移動式智能電源的控制設計_電信121_1222054_袁正陽_二檢

1、編號無錫太湖學院畢業(yè)設計（論文）題目： 移動式智能電源的控制設計 物聯(lián)網(wǎng)學院 電子信息工程 專業(yè)學 號： 1222054學生姓名： 袁正陽 指導教師： 張相勝（職稱： ） （職稱： ）2016年5月25日III無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）誠 信 承 諾 書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 移動式智能電源的控制設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 電信121 學 號： 1222054 作者姓名： 2016 年 5 月 25 日無錫

2、太湖學院物聯(lián)網(wǎng)學院 電子信息工程 專業(yè)畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書一、題目及專題：1、題目移動式智能電源的控制設計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù)隨著光伏技術的高速發(fā)展，近年來，太陽能在照明類器具上的應用已日益擴大；而LED燈由于安全、節(jié)能、環(huán)保等多種優(yōu)勢，其應用亦已形成規(guī)?；畡?；鋰電池使用壽命長，且安全可靠，在此集各家之長處，充分利用太陽能板的優(yōu)勢，將太陽能轉化為電能，通過中央控制器將已轉化的電能貯于鋰電池內(nèi)，至夜間時將鋰電池再通過中央控制器為LED燈提供能量，滿足用戶的照明需求。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 了解移動式智能電源系統(tǒng)近年來的發(fā)展； 熟

3、練掌握電氣控制、單片機以及傳感檢測的相關理論知識并通過51單片機來實現(xiàn)各模塊功能； 熟練掌握C語言編程，并用此來實現(xiàn)無線通信模塊對各模塊接收到數(shù)據(jù)的處理； 熟練使用繪制軟件Protel 99SE、編程軟件Keil C51等，用于輔助設計 ； 能夠通過設計得到智能電源系統(tǒng)的電路圖，并依據(jù)電路圖PCB封裝做出符合預期效果的實物。 四、接受任務學生： 電信121 班 姓名 袁正陽 五、開始及完成日期：自2015年11月10日 至2016年5月25日六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師簽名 簽名 簽名教研室主任學科組組長研究所所長簽名 系主任 簽名2015年11月10日<摘 要摘 要據(jù)統(tǒng)計

4、，在中國使用智能手機的用戶數(shù)量為2.52億人，這一數(shù)字表明手機已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪忻懿豢煞值囊徊糠帧ｋS著智能手機的普及，各種問題也隨之浮現(xiàn)出來，其中最為致命的一點即為電量的不足，這一技術瓶頸也極大地限制了智能手機高速發(fā)展的道路，而解決這一問題的一個高效而可行的方法，就是移動電源的配備。有一部分使用智能手機的用戶，均隨身攜帶一個移動電源，以備不時之需。為響應國家節(jié)能環(huán)保的號召，太陽能移動電源的出現(xiàn)不僅能夠滿足這一要求，同時在數(shù)碼產(chǎn)品電池續(xù)航的問題上，也作出了很大的貢獻，這一發(fā)明也逐漸被人們所接受。然而市面上的大多數(shù)太陽能移動電源產(chǎn)品，不單質(zhì)量水平不一，也無法進行高效的能量轉換。本課題設計設置一

5、款內(nèi)置太陽能電池的移動式電源，要求該裝置對電池有防止過充、過放及輸出斷路等保護，充電電路使用降壓方式，放電電路可使用升壓方式，能夠?qū)崿F(xiàn)便捷充電等功能。在硬件方面，選用意法半導體的ARM內(nèi)核的STM32F103為控制器，在對移動電源充電及對充電進行過充、過放保護選用了單節(jié)鋰電池充電管理芯片BQ24010，選用脈寬控制器LM2596將電源電壓變?yōu)?V，隨后向智能手機等便攜設備供電，并且能夠保護輸出過電流，用五個發(fā)光LED二極管來顯示電量。使用KEIL編譯軟件進行設計，在線仿真和下載程序也能夠通過ST-LINK仿真器來完成。本文首先對太陽能智能移動式電源基本情況進行介紹，接著對本設計的系統(tǒng)需求以及系

6、統(tǒng)原理進行分析，并確定可行的硬件方案包括控制器電路、市電到5V降壓電路、移動電源充電及過充保護電路、電池電量檢測電路、電源電量顯示電路、系統(tǒng)供電管理電路、電池電壓到5V輸出升壓電路、輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路，細致地設計每個模塊的電路；同時對該系統(tǒng)軟件部分包括定時器程序段、電量LED顯示程序段等進行程序編寫，最后進行針對系統(tǒng)進行結果分析。關鍵詞：智能手機；移動式電源;電路設計；ABSTRACTAccording to statistics, the number of users in China to use smart phones is 250 million, which show

