鉛酸電池智能充電器設(shè)計

1、第V頁遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 鉛酸電池智能充電器設(shè)計摘要鉛酸蓄電池在直接供電和備用供電等場合獲得了比較廣泛的應(yīng)用。為了更加有效合理的對鉛酸蓄電池充電的作用，所以在給蓄電池充電的過程中，應(yīng)合適的給電池充電，從而減少充電時對電池的損害。達到保護電池，維持電池的使用壽命。由于蓄電池在充電時的溫度是變化的，所以在設(shè)計充電器時應(yīng)把溫度考慮到充電的因素當(dāng)中。對充電過程的進一步精確控制。本文中鉛酸蓄電池充電器主要用到的芯片UC3909，介紹了UC3909控制智能充電器的工作原理，分析了電池充電時的各種狀態(tài)，具體解決方案，做到對電池的傷害最小，并設(shè)計了應(yīng)用于鉛酸電池硬件控制電路，監(jiān)控電路的設(shè)計方案，對UC

2、3909，HT46R23等芯片做了簡單介紹，并且還對蓄電池充電器系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計做了較為明確的說明和具體的軟件編程。另外，本文還對電池的充電電壓和電池溫度的監(jiān)控流程進行了初步設(shè)想，從而實現(xiàn)充電器的智能化。對蓄電池在充電時起到了一定的保護作用，基本上解決了充電時的電能浪費和能源浪費的問題。為今后的減排節(jié)能起到了一定作用。關(guān)鍵詞：UC3909；HT46R23；鉛酸蓄電池；智能充電；控制 Intelligent lead-acid battery charger designABSTRACTLead-acid battery in direct power supply and backup po

3、wer supply has been widely used. In order to more effective and reasonable, the function of lead-acid battery charging so on battery charging process, should be suitable for the battery, and thus to minimize damage to the battery when charging. To protect the battery, to maintain the service life of

4、 batteries. Due to the temperature of the battery when charging is changing, so in the design of the charger should be the temperature when considering the factors of charging. Further precise control of the charging process. The chip UC3909 lead-acid battery charger is mainly used in this paper, in

5、troduces the working principle of intelligent charger UC3909, analyzes several kinds of battery charging status, the specific solutions, to achieve the minimum damage to the battery, and designs the hardware control circuit used in lead-acid battery, the control circuit design, to UC3909 HT46R23 chi

6、p made simple introduction, but also on the battery charger system clear instructions to the hardware circuit design and software programming in detail. In addition, this article also for charging voltage of the battery and battery temperature monitoring process has carried on the preliminary concep

7、tion, so as to realize the intelligent of the charger. For the protection of the battery when charging have played a role, basically solved the charging electric energy waste and energy waste problem. Play a certain role for the future of the emissions reduction and energy saving.Key words:UC3909; H

8、T46R23; Lead-acid batteries; Intelligent Charger; Monitoring目 次摘要IABSTRACTII1 緒論11.1引言11.2智能鉛酸電池的發(fā)展11.3常見充電方法概述21.4課題的目的和意義21.5課題的組織安排22 系統(tǒng)的總體方案及芯片簡介42.1系統(tǒng)的總體方案42.2系統(tǒng)軟件實現(xiàn)方案42.3充電電路硬件設(shè)計方案42.3.1基于UC3909及外圍元件充電電路設(shè)計方案42.3.2基于充電電壓的監(jiān)控電路設(shè)計方案52.3.3基于電池溫度監(jiān)控設(shè)計方案52.3.4基于充電器電源電路設(shè)計方案52.3.5基于恒定+5V電源電路設(shè)計方案62.4 UC3

9、909簡介62.4.1概述62.4.2引腳排列與功能說明72.5 HT46R23芯片簡介82.5.1概述82.5.2引腳排列與功能說明82.5.3內(nèi)部框圖102.6 MC34063芯片簡介112.6.1概述112.6.2引腳排列與說明112.7 DS18B20芯片簡介112.7.1概述112.7.2引腳排列與功能122.7.3內(nèi)部框圖和主要特性122.8液晶顯示模塊簡介132.8.1管腳介紹及主要技術(shù)參數(shù)132.8.2相關(guān)指令143 鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)硬件電路設(shè)計143.1鉛酸蓄電池充電問題分析143.2鉛酸蓄電池智能充電器的結(jié)構(gòu)及充電方法153.2.1充電電路的電路結(jié)構(gòu)153.2.2充電

10、電路的電路充電方法163.3鉛酸蓄電池智能充電器電路設(shè)計173.3.1電鉛酸蓄電池充電電路實現(xiàn)功能173.3.2輸入電源電路183.3.3MC34063降壓變換電路183.3.4UC3909及外圍元件組成的充電電路193.3.5電池的充電電壓的監(jiān)控電路223.3.6蓄電池充充電溫度監(jiān)控電路233.3.7恒定+5V電源電路243.3.8繼電保護電路244 鉛酸電池充電系統(tǒng)軟件設(shè)計264.1系統(tǒng)軟件設(shè)計注意事項264.2鉛酸電池充電系統(tǒng)軟件設(shè)計264.3系統(tǒng)各子部分軟件設(shè)計274.3.1A/D轉(zhuǎn)換子程序采樣部分274.3.2液晶顯示部分274.3.3溫度傳感器部分28設(shè)計總結(jié)30致 謝31參考文獻

