開題報告智能充電器

1、石河子大學機械電氣工程學院畢業(yè)設(shè)計開題報告課題名稱：智能充電電源的設(shè)計學生姓名：張志偉學號：2008092623學院：機械電氣工程學院專業(yè)年級：08電氣（4）班指導(dǎo)教師：梁習卉子完成日期：二零一二年三月一、本課題來源及研究的目的和意義1、本課題研究的目的和意義目的：如今，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕 的電池充電器的需求也越來越大。 電池技術(shù)的持續(xù)進步也要求更復(fù)雜的充電算法以實 現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間、達 到最大的電池容量，并防止電池損壞。與此同時，對充電電池的性能和工作壽命的 要求也不斷地提高。從20世紀60年代的商用

2、鍥鎘和密封鉛酸電池到近幾年的鍥氫和 鋰離子技術(shù)，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。目前各種電器使用的充電 電池主要有鍥鎘電池（NiCd）、鍥氫電池（NiMH ）、鋰電池（Li-Ion）和密封鉛酸 電池（SLA）四種類型。電池充電是通過逆向化學反應(yīng)將能量存儲到化學系統(tǒng)里實現(xiàn)的。由于使用的化 學物質(zhì)的不同，電池有自己的特性。設(shè)計充電器時要仔細了解這些特性以防止過度充 電而損壞電。目前，市場上賣得最多的是旅行充電器，但是嚴格從充電電路上分析，只有很少部分 充電器才能真正意義上被稱為智能充電器，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)， 對高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來越大。電池技術(shù)的持續(xù)進

3、步也要求 更復(fù)雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全地充電，因此，需要對充電過程進行更精確地監(jiān) 控（例如對充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(jiān)控 ），以縮短充電時間，達到最大的 電池容量，并防止電池損壞。意義：在大學的最后一個學期，學校為我們安排了為期一學期的畢業(yè)設(shè)計，對 于一個即將走出校園的畢業(yè)生而言可謂意義重大。作為一個工科院校的大學生，在大 學的幾年學習中除了扎實的理論學習外，一定的自己動手設(shè)計能力更是必不可少的， 它可以較全面直觀的反映一個應(yīng)屆畢業(yè)生的能力。 我們在將來的工作中絕大部分都將 是社會上各行各業(yè)里的技術(shù)人員，這要求我們必須具備一個21世紀大學生，特別是對學以致用更為要求的工科學生所應(yīng)有

4、的理論與動手能力。這學期，學校為我們安排的為期一學期的畢業(yè)設(shè)計將切實的考驗和提高我們的理論和聯(lián)系實際的能力，為我們做了一個工作前的大演練，我們也應(yīng)該充分的利用好這次機會， 把這次畢業(yè)設(shè)計做到 自己老師都滿意二、本課題所涉及的問題在國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析第一節(jié) 充電器概念及用途和在中國的發(fā)展前景充電器，英文名稱Charger通常指的是一種為蓄電裝置提供能量的設(shè)備。充電器在各個領(lǐng)域用途廣泛，特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于手機、相機等等常見電器。充電器是采用電力電子半導(dǎo)體器件， 將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的 一種靜止變流裝置。在以蓄電池為工作電源或備用電源的用電場合，充電器具有廣泛 的應(yīng)用前景

5、。充電器有很多，如鉛酸蓄電池充電器、閥控密封鉛酸蓄電池的測試與監(jiān)測、鎘鍥電池 充電器、鍥氫電池充電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設(shè)備鋰離子電池充電器、 鋰離子電池保護電路多功能充電器、電動車蓄電池充電器、車充等。充電器是一種將高壓交流電轉(zhuǎn)化為低壓直流電的設(shè)備。充電器的用途十分廣泛，許多數(shù)碼產(chǎn)品如手機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、筆記本電腦、 MP3 MP描都配有充電器， 除了數(shù)碼產(chǎn)品以外，在我國普遍使用的電動自行車也配有充電器。根據(jù)調(diào)查研究，在 我國的充電器市場上手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦、電動自行車這四種產(chǎn)品的充電器 已經(jīng)占據(jù)了整個充電器市場份額的 90%Z上。最近幾年，伴隨著手機、筆記本電腦、

6、數(shù)碼相機等電子產(chǎn)品在我國市場的熱銷，我國 充電器行業(yè)得到了迅速的發(fā)展。在整個充電器市場中，不同產(chǎn)品的充電器占據(jù)不同的份額。就中國而言，在整個充電 器市場中，手機充電器所占份額居第一位，占據(jù)了絕大部分的充電器市場的份額；排 第二位的是筆記本電腦充電器；數(shù)碼相機充電器所占份額排在第三位；電動自行車充 電器排第四位。這四種產(chǎn)品的充電器占據(jù)了整個充電器市場的94%剩下的為其它產(chǎn)品充電器所占的份額。我國手機充電技術(shù)主要分布在如下領(lǐng)域：第一，太陽能充電器。例如，200420040002. 5號文獻涉及一種折疊式太陽能手機電 池充電器。03202640. 4號文獻涉及一種智能型太陽能交流兩用手機充電器，包括