7、s that mobile phones have become an inseparable part in people's daily live. With the popularity of smart phones, along with a variety of problems appear, one of the most deadly is the lack of power. This technology bottlenecks greatly limits the high-speed development of smartphone. And an effi

8、cient and viable solution to this problem is the power supply of the equipment. Part of the users of smart phone, they all carry a mobile power supply, to prepare for contingencies. In response to the call of national energy saving, solar mobile powers appear not only to meet this requirement, but a

9、lso made a great contribution to the digital product battery life problems, which has gradually been accepted. While most solar mobile power products on the market, their quality is irregularity and the conversion of efficiency is generally low. This topic designed to set a built-in solar mobile pow

10、er, which requires the device to prevent batteries from overcharging ,over-discharging and the output disconnection. Charging circuit uses the step-down mode, the discharge circuit may use a booster mode, which enables convenient charging and other functions. On the hardware side, choose ST ARM core

11、 STM32F103 as controller; When facing mobile power charging and charging overcharge, over-discharge protection, we choose a single lithium battery charge management chip BQ24010; Select the pulse width controller LM2596 to make the voltage into 5V; Then supply power to smart phones and other portabl

12、e devices, and at the same time it can protect over-current; Use five light emitting LED diode to make the power display; Use KEIL compiler software for design, and the online simulation and download programs can also be accomplished by ST-LINK emulator.This paper first introduces the basic situatio

13、n of the intelligent solar mobile power supply, then carried on the analysis to the design of the system requirements and the system principle, and to determine the feasible scheme of the hardware circuit, including 3.1 controller electricity to the 5V circuit, mobile power charging and overcharge p

14、rotection circuit, battery detection circuit, power supply circuit, power display system the power supply management circuit, the battery voltage to the 5V output circuit, the output voltage and output detection circuit protection circuit, detailed design and circuit of each module; at the same time

15、 the system software includes the timer program section, power LED display program segment for programming, finally according to the system results.Key words: Smart phone;Moblie Power; Circuit design;目 錄摘 要IIIABSTRACTIV目 錄V第1章 緒論11.1緒論11.2課題分析11.2.1課題研究內(nèi)容11.2.2課題研究意義21.3設計思路21.3.1主要任務21.3.2預期成果21.3.

16、3論文的結構安排21.4制作過程2第2章 系統(tǒng)方案設計32.1系統(tǒng)需求分析32.2原理分析32.3系統(tǒng)硬件方案選擇4第3章 系統(tǒng)硬件電路設計113.1控制器電路113.2市電到5V降壓電路123.3移動電源充電及過充、過放保護電路133.4電池電量檢測電路133.5電源電量顯示電路143.6系統(tǒng)供電管理電路143.7移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路153.8輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路15第4章 系統(tǒng)軟件設計174.1程序結構分析174.2主程序設計174.3A/D模數(shù)轉換程序段184.4定時器程序段194.5電量LED顯示程序段。21第5章 系統(tǒng)結果分析23第6章 結論與展望256.1結

17、論256.2不足之處及未來展望25致 謝27參考文獻29附 錄3111第1章 緒論第1章 緒論1.1 緒論在較邊遠的農(nóng)村及欠發(fā)達的落后的山區(qū)，有的地方?jīng)]有交流電，有的則對當?shù)鼐用竦墓?、用電的時間進行限制，給對鋰電池充電帶來了不便；若在某些場合使用干電池的手電筒進行照明，則需經(jīng)常更換干電池，不僅成本高，同時由于廢棄干電池也會對環(huán)境產(chǎn)生危害。近年來，光伏技術發(fā)展速度飛快，太陽能的相關應用也日益增長，在安全環(huán)保節(jié)能方面，LED燈有著巨大的優(yōu)勢，同時也被大家廣泛應用到生活中；鋰電池使用壽命長，且安全可靠，在此集各家之長處，充分發(fā)揮太陽能板的優(yōu)點，高效地把太陽能轉換為電能，再經(jīng)由中央控制器把轉化電能存儲

18、于鋰電池之中，夜晚再將鋰電池再通過中央控制器為LED燈提供能量，滿足用戶的照明需求。移動電源是一款便攜式充電器，同時集充電與供電功能于一體，可以隨時隨地為智能手機等數(shù)碼產(chǎn)品充電或待機供電。移動電源的儲電單元一般由鋰電芯或干電池組成。不同于內(nèi)部電池，所以也叫做外掛電池。移動電源配備不同的電源轉接頭，具有容量大、用途廣、壽命長、體積小以及安全可靠這些特點，是一種可以時時處處為多種數(shù)碼產(chǎn)品供電或待機充電的功能性設備。目前各國相關機構都在加緊對太陽能移動電源的研究，取得一定的進展，如丹麥公司研發(fā)的一款HeLi-on太陽能移動電源由太陽能面板、儲能電池組以及相關高效的電子院子構成，保證這種移動式的太陽能