11、32第 3 頁遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 1 緒論1.1 引言近些年來，鉛酸蓄電池憑借著性能穩(wěn)定、壽命長、低成本、還有可逆性等特點，使得鉛酸蓄電池成為一種新型的能源。廣泛應(yīng)用在日常生活中的手機、電器、鐵路、港口等工業(yè)和國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。逐漸的成為人類日常工作生產(chǎn)生活之中必不可少的一部分，已成為社會上一個新興的焦點。電池12充電其實是一種逆向的化學(xué)反應(yīng)，通過電能給予的能量轉(zhuǎn)化成化學(xué)能量。由于不同的材料的化學(xué)反應(yīng)不同，所以充電時的電流也不是簡單地線性系統(tǒng)。根據(jù)研究，我們發(fā)現(xiàn)電池充電系統(tǒng)是一個時變的，非線性的系統(tǒng)過程，也是對電池壽命影響最大的因素，也就是說充電過程的影響比放電過程對電池壽命的影響更

12、大，由于人們對蓄電池充電過程的忽視，會導(dǎo)致蓄電池的損壞和電池的壽命的縮短，經(jīng)常發(fā)熱等不良后果。導(dǎo)致對電池和能源的浪費。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種樣式的蓄電池，所以對電池充電器1、2、3的要求也就越來越高。人們對蓄電池充電器的性能有進一步要求。因而對充電也有了進一步的了解，因此就有對電池進一步進行監(jiān)控的要求更高，達到節(jié)省能源更好的保護電池，防止電池損壞。因此對電池充電器的要求也就更高。所以，設(shè)計一款性能良好的鉛酸智能充電器，能夠延長蓄電池的使用壽命，滿足人們生活的需要。1.2 智能鉛酸電池的發(fā)展蓄電池的更新?lián)Q代經(jīng)歷了一個很長的時間，1935年，五德布里奇偶然間發(fā)現(xiàn)了溫度對電池充電的影響，19

13、67年，英國人麥斯發(fā)現(xiàn)蓄電池充電時析氣特性。并對電池充電時析氣過程進行分析的到了一點的規(guī)律。之后隨著科學(xué)的進步和發(fā)展，人們對蓄電池的充電過程有了進一步的了解，相繼一些充電器問世，但這些充電裝置大多體積大，充電慢，能耗大，控制效果差等缺點，到上世紀(jì)90年代，相對而言，才生產(chǎn)出來一些放電，充電，監(jiān)測為一體的新的電池充電裝置。但主要的方式主要有恒壓充電和恒壓充電，這兩種充電基本上成了充電的主流。這種電路控制簡單，操作簡單，但是沖電時間長，能源有損耗，且對電池有一定的損害。目前在國內(nèi)蓄電池的充電裝置大多采用晶閘管整流技術(shù)，由于有工作穩(wěn)定，但由于充電效率和速率不高。所以又出現(xiàn)了更多的充電方法，近幾年，又

14、有一些新的充電方法。利用充電過程中電流和電壓的變化特性，使電池快速充電，合理充電的模糊控制充電法，本文又相繼介紹一種新的智能充電的方法。1.3 常見充電方法概述鉛酸蓄電池的充電方法有很多種，不過一般說來有以下二種：1、恒流充電法恒流充電法是根據(jù)調(diào)整充電器輸出電壓或者更改與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保持充電電流強度不變的充電方法，這種控制方法較為簡單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流大多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過甚，因此，常選用階段充電方法。2、恒壓充電法恒壓充電法是將充電電源的電壓在全部的充電時間里保持恒定的數(shù)值，伴隨著蓄電池的端電壓的逐步升高，

15、電流的逐步減少。由于充電初期蓄電池電動勢比較低，充電的電流很大，隨著充電的進行，電流將漸漸減少，因此，只需簡單的控制系統(tǒng)。這類充電方式電解水很少，防止了蓄電池過充。但在充電前期電流過大，對蓄電池的電池壽命 形成了很大的影響，并且容易使蓄電池極板彎曲，從而造成電池報廢。鑒于這類缺點，恒壓充電很少被考慮，只有在充電電源電壓低而電流大時選用。1.4 課題的目的和意義目前，大部分的充電器采用的是恒流，恒壓充電和涓流充電浮充電的充電方法。事實上，在日常生活充電中，電池經(jīng)常空閑放電，開始采用恒流沖電，會電池內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)性能。本文是使用UC3909芯片對電池智能充電的方法。為了避免初始充電電流太大，涓

16、流充電，后者是為了避免過大的電壓和恒定電壓充電。所以，恒流限流的充電是一個更有效的充電方式，再加上智能的判斷，浮子控制，溫度補償?shù)却胧?，?gòu)成了一個建議的的充電管理體系，使得該電池可以得到更好的充電，減少了電池長期充電或過放電電池的涓流充電不足，提升了電池的安全性能，提升了電池的壽命。1.5 課題的組織安排通過蓄電池充電相關(guān)技術(shù)的研究，并且結(jié)合當(dāng)前同類電池的優(yōu)點和缺點，此篇文章的主要內(nèi)容是給出鉛酸智能充電器體系的一種構(gòu)架方案和其硬件詳細的實現(xiàn)方法和軟件的初步構(gòu)想。本設(shè)計中主要設(shè)計完成了鉛酸電池智能充電器的硬件電路的設(shè)計，基本實現(xiàn)了充電器所應(yīng)具備的功能，同時給出了軟件設(shè)計的相關(guān)流程。全文組織安排如

17、下：1、第一章簡單的介紹了常見的充電方式及其缺點，描述了鉛酸智能充電器的設(shè)計目的和意義，并簡述了開發(fā)一種新式的鉛酸電池智能充電器的必要性。2、第二章給出了系統(tǒng)的總體方案基于UC3909鉛酸智能充電器設(shè)計方案，分析了系統(tǒng)的合理性。詳細介紹了的性能特點和內(nèi)部電路工程 UC3909 充電控制器，以及各種其他芯片引腳和功能描述。3、第三章簡單介紹了目前一些充電器充電時存在的一些問題，同時詳細介紹基于UC3909鉛酸智能充電器的硬件電路的設(shè)計及功能的實現(xiàn)。4、第四章主要介紹了系統(tǒng)中軟件流程圖的設(shè)計及功能的闡述。最后通過對全文所講述的智能充電軟件設(shè)計和硬件設(shè)計做了基本的概述，和方案的處理方法。第 26 頁

