智能穩(wěn)壓充電器的設(shè)計與制作PPt28

1、智能穩(wěn)壓充電器的設(shè)計與制作提綱n一. 課題研究的意義n二. 手機充電器的發(fā)展史n三. 電池的充電控制技術(shù)n四. 智能穩(wěn)壓充電器的硬件設(shè)計n五. 智能穩(wěn)壓充電器的軟件設(shè)計n六. 結(jié)論課題研究的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，易攜帶的電子產(chǎn)品以很快的速度更新?lián)Q代，使得電池的續(xù)航時間大大增長，而作為電子產(chǎn)品不可或缺的一部分，運用到電池的地方越來越多，導(dǎo)致可充電電池的需求量也與日俱增，同時對充電器的要求也變得以低成本、低功耗、易攜帶、體積小、并且安全實用為主要指標(biāo)。智能充電器是依靠先進的單片機控制技術(shù)所制造出來的充電器，通過對充電器進行設(shè)計，可以更加清楚的知道充電器的制作流程，提高我們對電子產(chǎn)品的設(shè)計能

2、力，增強了我們的實際動手操作能力。充分把我們學(xué)過的各種知識，應(yīng)用在設(shè)計思路，模型的建立、以及實物的制作中。 手機充電器的發(fā)展史n1.限流限壓式充電器：這是充電器發(fā)展史的第一個階段，這種充電器起初的充電方法是限壓式充電，后來演變成限流限壓式充電，充電器以使用時間長短為衡量基準(zhǔn)，一般是810年左右，與充電次數(shù)的多少無關(guān)，淺充淺放。n2.恒流/限壓式充電器：充電器發(fā)展史的第二個階段，這種充電方式在充電器發(fā)展歷程中運用了大概50年的時間，其工作原理是用恒定電流充電到預(yù)定好的電壓值，然后剩下的部分用恒定電壓完成，兩個階段切換的電壓就是第一階段的最終電壓，也就是第二階段的恒定電壓。n3.自適應(yīng)智能充電器：

3、充電器發(fā)展史的第三個階段，隨著科技發(fā)展，先進的工藝制造，更高端集成化電路也與充電器結(jié)合起來，使得充電器的設(shè)計越來越體積小，智能化。充電器設(shè)計進入全新的階段，這就是第三代充電器。這種充電器遵循各種電池的工作原理，由單片機進行控制通過轉(zhuǎn)換各種充電模式對電池進行充放電，并且有溫度保護功能，不需要人工參與，減少失誤，有效的保護了電池，延長了使用壽命。 電池的充電控制技術(shù)n一.鋰電子電池介紹 鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池，鋰電子電池能量高、電能存儲密度大、漏電量小，工作電壓高，還可以制作成任意形狀，適應(yīng)不同產(chǎn)品的需要。鋰電池于鎳類電池相比，在相同輸出功率條件下，重量減

4、少一半，體積減少20%。鋰電子電池沒有記憶效應(yīng)，可在任意時間點充電，并且有效的保持電荷，但是使用中要盡量避免過充過放，損壞電池。二.電池終止充電控制方法 電池在充滿電后，如果不及時停止充電，電池的溫度將迅速上升。溫度的升高將加速板柵腐蝕速度及電解液的分解，從而縮短電池壽命、容量下降。為了保證電池充足電又不過充電，采用定時控制、電壓控制和溫度控制等多種終止充電的方法。 1.定時控制n 該方法適用于恒流充電。充電的時候，因為是恒定電流，根據(jù)電池的容量還有充電電流的大小，可以很容易推算出來所需的充電時間。當(dāng)達到充電時間后，定時器會發(fā)出信號停止進行充電或者改為浮充狀態(tài)維持充電電流，這樣可以有效的避免大

5、電流充電對電池造成的損傷。這種控制方法的缺點是，充電前，電池的容量沒法準(zhǔn)確的去得知，而且在充電過程中也會有元器件的發(fā)熱，導(dǎo)致一定的功率損耗，所以實際的充電時間不能準(zhǔn)確得到。該方法充電時間固定，不能自動及時調(diào)整充電模式，所以有可能充不足電或者過充。2.電池電壓控制n在電壓控制法中，最容易檢測的是電池的最高電壓。常用的電壓控制法有：n電壓負(fù)增量(V)：在充電過程中，負(fù)增量的出現(xiàn)不受電池電壓、外界溫度、充電速率的影響。所以，通過監(jiān)測負(fù)增量可以準(zhǔn)確判斷出是否已經(jīng)充滿電。這種方法的缺點是：在電池充滿電之前，會有局部出現(xiàn)電壓負(fù)增量，此時會誤判電池已經(jīng)充滿電而停止快充；還有鎘鎳電池在充滿電以后由于出現(xiàn)負(fù)增量