19、電源能夠產(chǎn)生能量，同樣也能夠吸收能量；在我國國內(nèi)在里面也有相關機構對太陽能電源進行研究，如在2015年9月份鄭州軍誠新能源生產(chǎn)公司就生產(chǎn)出相關產(chǎn)品，這款移動電源擁有智能調(diào)節(jié)功能，能夠調(diào)節(jié)不同的輸出電壓以及電流。另外一款擁有5萬毫安的超大電容量的“GO Green”的太陽能移動電源也已經(jīng)問世，其能夠通過太陽能面板進行充電，也能夠采用傳統(tǒng)的充電方式進行充電。Solartab太陽能移動電源在同款測評之中最佳，這款太陽能充電器內(nèi)部是一塊13000 mAh 鋰離子電池，頂部是 5W 單晶硅太陽能面板，為了最高效率的利用陽光，Solartab的保護蓋充當多級支架，從而找到最適合的傾斜角度面對陽關?？梢钥闯?/p>

20、太陽能移動電源因為其符合新能源的發(fā)展理念，在未來將擁有廣泛的市場運用，目前關于太陽能移動電源的研究主要是傾向于如何有效的匹配多種充電需求的用戶，同時最大程度的能夠通過太陽能面板采集太陽能，實現(xiàn)電池的能源持續(xù)充分保持。人們對于移動電源的安全性問題可謂越來越重視，在市場秩序雜亂的情形下，其不安全因素也是日益增多。短路、過充、過放、恒流、恒壓等保護措施以及高性能電源管理技術是一款良好的移動電源必須具備的。本課題設計設置一款內(nèi)置太陽能電池的移動電源，要求該裝置對電池有防止過充、過放及輸出斷路等保護，充電電路使用降壓方式，放電電路可使用升壓方式，能夠?qū)崿F(xiàn)便捷充電等功能。1.2 課題分析1.2.1課題研究

21、內(nèi)容目前在市面上普遍使用多晶硅材質(zhì)的太陽能電池板，太陽能發(fā)電站為偏遠山區(qū)家用供電使用的則是這一類型，轉換效率通常為15%左右，但是缺點是體積太大，不便于攜帶；之后柔性太陽能電池板問世，其弱光性能要比多晶硅電池板更佳，具有輕便、可彎曲等特點，適用于移動式太陽能電源。不過轉換效率較之偏低，只能維持在7%-10%。1.2.2課題研究意義現(xiàn)在的智能手機不僅功能多了，配置也越來越好，現(xiàn)在已經(jīng)有四核的處理器，屏幕也越做越大，手機雖好，電量不足成為了智能手機的一大缺陷，而移動電源的存在可以解決眾多數(shù)碼產(chǎn)品的電量供給問題，讓大家不再為手機缺電苦惱，讓人們工作、旅游更為舒心。1.3 設計思路1.3.1主要任務對

22、相關資料先進行查閱、學習，設計出完整電路，對軟件進行設計仿真，最終調(diào)試成功。1.3.2預期成果在要求的時間內(nèi)完成硬件/軟件的設計，逐步改善并完成整個設計。1.3.3論文的結構安排第一部分，介紹整個課程設計的背景，具體分析移動電源在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及實用功能性，同時簡要說明論文的結構及制作過程；第二部分，介紹系統(tǒng)方案設計，從系統(tǒng)需求及原理進行分析，再到硬件方案的比較選擇；第三部分，分別詳細介紹所設計的系統(tǒng)硬件電路以及電路中所使用的控制器芯片；第四部分，對系統(tǒng)軟件設計進行分析，畫出A/D流程圖，編制相關程序；第五部分，對系統(tǒng)結果進行分析，包括可行性及需改進的地方；最后，結束語及致謝。1.4 制作

23、過程首先對移動電源電路原理圖進行研究學習，做到充分理解，并準備本設計電路圖中所需元器件及常用手工焊接工具。首先要找到各元器件相對應的位置，把它們插入到印刷板中，把各芯片引腳仔細地連接到一起，參照電路圖進行焊接。焊接有以下幾條原則:1、為確保各芯片工作電壓正常，應先把電源線和地線進行焊接；2、對于同類的芯片，要按照次序一一焊接，完成第一片的焊接工作并檢查無誤，之后的同類芯片可以按照第一片的方式進行焊接，既省時又能降低失誤率；3、把220V單相交流電接入，于調(diào)試成功后制作機箱，最后在機箱中安裝整個裝置電路。第2章 系統(tǒng)方案設計第2章 系統(tǒng)方案設計122.1 系統(tǒng)需求分析本文論述的電路系統(tǒng)設計由四部

