片机对电路进行控制可实现智能化。2.2 系统方案初步总体设计

16、：图2.1 设计方案2.2.1 控制模块根据设计要求选择单片机作为主要控制器对于整个电路设计来说较为方便。当然选择单片机的优点并不仅在于此， 它还具有运算速度快，省电，硬件电路少，软件的编写较多，大大的减少了工作量。而本设计对于硬件方面的要求比较少，在软件方面的设计就比较的复杂，相对于硬件设计，要能够实现本设计的功能需要大量地编写程序。所以本设计选择了自带A/D转换器和较大闪存的的一种单片机，这样既减轻了硬件电路的工作负担，也简化了电路不需另在硬件电路中添加存储器。查阅单片机资料后选用STC12C2052作为本设计的控制模块，与51系列单片机相比的优势在于第一，与51系列单片机有相同的指令集。

17、第二，一个周期内只运行一个指令，并且具有较高的运行速度。第三，内存是64kb闪存，可SPI-ISP在线编程，使程序录入更加方便，调试效率提高，开发周期减短。第四，体积小，价格低廉、性能稳定。STC12C2052系列单片机是单时钟与机器周期(1T)的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，使用全新的流水线/精简指令集结构,内部集成有MAX810专用复位电路。STC12C2052封装如图所示：图2.3 STC12C2052封装2.2.2 电源产生模块三端IC是指这种有三条引脚输出，用于稳压的集成电路，分别有输入端、接地端和输出端。其外形与普通的三极管相差无几，有标准型TO-

18、220封装，也有与lm9013类似的TO-92封装。用lm78/lm79系列三端稳压IC较为简易，组成稳压电源所需的外围元件极少，且自身有一定的电压、电流输出，能够得到不同的电压和电流，电路内部还有过热及调整管的保护电路，使用起来更为可靠、方便，而且价格比同类产品便宜。在电子制作中三端固定集成稳压电路被广泛使用就是因为其方便简洁，相对同类产品的高性价比等优势。 图2.4 LM7805引脚图LM7805 主要特点：（1） 输出电流可达1A（2） 输出电压有5V（3） 过热保护（4） 短路保护（5） 输出晶体管 SOA 保护第1脚接整流器输出的正电压，第2脚为公共地，第3脚是我们需要的正5V输出电

19、压了。 图2.5 固定输出稳压电路 图2.6 恒流稳压电路2.2.3 电源控制模块目前大多数充电器都直接使用充电芯片，来提高自身的集成程度。这种充电芯片常见的由如下几种：MAX1898、SMC401、MAX1758。芯片型号的不同意味着价格的高低，也意味着充电控制电路的不同。在保证功能的情况下，本设计选择MAX1898芯片，因其相比于其他芯片定时器、充电电流检测器、主控制器、输入电流调节器、温度检测器等关键模块都集成在芯片上且外围电路简单，价格较低。输入电流调节器的功能是限制电源的总输出电路。当输入电流大于设定的阀值电流时，充电电流检测器会马上产生反馈，让输入电流变小。当整个系统电路正常运行时

20、，输入电流变化范围大，这时如果没有电流检测器检测电流大小，那么就需要增大充电器的体积来增大输入电流和负载电流。所以电流检测器对本设计的简单化十分重要。MAX1898特点如下：1. 输入电压4.5V-12V相对较小，无需变压装置。2. 可以自动检测输入电源。3. 充电电流可以自由编程。4. 内置检流电阻（充电电流直接进行内部检流，免除了外部检流电阻）。5. 检流电路能够监视输出。6. 安全定时器能够自由编程。7. 充电状态可以有LED指示。8. 可选/可调节自动重启。9. 尺寸小 uMAX封装简易、灵巧。10.调整原件是PNP或者PMOS晶体管，相对成本较低。11.电压误差精度为0.75，满足设

21、计所需要求。12安全而简单的线性充电方式。根据以上特点可以确定选取MAX1898的优越性，用以对锂离子电池进行安全充电，而且该芯片集成度高；为了进一步降低设计的难度，本论文需要尽可能的减少外部电路，而MAX1898在很小尺寸内集成了许多应用模块，承担了大部分外部电路的功能。所以最终选用MAX1898作为充电模块的主要芯片。2.3 最终方案经过反复论证，本设计最终执行方案如下：控制器采用STC12C2052单片机。使用LM7805实现电压转换。使用单片机来控制MAX1898的运行，实现电路的中断。采用按键及LED灯来显示剩余的时间。控制核心选用 STC12C2052 单片机，通过内部定时器 T0