18、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文2 系統(tǒng)的總體方案及芯片簡介2.1 系統(tǒng)的總體方案一個智能型充電器實現(xiàn)智能化不僅要有穩(wěn)定的、快速的充電電路即有恒流恒壓控制環(huán)路，它應(yīng)包括充電電壓顯示電路、溫度檢測電路、 LCD顯示電路和其他的基本單位。基于UC3909鉛酸智能充電器的功能主要實現(xiàn)以下功能：（1）蓄電池在進行涓流充電、恒流充電、過壓充電和浮充電時候，更快、 更安全的作為電池電量為其額定容量，同時長期下-或過度放電可充電電池涓流充電的電池能夠發(fā)揮作用的保養(yǎng)和維修。（2）首先使用HT46R23來進行A/D轉(zhuǎn)換顯示、 再使用顯示器和繼電器對電池充電電壓和電池溫度來實施監(jiān)控和保護。（3）使用紅綠顯示燈對電池的四

19、個充電狀態(tài)進行顯示，即涓流充電狀態(tài)兩個燈不亮；綠燈亮恒流充電；紅燈亮過壓充電；兩個燈都亮浮充電。由此可見，本設(shè)計研究的基于UC3909鉛酸智能充電器系統(tǒng)，不但能實現(xiàn)快速、安全的充電為蓄電池充電，還基本符合了充電器的智能化所需要的條件。2.2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)方案設(shè)計思路：基于UC3909智能充電器所設(shè)計充電器開始工作后，首先檢驗各A/D轉(zhuǎn)換通道，進行充電電壓、電池溫度等數(shù)值的初始化，然后進行A/D采樣和顯示，再檢測充電電壓、電池溫度是否超過允許范圍，溫度過高則自動驅(qū)動固態(tài)充電器，充電停止。否則值進行顯示，從而達到對電路的保護作用。2.3 充電電路硬件設(shè)計方案 2.3.1 基于UC3909及外圍元件

20、充電電路設(shè)計方案該部分的電路是一種四階段的充電器，利用UC3909極其外圍電路4構(gòu)成，放電時，蓄電池電壓慢慢下降，當(dāng)VCHGENB=5.4V時，放電終止。當(dāng)蓄電池被過放電或者其他不良充電變的品質(zhì)變劣時，蓄電池電壓將低于VCHGENB，這時充電順序為：1、涓流充電。該Itc10mA的電流充電，若要刪除極板固化的現(xiàn)象，并因此在發(fā)揮作用的保護和恢復(fù)的電池。2、恒流充電。即與 Ibulk 恒定電流充電電池 = 200mA。3、過壓充電。充電器充電時電壓高于額定電壓。4、浮充電。首先計算出一個溫度補償電壓，充電器再以該電壓進行充電。其中兩個指示燈（一紅一綠）對蓄電池的四個充電狀態(tài)進行顯示，即涓流充電狀態(tài)

21、燈全不亮；綠燈亮恒流充電；紅燈亮過壓充電；浮充電時兩燈都亮。2.3.2 基于充電電壓的監(jiān)控電路設(shè)計方案監(jiān)控電路由液晶顯示模塊1602、盛群單片機HT46R23、固態(tài)繼電器、熔斷器等元器件組成，該部分的電路通過一個4M和一個4M電阻對蓄電池的充電電壓分壓，因為充電電壓會在0V和7.3V之間變化，經(jīng)電阻分壓后會在0到4V變化，從而將一個高的電壓監(jiān)控轉(zhuǎn)變成對一個低電壓的監(jiān)控，再通過盛群單片機HT46R23的A/D轉(zhuǎn)換，將電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，通過液晶顯示出來電壓值。如果電壓值過高則會觸發(fā)警報器，同時會驅(qū)動固態(tài)繼電器。起到保護了蓄電池和線路的作用。這樣就可以使鉛酸蓄電池在適當(dāng)?shù)碾妷悍秶鷥?nèi)充電，

22、從而合理的對涓流充電，恒流充電，過充電，浮充電進行合理的轉(zhuǎn)換和控制。蓄電池可以合理的進行充電，減少了對電池的傷害，延長了電池的使用壽命。2.3.3 基于電池溫度監(jiān)控設(shè)計方案監(jiān)控電路溫度傳感器（DS18B120），單片機，液晶顯示模塊，固態(tài)容電器，固態(tài)繼電器，熔斷器等構(gòu)成。電路先是通過溫度傳感器DS18B2O測出電池的充電溫度，傳到盛群單片機HT46R23進行A/D轉(zhuǎn)換，將溫度模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，最后通過液晶顯示出來充電電池的溫度值，一旦溫度過高，發(fā)出報警信號，使驅(qū)動三極管導(dǎo)通固態(tài)繼電器，從而保護了有效的蓄電池因電壓過高的損壞。這樣就可以使鉛酸蓄電池充電器具有顯示電池充電溫度、防止電池過熱