24、分組成：充電管理電路、鋰芯容量指示電路、升壓電路和鋰芯保護電路。如圖2.1所示：充電管理電路太陽能升壓電路移動式智能電源容量指示電路鋰電池保護電路圖2.1 系統(tǒng)設計方案圖由目前大眾的消費觀和需求，一個可以提高儲能效率的可移動充電電源成為一種值得去研究和設計的課題，在戶外的旅行和其他不能找到市電插孔的情況下它可以說是功不可沒的，本設計思路主要是能將市面上普遍的、成本低、效能高的聚合物電芯作為一種載體將能量進行儲能隨身攜帶以方便便攜式設備的供電。2.2 原理分析太陽能電池板最大功率跟蹤單元充電管理單元電池保護單元鋰電池組5V充電器控制單元輸出單元圖2.2 電源系統(tǒng)結構示意圖如圖2.2所示為本電源系

25、統(tǒng)結構示意圖，從圖中可以看出，該系統(tǒng)由太陽能電池板、充電器、最大功率跟蹤單元、充電管理單元、電池保護單元、鋰電池組、輸出單元組成，從而有效的完成輸出斷路、降壓、升壓等功能。本設計的硬件電路結構相對復雜，主要包括市電到5V降壓電路、移動電源充電及過充、過放保護電路、移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路、系統(tǒng)供電管理電路、輸出斷路保護電路、電池電量檢測電路、控制器電路、輸出電壓檢測電路和電源電量顯示電路。市電到5V輸出降壓電路中，輸入為220V交流市電，經(jīng)過此電路的轉化，最終輸出為5V直流電。移動電源充電及過充、過放保護電路的作用是防止電源電池遭到損傷，在充電過程中進行保護，避免過充過放。系統(tǒng)供電管

26、理電路，能夠有效管理電池電壓并向控制器供給電量。通過電池電量檢測電路，控制器可以得到移動電源電池電壓，根據(jù)相應算法得到電池電量并顯示于電源電量顯示電路中。當控制器通過輸出電壓檢測電路，檢測到5V輸出口的電壓為0時，控制器給輸出斷路保護電路保持關閉，移動電源沒有電壓輸出；當控制器通過輸出電壓檢測電路，檢測到5V輸出口接有需要充電的手機等便攜設備時，輸出斷路保護電路會接收到由控制器給出的開啟信號，并對便攜設備進行充電指令。2.3 系統(tǒng)硬件方案選擇在控制器模塊選擇方面，PLC、工控機這兩種器件因其價格貴、不便于攜帶而不作考慮，本設計系統(tǒng)要求僅用單片機即能完成，所以選用意法半導體(ST)公司出品的AR

27、M微控制器STM32F103，其內(nèi)核是Cortex-M3，主要應用在嵌入式應用，這款ARM在價格上相當具有競爭力，性能也比一般單片機有很大提升，配置豐富靈活、低功耗都是它巨大的優(yōu)勢，其模塊框圖如下所示。圖2.3 STM32F103模塊框圖根據(jù)系統(tǒng)所需，市電到5V降壓電路方案選擇分析如下：若想把市電變?yōu)?V直流電，首先嘗試整流市電，再經(jīng)過Buck電路，但是缺點很明顯：占空比太小、不便于控制脈寬，所以放棄這個選擇。經(jīng)多次試驗最終選取這種方法：先用工頻變壓器將市電進行降壓，整流后，變壓到12V直流電，然后經(jīng)過Buck降壓電路，變?yōu)?V直流電?？梢杂幸韵聨追N方案選擇：方案一：用分立元件構成Buck降壓

28、電路方案。這種方法構造便利，效率有幾瓦到上百瓦，但是工藝很麻煩。方法二：直接帶Buck電路的集成芯片方法。這種方法，輸出效率小，僅僅幾瓦到十幾瓦，這種技術操作簡便，成本低廉，效果好，節(jié)省資源上面兩種方式對比之后，決定此次使用優(yōu)點多的方式二所以采用方案二,下圖為LM2596內(nèi)部框圖。圖2.4 LM2596內(nèi)部框圖移動電源充電過程及過度充電、過放保護電路的方法：方法一：利用分立元件方法。它有特別復雜的電路，在現(xiàn)實創(chuàng)造中，可能要花費很多的精力去實驗，而且占地方，原料昂貴方法二：利用集成芯片方法。此芯片給鋰電池充電的時候，假如壓力比4.2大，為了防止鋰電池發(fā)生過度吸電，芯片暫時停止吸取電量，可以達到使

29、用。而且這個方法，本錢少，操作便利，體積小 上面兩種方式對照之后，決定此次使用優(yōu)點多的方式二下圖為BQ24010內(nèi)部框圖。圖2.5 BQ24010內(nèi)部框圖電池電量檢測電路有幾種方法：方法一：電阻分壓方法。這種方法理論不難，但是同時也會容易導致測量電壓的不足，無論何時電流都會流通，如此做使電池的電量很容易就流失了，這樣浪費了能源。方法二：因為MOSFET的導通阻力比較小，所以不會產(chǎn)生阻力分壓的后果，當操控器 不再需要檢測壓力時，操控器使MOSFET閉合，阻力上不會有電流經(jīng)過，所以，就能減少資源的損失。比較后我們選擇了更節(jié)能的方法二。電源用量顯示選擇方案有兩種：方法一：用液晶LCD1602來顯示。