22、 倒计时的方式控制继电器断开与闭合，从而达到控制MAX1898供电模块的目的，另外，配置开关定时按钮和8个红色LED作为时间指示灯，在实际使用中，我们可以通过按键进行设置，LED灯显示剩余的时间，由 STC12C2052 控制继电器的接通或者断开，进行对充电电路的控制，实现定时充电以防止电池过充。 第3章 定时充电器的硬件设计3.1 主芯片电路STC12C2052封装如图所示：图2.3 STC12C2052封装STC12C2052的最小单片机电路：图3.4 STC12C2052最小系统3.2 电源产生电路电源模块主要作用是将输入的220V/50HZ的交流电压通过变压、整流、稳压等操作后输出可供

23、使用的稳定的5V直流电压，为STC12C2052单片机和MAX1898锂离子电池充电芯片进行供电的同时也为其它次级电路提供合适的电压。 图3.5 电源模块电路3.3 充电控制电路MAX1898典型应用电路如图所示。图3.1 MAX1898典型电路定时电容【C】和充电时间【T】的关系式满足如下条件：C=34.33T在一般情况下，通过外接电容设置快充的最大的充电时间快充时间不超过3 小时，因此外接电容一般设置为100nF。外接电容（CT），单位为nF； 充电时间（T），单位为h。最大充电电流【Imax】 和限流电阻【R】 的关系式如下所示：Imax1400/R在限制电流的模式中，通过外接电阻【R】

24、来设置最大充电电流【Imax】。【Imax】 单位为安培，【R】 单位为欧姆。输入电压范围为4.5V-12V。因为锂电池的输入需要采用恒流恒压源，一般采用直流电源通过外加变压器的方式来实现电源所需的恒流恒压的充电需求。充电器电路充电模块电路如图所示：图3.2 充电器电路充电模块电路输入电流调节器用于限制总输入电流【系统负载电流与充电电流】，当检测到输入电路大于设定的门限电流限值时，就会降低充电电流来控制输入电流，只要将MAX1898外接上PNP功率三级管和限流型充电电源，就可以对锂电池进行快充，通过外接电容来控制充电时间，通过外接电阻来设置最大充电电流。MAX1898 uMAX封装如图所示。图

25、3.3 MAX1898uMAX封装MAX1898的引脚功能说明如下所示IN（1引脚）：传感器输入，检测输入电压和电流CHG（2引脚）：LED驱动器EN/OK（3引脚）：逻辑电平输入允许/电源输入“好”ISET（4引脚）：电流调节CT（5引脚）：安全的充电时间设置RSTRT（6引脚）：自动重新启动控制引脚BATT（7引脚）：接单个Li+的正极GND（8引脚）：接地DRV（9引脚）：外接电阻驱动器CS（10引脚）：电流传感器输入第4章 定时充电器的软件设计4.1 程序流程图程序是用C语言编写，通过编译之后自动生成机器语言。单片机控制智能充电器工作的程序流程分为平行执行的三部分,分别如下图4.1、图

26、4.2、图4.3。如下流程图的子程序的作用是：先初始化，然后通过While(1)语句达到无限循环的目的。如图4.1所示：如下流程图的子程序的作用是：判断当int0_count为0时则启动定时器0，同时将计数器清零，int0_count自加；否则int0_count直接自加。如图4.2所示：开始初始化while(1)图4.1 等待外部信号输入Y外部中断入口Int0_count=0?启动定时器0：t_count=0返回Int0_count+N图4.2 外部中断程序如下流程图的子程序的作用是：先关闭T0计数，重设计数初值，t_count（廉政计数）自加，如果t_count大于600即第一次外部中断0

27、产生后3s时，当int0_count为1，充电完毕，蜂鸣器报警，切断充电电源，关闭T0中断和外部中断0，当int0_count不为1，充电出错，直接关闭T0中断和外部中断0；否则，启动T0计数。如图4.3所示：YNNNYY定时器0服务程序关闭T0计数重设计数初值3st_count5s?Int0_count为1？充电完毕，蜂鸣器报警，切断电源关闭T0中断和外部0中断返回启动T0计时充电出错图4.3 定时器程序Int0_count=0?t_count+4.2 主程序#include#includesbit JDQ=P37; /继电器（高电平不充电，低电平充电）sbit KEY=P32;unsign