23、、保護線路安全功能。在適當(dāng)?shù)臏囟确秶畠?nèi)，起到保護的作用，從而增加電池壽命，所以使線更安全，可以添加到電路，防止短路保險絲可能。2.3.4 基于充電器電源電路設(shè)計方案電路部分由一個降壓變壓器，一個橋式整流器和濾波器電路和降壓轉(zhuǎn)換器的MC34063 。首先通過降壓變壓器將交流電220V轉(zhuǎn)換成25V，再經(jīng)過橋式蒸餾濾波電路得到21V的直流電壓。然后通過MC34063降壓變換器將21V直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€9.4V的直流電壓，為UC3909組成的充電電路和電源電路提供了直流電源。2.3.5 基于恒定+5V電源電路設(shè)計方案該電路是芯片TPS76701即低壓差線性穩(wěn)壓器及其外圍電路構(gòu)成的，該電路通過降壓變壓

24、器、橋式整流濾波電路和MC34063降壓變換電路所獲得的一個9.4V的直流電壓，經(jīng)過芯片 TPS76701 低壓差線性穩(wěn)壓器 (LDO) 和其外圍電路，最后獲得穩(wěn)定常數(shù)的 + 5 V 電源供電。這樣就可以為監(jiān)控電和保護電路提供一個穩(wěn)定的+5V電源使其能夠正常的工作。2.4 UC3909簡介2.4.1 概述UC3909主要被用于控制鉛酸電池的快速充電當(dāng)中。在電力工業(yè)制造過程中，鉛酸電池的容量很大，UC3909的PWM控制器可以很便捷的做成開關(guān)型充電器。因為有該芯片的PWM控制電路，所以可以形成充電狀態(tài)邏輯電平。充電狀態(tài)邏輯電平按照在充電時的電壓和電流特性控制電路，確保了輸入的電源電壓的合理性。另

25、外該芯片中還包括差動電流取樣放大器、熱敏電阻電路、PWM 振蕩器、PWM 比較器、PWM 鎖存器、充電狀態(tài)譯碼器、誤差放大器和一個100mA 的集電極開路輸出驅(qū)動器。該芯片的極限參數(shù)如下:表2.1 芯片的極限參數(shù)表序號名稱參數(shù)1電源電壓VCC40V3輸出灌電流0.1A4S+和CS-腳電壓0.4VVCC5其它腳電壓0.39V6存儲溫度-65150 7結(jié)溫-55150 8焊接溫度(焊接時間10s)300 要設(shè)計一個電池充電電路，有多種實現(xiàn)的方法來滿足所需的充電控制和提供所需的充電電流，充電器的工作效率，同時降低充電電路的造價和簡單電路設(shè)計。本文是通過UC3909充電控制器來介紹充電電路的。2.4.

26、2 引腳排列與功能說明表2.2 引腳功能5名稱引腳功能1腳 (RTHM)該腳與接地腳串聯(lián)一個10k熱敏電阻。熱敏電阻阻值是基于2.3V以 3.9mV/變化。3腳 (GND)接地腳，所有電壓的基準(zhǔn)點。集電極開路輸出晶體管的發(fā)射極接到該腳。4腳 (VCC)電源輸入腳。芯片工作電壓范圍為7.540V 。與3腳之間串聯(lián)1F電容。5腳 (OUT)PWM驅(qū)動器輸出腳。集電極開路時輸出晶體管的灌電流為100mA 。6腳 (STAT1)晶體管開路集電極輸出端，充電狀態(tài)與STAT0和STAT1的關(guān)系如表3-1所列。輸出第二譯碼位。7腳(STAT0)晶體管開路集電極輸出端。該輸出端是充電狀態(tài)的第一譯碼位。8腳(S

27、TATLV)浮充狀態(tài)下，該位為高電平9腳(OVCTAP)過充電時的電流比較器輸入腳。過充電時，會輸出控制信號。10腳(CHGENB)充電器起動比較器輸入端。當(dāng)電池電壓較低時，進入涓流充電狀態(tài)，電壓誤差放大器輸出高阻抗，CA-腳會流入10A固定電流，11腳(VAO)電壓誤差放大器的輸出端。該放大器輸出電壓箝位在5V 。12腳(VA- )誤差電壓放大器的反相輸入端。13腳(CA- )誤差電流放大器反相輸入端。14腳(CAO)電流誤差放大器輸出端。電壓箝位在4V，在芯片內(nèi)部該腳與PWM比較器反相輸入端相連。15腳(CSO)電流取樣放大器的輸出端，在內(nèi)部被箝拉在5.7V輸出電壓。16、17 腳(CS和

28、CS-)電流取樣放大器的的輸入端（正反）。固定增益為5的電流取樣放大器。18腳(RSET)與接地腳串聯(lián)一只電阻，以便設(shè)置振蕩器的充電電流（1.75/RSET）和振蕩器涓流控制電流（0. 115/RSET）。19腳(OSC)振蕩器斜坡電壓控制腳，與3腳之串聯(lián)一只電容器CT，振蕩器斜坡電壓應(yīng)在1.0V到3V之間變化，振蕩器振蕩頻率f =1/1.2CT*RSET20腳(R10)該腳與3腳串聯(lián)10k電阻，補償熱敏電阻電壓差。表2.3 充電狀態(tài)譯碼表充電狀態(tài)STAT1STAT0涓流充電狀態(tài)00恒流充電狀態(tài)01恒壓充電狀態(tài)10浮壓充電狀態(tài)112.5 HT46R23芯片簡介2.5.1 概述 為了將電壓、溫度

29、檢測電路測出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并進行處理，本系統(tǒng)選取了盛群單片機HT46R23。HT46R23是一種高性能8位單片機（10位A/D轉(zhuǎn)換器），工作范圍是3.3-5.5V，4kx16bit的程序只讀存儲器，192×8位數(shù)據(jù)存儲器，8級堆棧，16位7級預(yù)分頻帶溢出中斷功能可編程定時/計數(shù)器，石英和RC振蕩器，WDT電路，8/4通道的A/D轉(zhuǎn)換器，兩路PWM(脈寬調(diào)制)硬件電路.2.5.2 引腳排列與功能說明HT46R23引腳排列如圖2.1所示。其引腳功能如下表2.4。表2.4 HT46R23引腳介紹引腳輸入/輸出掩膜選項功能介紹PB0/AN0PB1/AN1PB2/AN2PB3/AN3P