30、它能表明大部分簡易的標識，在人類和機器交流的時候，這樣就能有很多的判斷，具有靈活性，多變性，而且成本低廉，侵占操控器的地方小，但是零件中，它的費電量大，成本高昂，占地面積大，所以不適合。方法二：用五個發(fā)光LED二極管顯示。當用電數(shù)量為大于百分之九十五時，5個燈全部亮起；當電量為百分之八十到百分之九十五的時候，其中有4個LED亮起；當電量為百分之六十到百分之八十，其中3個LED亮起；當電量為百分之四十到百分之六十，其中2個LED亮起；當電量為百分之二十到百分之四十，其中1個LED亮起；當電量為百分之二十以下時，5個LED沒有一個亮起。這種方法操作便利，價格低，占地面積小。比較這兩種方法，方法二優(yōu)

31、點更多，所以決定使用方法二。系統(tǒng)供電管理電路，只需要一個低壓差的電源管理芯片LDO即可，如TI公司的TPS79633，體積小，紋波小，完全能滿足要求，負責在用戶開機或者關機的時候由電源通過它實現(xiàn)供電與否，下圖為TPS79633結構示意圖圖2.6 TPS79633結構示意圖當電壓到5V輸出升壓電路有幾種方法：方法一：利用分立元件方法。這種方法需要用分立元件，它有特別復雜的電路，在現(xiàn)實創(chuàng)造中，可能要花費很多的精力去實驗，而且占地方，原料昂貴方法二：利用集成芯片方法。這種方法操作便利，占地面積少上面兩種方法比較之后，決定此次使用優(yōu)點比較多的方法二輸出電壓檢驗方式跟電源電池電壓檢驗方法理論差不多，利用

32、低開啟電壓和電阻分壓電阻相串聯(lián)的方法。就是當電壓檢測芯片檢驗到電池電壓不大于3.7時，操控器給出一個關閉消息，這個消息是給輸出斷路用來做電路保護的，這樣就可以達到電源電池過度放電時的保護作用，當急需檢驗輸出電壓的時候，操控器給出一個開啟消息，這個消息是給輸出斷路用作電路保護的，這樣可以檢驗輸出信號。設計參數(shù)：VIN 端適配器給內(nèi)部電池恒流充電電流為1A，系統(tǒng)USB 輸出5V，系統(tǒng)USB 輸出最大電流為1A。電阻的選擇：RS 和RCS 的精度影響采樣電流的精度，因此推薦使用1%精度的電阻；對于封裝，請根據(jù)電阻實際的功率計算，也可以用兩個并聯(lián)的形式分散熱量。例如：RS 在升壓時流過電流最大為2A，

33、則它最大功耗是2×2×0.04=0.16WRFB1 和RFB2 的精度影響輸出電壓的精度，因此推薦使用1%精度的電阻，如擔心虛焊的問題也可考慮RFB1 采樣兩個電阻并聯(lián)。電容的選擇：CBAT，CSYS，COUT 電容為大電流的濾波電容，要使用鉭電容，ESR 要控制在0.3 以內(nèi)，針對1A系統(tǒng)推薦使用47uF 的容值，在成本允許的條件下，增大CSYS 會使系統(tǒng)更加穩(wěn)定；如果對升壓輸出紋波要求不高，也可略微減小COUT；如果針對更大電流系統(tǒng)，推薦將電容相應增大。請不要隨意將鉭電容改為瓷片電容，在補償不當情況下會造成環(huán)路不穩(wěn)定。體積允許情況下可替換成相應或更大容值的電解電容。任何

34、情況下，選擇質(zhì)量較差的電容都會引起整個系統(tǒng)性能下降甚至無法正常工作，所以請慎重選擇電容。U1(PMOS) ,U2(NMOS)的選擇：對于U1(PMOS)和U2(NMOS)，因為他們工作在開關條件下，要考慮他們的導通電阻和寄生電容，導通電阻小，直流損耗??；寄生電容小，開關損耗?。蝗欢@兩個量恰恰是矛盾的，即導通電阻越小，往往寄生電容越大，因此要采取折中的辦法選取。針對1A 的系統(tǒng)推薦使用導通電阻約為50m 或更小，寄生電容小于600pF 的管子。請慎重選擇MOS，因為它會影響系統(tǒng)的性能和壽命。U3,U4(PMOS)的選擇：對于U3 和U4，因為他們工作在直流條件下，因此只需考慮導通電阻足夠小即可