6、的現(xiàn)象比較緩慢，所以有可能在監(jiān)測到負(fù)增量前電池就已經(jīng)過充了，長期過充會損害電池的壽命。n 電壓零增量(V)：鋰電池充電器中，為了避免因為負(fù)增量出現(xiàn)延遲而使電池過充，所以采用一種0V控制法。這種方法通過比較電壓的變化而對充電進行控制。缺點是由于檢測元器件不是很靈敏，所以當(dāng)充電時出現(xiàn)電壓變化很小的情況，元器件會監(jiān)測不出來變化，從而進行誤操作，所以采用這種方法應(yīng)選用高靈敏度檢測器件。n 最高電壓(VMAX)：電池電壓達到最大值時，表示電池充滿電。充電過程中，當(dāng)電池電壓達到規(guī)定值后，立即停止快速充電。 這種控制方法的缺點是：電池充足電的最高電壓隨充電速率、周圍環(huán)境溫度而變，而且電池組中各單體電池的最高

7、充電電壓也不同，因此采用這種方法并不能十分準(zhǔn)確判斷出電池是否充滿電。3.電池溫度控制 因為大電流充電會造成電池發(fā)熱，所以當(dāng)溫度過高超過設(shè)定的數(shù)值時，應(yīng)立即停止充電。常用的溫度控制方法有： 最高溫度(TMAX)：通常在電池充電過程中，設(shè)定的溫度是40，當(dāng)熱敏電阻檢測到溫度超過40時，立即停止快速充電。這種方法的缺點是，熱敏電阻響應(yīng)有些滯后。 溫度變化率(T/t)：電池在充滿電后溫度會持續(xù)上升，而且上升的速率是基本相同的，所以當(dāng)電池溫度每分鐘上漲一度的時候，應(yīng)立即停止充電，這種方式的缺點是由于熱敏電阻的阻值與溫度是非線性的，所以為了提高精度，應(yīng)該設(shè)法減少非線性帶來的影響。4.綜合控制法 以上的控制

8、法各有利弊，為了能夠準(zhǔn)確的檢測出充滿電狀態(tài)，需要各種控制法共同協(xié)作，這就是綜合控制法，包括定時控制、溫度控制、電池電壓控制。智能穩(wěn)壓充電器的硬件設(shè)計n本課題所設(shè)計的充電器由單片機和充電集成電路協(xié)同進行充電控制，其中外部顯示電路包括充電指示燈，蜂鳴報警器以及液晶顯示屏，顯示屏顯示充電進度，輸出電壓以及溫度，可以更加直觀的給使用者展示充電狀態(tài) 。1.單片機控制模塊nAT89S52介紹 AT89S52是由Atmel公司開發(fā)的一種低功耗，高性能CMOS 8位單片機，該單片機功能強大，主要功能特性如下： 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(1000次）ISP Flash ROM 32個雙向I/O口

9、 4.5-5.5V工作電壓 3個16位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率0-33MHz 全雙工UART串行中斷口線 256bytesRAM 2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級加密位 看門狗（WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 第40管腳（VCC）是電源端；20管腳（GND）是單片機的接地端；第9管腳（RST）是單片機的復(fù)位端；第18、19管腳（XTAL1、XTAL2）是單片機外接振蕩器和外部時鐘信號輸入端；31管腳（EA/VPP）是外接程序存儲器訪問控制端；30管腳（ALE/PROG）地址鎖存脈沖輸入引腳和只讀存儲器。nI/O

10、口端口結(jié)構(gòu)：n1.p0端口結(jié)構(gòu)：I/O口P0.0P0.7為8個管腳，8個管腳連接P1口的驅(qū)動，P1口驅(qū)動連接P1口鎖存器 ，鎖存器連接總線。P0口除了作為一般的I/O口使用外，還有第二個功能，就是作為地址和數(shù)據(jù)線與程序地址寄存器進行交互。n2.p1端口結(jié)構(gòu)：P1口除了作為一般的I/O口使用外，還用于在線編程，P1.0P1.7中的P1.5、P1.6、P1.7三個管腳與下載線中三個端口相連，作為下載接口，所以P1口部分的I/O口有雙重功能。n3.p2口結(jié)構(gòu)：p2口除了當(dāng)作普通I/O口，第二功能與P0口相同，作為地址和數(shù)據(jù)線與程序地址寄存器進行交互。n4.p3內(nèi)部結(jié)構(gòu)：p3口同樣可作為普通I/O口，