30、B4/AN4PB5/AN5PB6/AN6PB7/AN7輸入/輸出上拉電阻8位雙向輸入/輸出口?？捎绍浖O(shè)置為CMOS、輸出帶或不帶上拉電阻(由上拉電阻選項決定端口選擇)的斯密特觸發(fā)輸入或A/D輸入。PA0-PA2PA3/PFDPA4/TMR PA5/ INTPA6/SDAPA7/SCL輸入/輸出上拉電阻喚醒功能PA3或PFDI/O或I2C8位雙向輸入/輸出口。每一位可由掩模選項設(shè)置為喚醒輸入?？捎绍浖O(shè)置CMOS輸出、帶或不帶上拉電阻(由上拉電阻選項決定：位選擇)斯密特觸發(fā)輸入。PFD、TMR、INT（非）分別與PA3、PA4、PA5共用引腳。一旦使用I2C總線功能，則與PA6 、PA7相關(guān)的

31、寄存器將被停用。VSS負電源，接地。PC0-PC4輸入/輸出上拉電阻5位雙向輸出/輸入口。可由軟件設(shè)成CMOS輸出、帶或不帶上拉電阻(的斯密特觸發(fā)輸入。PD0/PWM0PD1/PWM1輸入/輸出2位雙向輸入/輸出口?？捎绍浖O(shè)置為CMOS輸出、帶或不帶上拉電阻(由上拉電阻選項決定：端口選擇)的斯密特觸發(fā)輸入。PWM0/PWM1輸出與PD0/PWM1共用引腳 (由PWM選項決定)。RES（非）輸入斯密特觸發(fā)復(fù)位輸入，低電平使用。VDD正電源。OSC1OSC2輸入輸出晶體或RCOSC1、OSC2連接RC或晶體(由掩膜選定)以產(chǎn)生內(nèi)部系統(tǒng)時鐘。在RC振蕩方式下，OSC2是系統(tǒng)時鐘四分頻的輸出口TES

32、T1TEST2/ TEST1輸入測試模式下輸入引腳，正常使用時不必連接。圖2.1 HT46R23引腳圖2.5.3 內(nèi)部框圖HT46R23工作電壓一般為（fSYS=4MHz: 2.2V-5.5V ，fSYS=8MHz: 4.5V-5.5V）適合用于于測量儀器等帶有模擬量轉(zhuǎn)換的電子產(chǎn)品，其HT46R23的內(nèi)部框圖如圖2.2所示。圖2.2 HT46R23內(nèi)部框圖2.6 MC34063芯片簡介2.6.1 概述MC34063是一種直流/直流轉(zhuǎn)換控制電路專用芯片。組成部分有比較器，振蕩器，觸發(fā)器有溫度自動補償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器和大電流輸出開關(guān)電路等。在電路的升降壓直流電源變換器當(dāng)中應(yīng)用，直流/直流變換器

33、由它構(gòu)成，另外只需要少量的外部元器件。MC34063有通用、廉價、電路形式靈活等優(yōu)點。65%極性反轉(zhuǎn)效率，90%升壓效率， 80%降壓效率，變換效率和工作頻率濾波電容等成正比。2.6.2 引腳排列與說明MC34063芯片的引腳排列如圖2.3中所示，下面是各個引腳的功能： 表2.5 MC34063芯片引腳的功能1腳開關(guān)集電極口5腳比較器反向輸入端2腳開關(guān)發(fā)射極口6腳電源端V+3腳定時電容7腳電源檢測端4腳接地端8腳驅(qū)動管集電極口圖2.3 MC34063引腳圖2.7 DS18B20芯片簡介2.7.1 概述DS18B20是高端式數(shù)字溫度傳感器，是小體積封裝形式；工作范圍在55125之間，被測溫度用符

34、號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；工作電源可在遠處接入，或者采用寄生電源方式形成.以上優(yōu)點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。2.7.2 引腳排列與功能DS18B20的排列如圖2.4：圖2.4 DS18B20的管腳圖I/O腳為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND腳為電源地；VDD腳為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）；2.7.3 內(nèi)部框圖和主要特性1DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.5所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。圖2.5 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.6 DS18B20的測溫原理2.

35、8 液晶顯示模塊簡介2.8.1 管腳介紹及主要技術(shù)參數(shù)1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，如圖2.7所示，其中: 圖2.7 1602液晶顯示模塊的管腳圖第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端。第4腳：RS為寄存器選擇。第5腳：RW為讀寫信號線。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。主要技術(shù)參數(shù)如下：顯示容量：16×2個字符；芯片的工作電壓

36、：4.5-5.5V；工作電流：2.0mA（5.0V）；模塊最佳工作電壓：5.0V；字符尺寸：2.95×4.35（WXH）mm；2.8.2 相關(guān)指令1602模塊的操作是通過指令來完成，共有11條指令，如下表2.13。表2.13 1602指令表指令RSRWD7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012光標(biāo)返回000000001*3輸入模式000000011/DS4顯示控制0000001DCB5光標(biāo)/字符移位000001S/CR/L*6功能0001DLNF*7置字符發(fā)生器地址0001D5字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址0011顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志和地址01BF計數(shù)