35、，推薦使用導通電阻小于40m 的管子。電感L1 的選擇：對于1A 充電1A 升壓的系統(tǒng)，推薦使用4.7uH的電感，如果針對更大的電流，如1.5A 或2A，可以使用3.3uH 或2.2uH 的電感，注意最高頻率盡量控制不要超過1.5MHz。電感最好使用屏蔽電感，這樣會對布板和生產(chǎn)的要求降低。非屏蔽的電感會產(chǎn)生電磁場，電感繞線的方向會改變磁場的方向，干擾芯片的環(huán)路。如果一定要使用非屏蔽電感，需要SNS 和BAT 走線盡量遠離電感，同時保證電感繞線方向是一致的，如果無法保證，則電感兩個方向都要經(jīng)過一定的實驗和試產(chǎn)，以驗證板子的可靠性才可進行大批量生產(chǎn)。升壓帶載測試：因為芯片增加了兩級短路保護，所以對

36、升壓帶載測試時有一定要求：如果USB 接大電容負載（某些型號的負載儀電容非常大），有可能誤判短路保護，如果一定要用這種情況，可以在SYS 到USB+端串接一個5k左右電阻。用電壓源模擬電池時，各種型號電源的瞬態(tài)響應不同，電源線的阻抗也可能比較大，在升壓帶CC 或CR 負載或者帶載啟動時，也有可能出現(xiàn)短路保護的情況，帶CV 負載不會出現(xiàn)這種情況。實際應用時，由于接的是電池，CC 或CR 的情況會改善，CV 仍然不會有問題。一般便攜設備輸入電容都比較小，同時它們會檢測輸入電壓，如果輸入電壓不夠時不會充電，因此表現(xiàn)的是類似CV 的特性，所以實際移動電源成品給便攜設備充電時不會出現(xiàn)誤判短路的情況。如果

37、確實需要帶這種負載，可以接CTR改善帶載情況，推薦取值10nF，取100nF 帶載效果會更優(yōu)，但是短路保護效果會變差，建議謹慎使用，更大的取值強烈不推薦。第3章 系統(tǒng)電路硬件設計第3章 系統(tǒng)硬件電路設計本課題設計要求實現(xiàn)充電電路使用降壓方式，放電電路可使用升壓方式、裝置帶有電量、電池有防止過充、過放及輸出斷路保護等功能，如圖3.1為系統(tǒng)硬件框圖，其中，主要包括九個部分：市電到5V降壓電路、移動電源充電及過充、過放保護電路、移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路、系統(tǒng)供電管理電路、輸出斷路保護電路、電池電量檢測電路、控制器電路、輸出電壓檢測電路和電源電量顯示電路。圖3.1系統(tǒng)硬件框圖33.1 控制器

38、電路圖3.2就是控制器電路，其中復位按鍵是K1，XT1是32.768晶振，又叫表晶，32.768kHz比較容易分頻以便于產(chǎn)生1秒的時鐘頻率，提供脈沖給系統(tǒng)實時時鐘，系統(tǒng)主時鐘頻率則是8MHz，XT2即是8M晶振。復位電路是由開關K1、電阻R7、電容C1及二極管D2共同組成的，在這個時候控制器處于低電壓復位的一個狀態(tài)，當給單片機通入電時，也逐漸給電容供電，使復位引腳RST處保持低電壓的狀態(tài)，單片機復位口從1到0，達到單片機復位的功能。一旦RC電路中的C1充滿電，復位引腳則保持高電壓的狀態(tài)，當單片機已經(jīng)運作起來，這時候就表示復位成功了。當控制器正在運行的過程中，K1處于斷開時，電源供電電壓從C1、

39、R7處通過到地，所以復位引腳處處于高電壓狀態(tài)，控制器能夠正常運作，反之若按下K1，電源供電電壓變?yōu)?，控制器復位。 考慮到方便計時的因素，8MHz和32.768k為本次設計選用的晶振，晶體諧振電路由其與兩個起振電容C9、C11與C12、C13共同組成，同時也供應了一個穩(wěn)定的時鐘源給單片機。第4章 系統(tǒng)軟件設計圖3.2控制器電路3.2 市電到5V降壓電路如圖3.3為市電到5V降壓電路圖，對開關電源的檢測做到評價的標準應該是以安全性能、可依靠性為首要條件。當電氣技藝標準能夠達到能利用的需求下，帶著電源在壞的處境下和意外發(fā)生錯誤的情景下可以進行沒有危險，可以依賴的工作，因此要想出很多種電路保護的方法