28、ed int j,i;unsigned int t=1;unsigned int k,m;LED_table=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe; /定义LED点亮数组void delay_50us(unsigned int i)/50us延时函数unsigned int j;for(;i0;i-)for(j=19;j0;j-);void delay_50ms(unsigned int i) /50ms延时函数unsigned int j;for(;i0;i-)for(j=6245;j0;j-);void main()/开始初始化提示P1=0x7f;

29、delay_50ms(20);P1=0xbf;delay_50ms(20);P1=0xdf;delay_50ms(20);P1=0xef;delay_50ms(20);P1=0xf7;delay_50ms(20);P1=0xfb;delay_50ms(20);P1=0xfd;delay_50ms(20);P1=0xfe;delay_50ms(20);P1=0xfd;delay_50ms(20);P1=0xfb;delay_50ms(20);P1=0xf7;delay_50ms(20);P1=0xef;delay_50ms(20);P1=0xdf;delay_50ms(20);P1=0xbf;d

30、elay_50ms(20);P1=0x7f;/初始化提示结束JDQ=0;/闭合继电器，开始充电EA=1;EX0=1;IT0=1;/打开外部中断0TMOD=0x01; /使用T0定时器定时模式TH0=(65536-50000)/256; /高8位赋值TL0=(65536-50000)%256; /低8位赋值ET0=1; /打开定时器中断TR0=1; /启动定时器t=1; while(1) P1=LED_tablet-1; if(k=36000) k=0; t=t-1; P1=LED_tablet-1; if(t=0) JDQ=1; /断开继电器，停止充电 P1=0xff; TR0=0; i=0;

31、 TH0=(65536-50000)/256; /高8位赋值 TL0=(65536-50000)%256; /低8位赋值 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); PCON=0x02; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); void timer0()interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;k+;void int0()interrupt 0 /判断按键 delay_50ms(1)

32、; if(KEY=0) JDQ=0;t=t+1;if(t8)t=1;P1=LED_tablet-1;TR0=0;delay_50us(100);TH0=(65536-50000)/256; /高8位赋值TL0=(65536-50000)%256; /低8位赋值TR0=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); 第5章 定时充电器部分仿真测试利用Proteus画出仿真电路图，再用keil对源程序进行编译，最后把编译后的程序导入Proteus得到仿真结果。如图5.1所示：图5.1 部分仿真结果图 Proteus软件的仿真是借助程序来实现，所以先将程序在Ke

33、il 上编译，编译后会有一个 HEX文件，把文件导入Proteus就能实现仿真。由于各种不可控制的因素，使得测量结果与理想测量结果存在一定的误差。基本完成功能。第6章 结束语目前大型生产厂家生产的主流智能充电器都具有如下特点: 宽范围交流电输入或多国电压可供选择；具有限流保护功能，电流短路与反充保护线路设计；体积小、重量轻；快速充电，充满电后充电器自动断开等等。另外，有的充电器还能够在充电时自动识别锂离子、镍氢、镍镉电池组等不同电池；具有放电功能；通过LED显示 充电状态；低噪声；模拟微电脑控制系统等特点，相较之下，对于本设计针对锂电池而言，增加的定时功能略显鸡肋。经过四个月的努力和奋斗，本设

34、计的大部分内容都已完成，唯一遗憾的就是未能制作出实物。本次设计主体为基于51单片机的智能充电器设计。在此次设计中，选用了STC12C2052单片机作为整个设计的核心元器件。220V交流电经LM7805稳压后，再经MAX1898控制恒定的电压电流；通过STC12C2052控制充电的切断和时间。本次设计是智能充电器，为了确保充电时间的准确性，所以在精度方面要求非常高。这给本设计增加了相当大的难度，因此本设计在选用元器件方面控制的非常严格。这也是最终会选择使用STC12C2052单片机的主要原因。大学三年在有意无意间就这样度过了，回首三年，所学的知识都体现在这次的毕业设计中。不管以前是会还是不会，在这次设计的完成过程中，知识都得到了完善。为了不给自己留下遗憾，在这次的作业中，遇到不能解决的问题，都会去请教老师或者自己到百度上查阅资料，争取做到最好。有人问起时，我会告诉他至少“曾经我走过”。路漫漫其修远兮，我们还差点远呢，还需要努力，要有一颗不放弃的心，以后的路才会走的更加远，希望大家的未来更加绚烂缤纷。参考文献1 潘永雄.新编单片机原理与应用M.西安电子科技大学出版社，2008.6.2 王耘. Ni MH等常见蓄电池的原理及其应用J.今日电子，