37、器地址10寫數(shù)據(jù)到指令7.8所設(shè)地址10要寫的數(shù)據(jù)11從指令7.8所設(shè)的地址讀數(shù)據(jù)11讀出的數(shù)據(jù)3 鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 鉛酸蓄電池充電問題分析鉛蓄電池在充電過程中主要遇到兩個問題，一、應(yīng)該使電池以最快速度充電。二補充由于電池自放電而損失的電量。這就要求我們在充電的過程中時刻的監(jiān)控充電時的電壓和溫度。鉛蓄電池充電時負極 PbSO4 +2e=Pb+ SO4 2- 正極：PbSO4 + 2H2O-2e =PbO2 + SO4 2- + 4H+ ，可能就出現(xiàn)了電池的過充電現(xiàn)象，產(chǎn)生大量的氧氣和氮氣。如果控制適當(dāng)，則不會產(chǎn)生脫水現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^充電電壓來檢驗電池是否過充電。

38、圖3.l表示鉛酸蓄電池以不同充電速率的電壓和放電速率的電壓和電量恢復(fù)的關(guān)系曲線。從圖中所示的關(guān)系曲線18、19、20中可以看出，大約75%就是電池過充電的起始點，充電速率過快就會產(chǎn)生過充電現(xiàn)象。圖3.1 鉛酸蓄電池充電電壓與電量恢復(fù)的關(guān)系曲線在充電電壓速率過快或產(chǎn)生過充電時，這是必須控制電壓的充電速率少于Cl(相對鉛酸蓄電池1Ah電量的11OOA)。所以在需要大充電速率的應(yīng)用場合，應(yīng)注意它的過充電問題， 即可以充足電又不過壓充電。從圖l所示的曲線可以看出，充電率與過電壓的出現(xiàn)成正比。所以，在日常生活中，為了確保電池充電充足，常采用恒壓充電方法，合理的提高充電電壓，但又不能太高，避免過充電現(xiàn)象。

39、同時還補充了電池自放電所消耗的電壓，從而保持相對不變的電壓進行充電。日常生活中，我們一般采用3.9mvcc的溫度補償系數(shù)。如果不對溫度進行補償，則可能導(dǎo)致充電不足和溫度過高時產(chǎn)生的過充電現(xiàn)象。3.2 鉛酸蓄電池智能充電器的結(jié)構(gòu)及充電方法3.2.1 充電電路的電路結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)鉛酸蓄電池的充電以及監(jiān)視功能，防止電池充電溫度過高，延長電池壽命，鉛酸蓄電池的充電以及監(jiān)視系統(tǒng)的硬件電路可以分成五個基本組成部份：第一部分是用于提供充電器輸入電源的電路和MC34063直流變換電路；第二部分是由UC3909芯片以及外圍元件構(gòu)成的智能15、16充電電路，能夠?qū)Τ潆娖鬟M行四階段充電并能夠顯示電池的充電狀態(tài)的電路；

40、第三部分是對被充電電池的充電電壓和電池自身溫度進行監(jiān)視的電路；第四部分是用于防止充電時電池過熱的繼電保護電路；第五部分是用于提供HT46R23單片機和電池過熱保護電路+5V的電源的電路。同時可以實現(xiàn)充電狀態(tài)顯示的功能和修復(fù)因長期充電不足或過放電的蓄電池。本系統(tǒng)的充電電路具有性能優(yōu)良、工作可靠、安全等一系列優(yōu)點。3.2.2 充電電路的電路充電方法為了保證電池充電電路和電池安全壽命，應(yīng)選擇合適的充電方法。本文所設(shè)計的智能鉛酸電池充電器的充電分為四步，這四個階段都為電池提供了最優(yōu)充電電流和電壓。將恒流充電的快速安全和恒壓充電的穩(wěn)定相結(jié)合滿足，從而使蓄電池穩(wěn)定快速的達到額定電壓值，延長了鉛蓄電池的使用

41、壽命。下圖是基于UC3909的智能充電器正是實現(xiàn)了階段充電方式，具體的充電狀態(tài)如圖3.2所示圖3.2 蓄電池的充電電壓、電流曲線1.涓流充電開始充電的第一個階段，電池的電壓低于終止電壓VCHGENB時，說明電池放電比較嚴(yán)重或者內(nèi)部有短路的線路，這時，充電器會提供一個很小的涓流電流充電ITC，慢慢的將電壓提升到電池零容量的電壓值。這是為了防止恒流充電時的電流過大的損壞。對于沒有損壞正常的蓄電池，涓流充電會將電池充電到門檻電壓VCHGENB，充電器會自動轉(zhuǎn)入下一個階段，恒流階段。如果一開始蓄電池的電壓18、19、20高于所設(shè)定的門檻電壓VCHGENB，充電器就會自動過濾涓流充電，直接進入恒流充電。

42、2.恒流充電電池由涓流充電進入恒流充電或直接進入恒流充電后。表示此時電池的電壓已將高于涓流充電的門檻（閾值）電壓VCHGENB，在這個充電狀態(tài)時，充電器提供一個恒定的充電電流Ibulk給蓄電池，蓄電池的電壓開始迅速提升，直到蓄電池的電壓到達過充電的電壓時，會自動轉(zhuǎn)換為過壓充電。3.過壓充電蓄電池進入過壓充電狀態(tài)后。為了使電池電壓迅速充滿。充電器會提供給電池一個略高于蓄電池額定電壓的恒定電壓Voc（取決于RS1、RS2、RS3、RS4）給蓄電池充電，使蓄電池最快達到飽和。在過壓充電開始的時間，過壓充電的電流大小和恒流充電的電流一樣，到達電池的過壓充電電壓Voc，充電的電流會變小，當(dāng)電流減小到恒流