40、，比方說：缺少壓力、熱量過高、電流過快、容易發(fā)生短路等電路的保護。但是電源過壓和欠壓會對開關電源產(chǎn)生傷害，大部分在零件因為無法接受壓力而導致超出超常利用范疇所以被傷害，因此電氣能力標準遭到損壞所以無法完成需求。我們必須對輸入電源的上處和下處進行限定，使用過壓、欠壓等方法來守護電路，借此提升電源的可依靠性能和安全性能。電路在充電過程中，當單體電池的電壓大于4.35V時，鋰電池立即暫停充電，這樣可以避免鋰電池因為過度充電而壞掉。在放電途中，當電池的電壓減小到2.30V時，鋰電池馬上暫停放電，這樣可以避免鋰電池因為過渡放電而壞掉，從而保護電路。圖3.3市電220V到5V降壓電路3.3 移動電源充電及

41、過充、過放保護電路如圖3.4表示，移動電源充電的時候以及過度充電、過度放電時候?qū)τ陔娐返谋Ｗo。在這電路中， TI的高能力單節(jié)鋰電池充電管理芯片BQ24010，它的基本運作方便。當BQ24010測試到有電池時，并且正對電池充電，電池電壓不大于4.2V時，發(fā)光二極管D8產(chǎn)生紅光，說明產(chǎn)品正在充電過程中；當BQ24010檢測到有電壓等于4.2V的時候，發(fā)光二極管D8不亮，發(fā)光二極管D9產(chǎn)生綠光，表示充電結束。圖3.4移動電源充電及過充、過放保護電路3.4 電池電量檢測電路如圖3.5是電池電量檢測電路。這當中，MOSFET使用SPP2341，它的開始電壓最少可以達到1.8V，而且導通電阻只有65m，封

42、裝為SOT-23，可以使用在低電壓裝置里，當控制器端口BAT_VCON端輸出處在低電平狀態(tài)時，三極管J9未導通，電阻R25兩側電壓是0，也就是表示MOS管柵極和源極間之間的電壓大約為0，MOSFET不會接通，控制器A/D模數(shù)轉換端口BAT_DET電壓大概為0；當控制器端口BAT_VCON端輸出處在高電平狀態(tài)時，三極管J9可以接通，電阻R25兩側電壓大約為2V，這時MOSFET開啟，控制器A/D模數(shù)交換接口BAT_DET電壓為電池電壓二分之一。圖3.5 電池電量檢測電路3.5 電源電量顯示電路如圖3.6為電源電量LED的顯示電路。當電量大于百分之九十五的時候，五個LED全部亮起；當電量在百分之八

43、十到百分之九十五時候，這當中的四個LED亮起；當電量為百分之六十到百分之八十的時候，當中的三個LED亮起；當電量為百分之四十到百分之六十的時候，當中兩個LED亮起；當電量為百分之二十到百分之四十的時候，當中的一個LED亮起；當電量為百分之二十以下時，沒有一個LED亮起。圖3.6電源電量LED顯示電路3.6 系統(tǒng)供電管理電路如圖3.7所示是一個系統(tǒng)供電管理電路。其中應用了TI公司的高配置編程管理芯片。當開關S1閉合的時候，也就是使用者開機的時候，電池會通過TPS79633給控制器提供電流，緊接著產(chǎn)品開始工作；當開關S1斷開的時候，就表示使用者要關機了，電池不能通過TPS79633給操控器提供電源

44、。圖3.7系統(tǒng)供電管理電路3.7 移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路如圖3.8所示它是一個電壓到5V才能夠輸出的升壓電路。在這當中，LM3478為TI的較高功能脈寬操控器芯片，低壓使用的時候，電壓的MOSFET（IRF7807）、10uH電感L1和快恢復二極管1N4148一起構成BOOST升壓電路。在這當中，電阻R20和電容C7決定了這條電路有100KHz的固定開關頻率；電阻R14和電阻R21一起組成分壓電路，把輸出5的消息告訴給脈寬操控器，這樣即使載重有變化，輸出也能不變；電阻R22把電流限制為2A，若負載電流超過2A，就表示輸出閉合，MOSFET不會接通，輸出從5V改變成0的時候，這樣，電

45、路就得到了保護，同時也減少了由于電流的原因造成的產(chǎn)品傷害。圖3.8移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路3.8 輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路如圖3.9所示為輸出電壓監(jiān)控和輸出電路用于對集成電路的守護，它的做工理論和電源電池電壓測控電路理論大致相同。在這里面，如果在控制器端口VOUT_CON端輸出為低電壓這種情況下，是沒有辦法接通三極管J2的，而且電阻R3兩側電壓也是0，也就是MOSFET的VGS大致是0，從而導致端口VOUT_DET電壓也基本是0；當控制器端口VOUT_VCON端輸出為高電壓的時候，三極管J2接通，電阻R3兩側電壓為2V，MOSFET啟動，控制器A/D模數(shù)轉換端口VOUT_DET