11、它與P0、P1、P2口一樣，也具有第二功能，第二功能為與中斷、串行口通信還有定時器進行相關(guān)的信息交互。 晶振Y、電容C5，C6與單片機XTAL1和XTAL2相連，與單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成一個時鐘信號源，作為單片機的工作時序。這種使用晶振配合產(chǎn)生時鐘信號的方法稱為內(nèi)部時鐘方式，晶振頻率決定該時鐘頻率，這里單片機工作頻率就是12MHZ。2.充電控制模塊n1腳（IN）輸入管腳n2腳（CHG）：充電狀態(tài)指示管腳，同時驅(qū)動LED。n3腳（EN/OK）：輸入/輸出管腳。n4腳（ISET）：調(diào)節(jié)輸入電流管腳。n5腳（CT）：設(shè)置充電時間管腳。n6腳（RSTRT）：控制重新啟動管腳。n7腳（BATT）：電池輸入腳

12、，接單節(jié)電池正極。n8腳（GND）：接地端。n9腳（DRV）：外部晶體管驅(qū)動器，接晶體管的基極。n10腳（CS）：電流傳感輸入，接晶體管的發(fā)射極。 充電芯片MAX1898內(nèi)部電路包括如下的幾個部分：輸入電流調(diào)節(jié)器、電流檢測器、電壓檢測器、溫度檢測器、主控制器、定時器 。電壓的允許輸入范圍為4.5V-12V。通過外接電容C來設(shè)置充電時間T ，通過外一個電阻來設(shè)置最大充電電流 。3.充電電壓轉(zhuǎn)換模塊 由220V交流電經(jīng)過電磁線圈耦合成低頻的12V直流電，經(jīng)過CW7805把12V輸出電壓轉(zhuǎn)換為固定的5V輸出。CW7805是三端口正電源穩(wěn)壓元器件，它的封裝形式為TO-220。它性價比很高，應(yīng)用范圍非常

13、廣泛。工作時由于有過熱限制以及工作區(qū)保護，元器件不易損壞，但是工作時會溫度很高。散熱問題有待加強。4.液晶顯示模塊1602液晶顯示器具有體積小、顯示清晰、功耗低等特點 n1腳（VSS）：電路公共接地端電壓。n2腳（VDD）：器件內(nèi)部的工作電壓。n3腳（V0）：液晶顯示器對比度調(diào)整端，連接地電源對比度最高，連接正電源對比度最低。n4腳（RS）：RS為選擇寄存器，低電平0是選擇指令寄存器，高電平1時選擇數(shù)字寄存器。n5腳（RW）：RW為讀寫控制端，低電平0時寫入數(shù)據(jù)，高電平1時讀取數(shù)據(jù)。n6腳（E）：使能端，寫數(shù)據(jù)時候，下降沿使能。n7腳14腳（D0D7）：8位雙向數(shù)據(jù)端口。n15腳（BLA）：L

14、ED背光正極，開通背光需要串聯(lián)一個限流電阻接VDD。n16腳（BLK）：LED背光負(fù)極，接地。5.蜂鳴報警模塊 Sp是蜂鳴器，它的正極與三極管Q的發(fā)射極相連，負(fù)極與地線相連。工作過程為：I/O口輸入高電平時，三極管Q的基極得到高電平，三極管導(dǎo)通，電流Vcc經(jīng)集電極流向發(fā)射極，并流入蜂鳴器SP。智能穩(wěn)壓充電器的軟件設(shè)計 本次設(shè)計的充電器，要顯示充電進度，充電電壓，監(jiān)控溫度變化，并且由單片機控制電流輸出。系統(tǒng)總流程圖為：系統(tǒng)上電，初始化，檢測充電信號，單片機控制進行充電，監(jiān)測電壓和溫度，并在液晶屏上顯示。n定時器0程序說明：程序開始，停止定時器0計數(shù)，重設(shè)計數(shù)初值5ms，判斷外部中斷0是否產(chǎn)生3s5s的信號，產(chǎn)生進入下一步，如果沒有出現(xiàn)第二次外部中斷0，則認(rèn)為完成充電，蜂鳴器報警，關(guān)閉外部中斷0。否則則認(rèn)為充電出錯。結(jié)論 本次設(shè)計的智能穩(wěn)壓充電器對硬件和軟件兩方面進行了設(shè)計，硬件設(shè)計為主，軟件設(shè)計為輔，硬件設(shè)計首先設(shè)計了充電器結(jié)構(gòu)，然后選擇合適的元器件，智能化用AT89S52和MAX1898共同參與進行控制來體現(xiàn)。用Altium Designer設(shè)計充電電路原理圖，并且繪制出PCB圖，制作電路板，購買元器件，焊接出智能