43、電流Ibulk的15時，會進入下一個浮充電狀態(tài)。4.浮充電蓄電池進入浮充充電工作狀態(tài)后，此時電池器會以一個恒定帶有溫度補償?shù)牡碾妷篤f給蓄電池充電，來保證蓄電池的電量不變，用一個很小的浮充電流來彌補電池自放電時電量的損失。當(dāng)蓄電池在有負載時，充電器將以恒流的方式進行充電，將電源電流維持在浮充電電流的水平，直至電池電壓下降至充電電壓的90，在電池電壓低于浮充電電壓Vf的90以后，電池又會進人涓流或恒流充電狀態(tài)。3.3 鉛酸蓄電池智能充電器電路設(shè)計3.3.1 電鉛酸蓄電池充電電路實現(xiàn)功能要設(shè)計一個電池充電電路，有多種實現(xiàn)的方法來滿足所需的充電控制和提供所需的充電電流，但是為了提高充電器電路的工作效

44、率，同時為了降低充電電路的造價和簡化電路設(shè)計，并確保電路的控制功能，應(yīng)盡量選用充電控制11集成電路。本文以下介紹的充電電路是基于利UC3909充電控制器，組成鉛酸電池智能充電器。該充電器利用UC3909構(gòu)成一種四階段即涓流充電、恒流充電、過壓充電、浮充電的充電器，其目的是對蓄電池盡可能更快更安全的充電到其額定容量，同時對長期充電不足或過放電蓄電池進行涓流充電，以對蓄電池起到維護和修復(fù)的作用。除此之外，為了對鉛酸蓄電池的充電電壓和電池的溫度監(jiān)控17進行監(jiān)控，該電路通過兩個電阻分壓電路將對一個較高的充電電壓監(jiān)控轉(zhuǎn)變成對一個約在04V之間電壓的監(jiān)控，再通過盛群單片機HT46R23進行A/D轉(zhuǎn)換，將電

45、壓這個模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，最后通過液晶顯示出來充電電壓的電壓值。當(dāng)充電電壓過高時，會使固態(tài)繼電器動作，進而防止電池過壓充電。而對于電池的溫度監(jiān)控則先是通過溫度傳感器DS18B2O測出電池的充電溫度，再通過盛群單片機HT46R23A進行A/D轉(zhuǎn)換，將溫度這個模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，最后通過液晶顯示出來充電電池的溫度。這樣就不但可以直觀的看見蓄電池的充電電壓和充電溫度，當(dāng)電池溫度過高時，會使固態(tài)繼電器動作，進而防止電池過溫充電。3.3.2 輸入電源電路電子系統(tǒng)的正常運行離不開穩(wěn)定的電源，充電器的電源來自于交流市電，是通過一個降壓變壓器和一個橋式整流濾波16電路組成。降壓變壓器將電網(wǎng)交流電壓

46、220V變換成電路需要的交流電壓25V，此交流電壓經(jīng)過具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，把方向和大小都變化?0Hz交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電，再經(jīng)過濾波、穩(wěn)壓，最后可獲得電子設(shè)備所需的直流電壓21V。電路如圖3.3所示。圖3.3 輸入電源電路圖3.3.3 MC34063降壓變換電路專門應(yīng)用在直流-直流變換器控制領(lǐng)域的雙極型線性集成電路我們稱之為MC34063。它由溫度補償帶隙基準(zhǔn)源、振蕩器、驅(qū)動器和能輸出1.5A開關(guān)電流的大電流輸出開關(guān)構(gòu)成。本文是采用MC34063和最少的外圍元件構(gòu)成降壓式變換器，如圖3.4所示。MC34063降壓變換的原理：當(dāng)片內(nèi)開關(guān)管T1導(dǎo)通時，電源經(jīng)取樣電阻

47、Rsc和管腳7相連，管腳7與管腳8和管腳1短接，電感L1和2腳通過穩(wěn)壓管IN4148接地，電感L1開始存儲能量，由C0對負載提供能量。當(dāng)T1斷開時，電源和電感同時給負載和電容C0提供能量。只要開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率相對很大，負載上就能獲得平穩(wěn)的直流電壓。輸出電壓可通過電阻R1、R2來進行調(diào)整，符合以下公式：Vout=(1+R1/R2)×1.25V ，限流電阻的值設(shè)定為Rsc=0.15，輸入電流被限流在0.3/0.15=2A，改變用來電流取樣的Rsc電阻可以改變限流值。該電路能將通過降壓變壓器和橋式整流濾波所獲得的21V直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€9.4V的直流電壓，為UC3909及其外圍元件共

48、同組成的充電電路和一個恒定+5V的電源的電路提供一個+9.4V的直流電源。3.3.4 UC3909及外圍元件組成的充電電路1.控制回路基本原理：1）用來檢測取樣電阻RCS 兩端的電壓的電流取樣放大器（固定增益為5，補償電壓2.3V）。RCS 兩端的電壓與電池充電電流成正比。為了保證PWM比較器極性正確，取樣器正端電壓接與電流取樣放大器的反相輸入端相連，當(dāng)電池不充電時，電流取樣放大器的輸出端(CSO)電壓為2.3V。RCS的阻值應(yīng)等于350mV除以最大允許充電電流。為了減小功耗，RCS應(yīng)取較小的阻值。最大充電電流Ibulk由下式計算。 (3.1)當(dāng)沒有充電電流時， 電流取樣放大器輸出電壓VCSO