46、電壓為輸出電壓的二分之一。 當電源電池電壓檢測芯片檢測到電池電壓不會大于3.7時，控制器會發(fā)出一個關閉消息，這個消息是給輸出斷路的，就這樣進行對電池的保護；如果我們需要檢測輸出電壓的時候，控制器就會給出一個開始消息，這個消息是給輸出斷路的，然后我們就測出輸出信號的值。圖3.9輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路第4章 系統(tǒng)軟件設計44.1 程序結構分析本設計中軟件部分起到了非常重要的作用,設計的是否完美主要取決于軟件的設計。本設計的軟件需要完成的任務是： 分析問題：熟悉所需的具體問題，了解情況和要求的操作和控制，完成精確的程序所需的任務。 確定算法：根據(jù)設計要求和指揮系統(tǒng)的特點，選擇了解決問題的方法

47、。 設計程序流程圖：比較直觀地表現(xiàn)出了程序的設計思想。 分配內(nèi)存單元：確定程序和數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址。 編寫源程序：根據(jù)流程圖和指令系統(tǒng)編寫源程序。 調(diào)試源程序：首先生成目標文件，并消除錯誤的語法，然后在用戶板上調(diào)試，達到期望要求。4.2 主程序設計主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖主程序中，首先對系統(tǒng)進行初始化。初始化所完成的是對系統(tǒng)中所用到的資源的控制寄存器等賦初值（如相關I/O口方向進行初始化、定時器初始化、A/D模數(shù)轉換程序段初始化等）。4.3 A/D模數(shù)轉換程序段圖4.2 模數(shù)轉換A/D流程圖當?shù)刂窞?00時（ADC1為低位），模擬開關選通輸入通道IN0；地址為001時，

48、選通IN1；依次類推，地址為111時，模擬開關選通IN7。ALE為地址鎖存有效信號，外部時鐘CLK為A/D轉換器提供同步脈沖，最高工作頻率為640kHz。START信號用于啟動A/D轉換。EOC為轉換完成信號，啟動轉換后，EOC變?yōu)榈碗娖?，轉換完成后變?yōu)楦唠娖?，此信號可用作向單片機提出中斷申請，或者作為查詢信號。OE為三態(tài)緩沖器的輸出允許信號，高電平時，緩沖器從D0D7腳輸出轉換數(shù)據(jù)。其A/D模數(shù)轉換程序段部分如下：void ADC1_configuration(void)ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; ADC_DeInit(ADC1); ADC_Init

49、Structure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;/ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在獨立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;/模數(shù)轉換工作在單通道ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;/模數(shù)轉換工作在單次轉換模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;/轉換由軟件而不是外部觸發(fā)啟動ADC_InitStructure.ADC_DataAlig

50、n = ADC_DataAlign_Right;/ADC數(shù)據(jù)右對齊ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;/順序進行規(guī)則轉換的ADC通道的數(shù)目ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);/根據(jù)ADC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設ADCx的寄存器 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);/使能指定的ADC1/* Enable ADC1 reset calibaration register */ ADC_ResetCalibration(ADC1);/重置指定的ADC1的校準寄存器/* Check the

51、end of ADC1 reset calibration register */while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1);/獲取ADC1重置校準寄存器的狀態(tài),設置狀態(tài)則等待/* Start ADC1 calibaration */ADC_StartCalibration(ADC1);/開始指定ADC1的校準狀態(tài)/* Check the end of ADC1 calibration */while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1);/獲取指定ADC1的校準程序,設置狀態(tài)則等待/* Start ADC1 Software C

52、onversion */ /ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);/使能指定的ADC1的軟件轉換啟動功能/獲得ADC值/ch:通道值 03 uint16_t Get_Adc(uint8_t ch) /設置指定ADC的規(guī)則組通道，設置它們的轉化順序和采樣時間ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5 );/ADC1,ADC通道ch,規(guī)則采樣順序值為1,采樣時間為239.5周期 /* Start ADC1 Software Conversion */ ADC_SoftwareS

53、tartConvCmd(ADC1, ENABLE);/使能指定的ADC1的軟件轉換啟動功能 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC );/等待轉換結束return ADC_GetConversionValue(ADC1); /返回最近一次ADC1規(guī)則組的轉換結果4.4 定時器程序段圖4.3定時器A/D流程圖首先將數(shù)據(jù)線接在定時器3上，讀寫控制端也分別接在定時器的讀寫上，CLK接一個時鐘脈沖，GATE接到開關電源控制的繼電器上，OUT端接到定時器的中斷信號上，每一次減一都申請一次中斷。具體定時器程序段部分如下：void TIM3_Configura

54、tion(void)/* TIM3 clock enable */RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);/* -TIM3CLK 即PCLK1=36MHzTIM3CLK = 36 MHz, Prescaler = 7200, TIM3 counter clock = 5K,即改變一次為5K,周期就為10K- */* Time base configuration */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 5000; /設置在下一個更新事件裝入活動的自動重裝載寄存器周期的值計數(shù)到5000為500msTIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(7200-1); /設置用來作為TIMx時鐘頻率除數(shù)的預分頻值10Khz的計數(shù)頻率 TIM_T