49、= 2.3V；當(dāng)最大電流充電時，電流取樣放大器輸出端電壓Vmax(CSO)=2.3V-2.0V=0.3V。2）電壓誤差放大器(VEA)檢測電池電壓，將它與熱敏電阻的基準(zhǔn)電壓進行比較，再將其轉(zhuǎn)化成電流控制信號，與電流取樣器相加。電壓誤差放大器(VEA) 最高輸出電壓限制在5V，這樣可限制最大負載電流。在涓流充電狀態(tài)下，充電開始時比較器使電壓誤差放大器輸出開路。最大涓流充電電流。在涓流充電狀態(tài)下，最大允許充電電流(Itc)由下式?jīng)Q定: (3.2) 式中為流入電流誤差放大器反相輸出端CA-的固定控制電流。RSET腳外接電阻為4.6k時，為250A。3）用電流誤差放大器(CA)比較電流取樣放大器(CS

50、)輸出信號與電壓誤差放大器(VEA)的輸出信號。進而改變PWM 占空比，然后調(diào)整平均充電電流。當(dāng)有積分補償時，電流誤差放大器(CA)的電流增益變大。為了提高放大器的穩(wěn)定性，流誤差放大器(CA)輸出信號下降斜率應(yīng)低于或等于PWM斜坡上升斜率。如圖3.4所示：圖3.4 UC3909充電原理圖2.外圍元件的確定UC3909內(nèi)部電流檢測放大器處理的信號范圍有限，不能處理100Hz的信號。為了改變此缺點，通過R-C電路(RSF1和CSF)給電流檢測放大器拓展大約20KHz的頻帶。插入損耗為-3dB。利用RSF2為電流檢測放大器提供一個2.3V的偏置電壓。為防止放大器進入飽和區(qū)，CA和 CA+的電壓不得高

51、于400mV。具此，選0.5的電阻RCS，電流誤差放大器使用時，必須確保CA-的電壓為2.3V。大電流充電電流為200mA，RCS上的平均電壓為：VRCS=0.2×0.580mV （3.3）電流檢測放大器的輸出電壓為：VCSO=2.3-5VRCS=1.8V （3.4）CA-腳的總電流為： （3.5）如果RG2取5.4K，那么RG1就為1K。涓流充電時，輸出電壓誤差放大器（VAO）工作于高阻態(tài)，電流流入UC3909的CA-端。涓流控制電流的大小為UC3909的RSET管腳電流的5%。當(dāng)VAO處于高阻態(tài)時，涓流控制1電流只能流過電阻RG1。涓流的電流為： （3.6）如果將涓流充電的電流值

52、定為10 mA，就會在CSO管腳產(chǎn)生平均電壓2.292V。再通過電阻RG1后變?yōu)?2.5A。流出RSET管腳后為（250A， 2.3V），所以在電流為10mA的涓流充電條件下， RSET的阻值為4.6K。從恒壓充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到浮充狀態(tài)的轉(zhuǎn)換電流。當(dāng)OVCTAP腳的電壓上升到2.3V時，過充狀態(tài)將轉(zhuǎn)變到浮充狀態(tài)。充電模式的轉(zhuǎn)換發(fā)生在： （3.7）如果ROVC2取27K，ROVC1取0.6K，即Ioct為40mA。UC3909內(nèi)部的晶體管STATLV處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)電池電壓高于浮充電壓時，VA-腳電壓將上升到2.3V 。浮充電壓為： （3.8）如果RS3取10.0K，Vfloat為6.8V，RS1和

53、RS2的和將為20K。在恒壓充電狀態(tài)時Voc為： （3.9）其中Voc為7.3V，可得RS4為115K。當(dāng)檢測到VCHGENB腳電壓高于2.3V時，充電器將重新進入恒流充電。的值為： （3.10）其中為5.4V，RS2為3.24K，則RS1為16.76K。3.該電路實現(xiàn)功能該電路可以對蓄電池四個階段很好的控制，使電池安全快速的充電到額定電壓。對于長期沒電和嚴(yán)重缺電的電池進行涓流充電，其它狀態(tài)更合理的充電控制。以對蓄電池起到維護和修復(fù)的作用。并且有兩個指示燈對四個充電程進行顯示。其充電電路圖如圖3.5所示。圖3.5 MC34063降壓變換電路3.3.5 電池的充電電壓的監(jiān)控電路該電路通過一個4M

54、和一個4M電阻對蓄電池的充電電壓分壓，因為充電電壓會在0V和7.3V之間變化，所以經(jīng)分壓后電壓將0到4V變化，從而將對一個較高的充電電壓監(jiān)控轉(zhuǎn)變成對一個約在0倒4V之間電壓的監(jiān)控，再通過盛群單片機HT46R23進行A/D轉(zhuǎn)換，將電壓這個模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，最后通過液晶顯示出來充電電壓的電壓值，從而達到監(jiān)控的目的，如圖3.6所示。圖3.6 充電電壓及電池溫度監(jiān)控原理圖3.3.6 蓄電池充充電溫度監(jiān)控電路電池充電其實是將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的過程。但并不是所有的電能完全轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，仍然有一部分能量轉(zhuǎn)換成熱能。對電池起到了加熱的作用。如果不好好控制，在電池充電完成時，如果不進行浮充電，則多余的電能會轉(zhuǎn)換成熱能對電池會有一些損壞，甚至引起火災(zāi)。因此，在設(shè)計電池充電器時，對溫度進行監(jiān)控合理控制充電過程是非常重要的。該電路是由液晶顯示模塊1602、溫度傳感器DS18B20、盛群單片機HT46R23和一個繼電器、保險絲等構(gòu)成的具有顯示電池充電溫度、防止電池過熱、保護線路安全功能的電路。該電路能測出電池的充電溫度，再通過盛群單片機HT46R23進行A/D轉(zhuǎn)換，將溫度這個模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，最后通過液晶顯示出來充電電池的溫度值，從