7、太 陽能硅光電池、220V電子穩(wěn)壓開關(guān)電路、電池組CD、連接手機電池的輸出插孔等。 02115872. X號文獻涉及一種增光式太陽能萬用充電器及電源。該充電器能增光和吸 收一切光能和太陽能，轉(zhuǎn)換的電能可增加手機通話量2至5倍。200520077970 8號文獻涉及一種與手機一體的太陽能充電器。把太陽能電池板置于陽光下就能隨時對手機電池進行充電，突破了使用交流電源或者汽車電瓶給手機電池充電的局限。第二，手動充電器。例如，02230050. 3號文獻涉及一種掌上型手動移動電話充電器， 它用手動壓桿的一端連接齒條，壓桿另一端連接復(fù)位彈簧，齒條連接齒輪機構(gòu)，齒輪機構(gòu)連接電機。充電器通過一對棘爪換向組件

8、使電機被連續(xù)帶動而供給3.6V至7.2V電壓的直流電。98249600. 1號文獻涉及一種移動電話的自充電裝置，可采用外接充 電器方式充電，也可通過發(fā)條式微型發(fā)電機給電池充電。200420053036 8號文獻涉及一種萬能充電器，包括手動充電裝置，可在任何場所對手機充電。第三，車動充電器。例如，200510060811 1號文獻涉及一種依靠自行車車輪轉(zhuǎn)動力 發(fā)電對小型充電電池進行充電的方法。它在自行車車架的前叉上設(shè)置微型發(fā)電機，在 車架把手上設(shè)置直流電池充電器。人們在騎車行駛時，車輪的轉(zhuǎn)動帶動微型發(fā)電機發(fā) 電，提供給為充電電池使用。第四，無線充電器。例如，200420006628. 4號文獻涉

9、及一種無線充電裝置，它設(shè)有 充電感應(yīng)器和接收感應(yīng)器，充電感應(yīng)器由充電感應(yīng)線圈和電源電路構(gòu)成，接收感應(yīng)器 由接收感應(yīng)線圈和充電電路構(gòu)成。 它能實現(xiàn)手機、電腦的無線充電。200620013146. 0 號文獻涉及一種非接觸式充電器，它利用電磁耦合方式實現(xiàn)電能傳輸，不需要任何機 械金屬點的連接。01270829. 1號文獻涉及一種無接觸式充電器裝置。第五，折疊充電器。例如，200620028238. 6號文獻涉及一種折疊型手機充電器，具 中，電源盒由電池組、帶有發(fā)光二極管的功能電路、殼體及其外層的連接膜組成，電 池組與功能電路相連。97215725. 5號文獻涉及一種折疊式無線電話電池充電器，它 的

10、外殼里有變壓電路、充電電路，外殼上有內(nèi)藏式電源插頭。外殼由主殼和副殼組成， 主殼與副殼連接在一起，形成無線電話電池插座。充電器折疊后，所有電源插頭和觸 頭均為內(nèi)藏。第六，干電池充電器。例如，01232765. 4號文獻涉及一種移動電話應(yīng)急充電器，它 可用普通干電池給移動電話充電。它包括電池盒、電池盒蓋、卡簧、卡簧盒、卡簧按 鍵和充電插頭，電池盒、卡簧盒和充電插頭為一體結(jié)構(gòu)，組成充電器的本體，電池盒 內(nèi)設(shè)有平行排列的三個電池艙；卡簧盒內(nèi)設(shè)有兩個卡簧，卡簧盒的上蓋設(shè)有一個卡簧 按鍵，卡簧按鍵的下端與上述兩個卡簧接觸。200420047899. 4號文獻涉及一種移動 電話簡易充電器，它可把其他電池組

11、裝到充電器的導(dǎo)電側(cè)進行充電。第七，重力充電器。例如，200520043512. 2號文獻涉及一種人體行走重力發(fā)電手機 充電器。它把人體行走的重力能轉(zhuǎn)化成機械能，再由機械能轉(zhuǎn)化成電能并給手機充電。 它包括鞋后跟鎖接機構(gòu)、踩頂桿機構(gòu)、儲存機械能機構(gòu)、超微型磁鋼式交流發(fā)電機、 變壓整流穩(wěn)壓電路等。踩頂桿機構(gòu)中還裝有卸荷壓簧保險機構(gòu)等。第八，照明充電器。例如，200520073858. 7號文獻涉及一種照明式車載充電器。 200520073860. 4號文獻涉及一種照明式手機充電器，包括內(nèi)裝電池的充電器本體， 充電器本體上設(shè)有連接器公座，連接器公座可與手機連接并對手機充電。充電器本體 上還設(shè)有蓋體，蓋

12、體內(nèi)設(shè)有與連接器公座插接的連接器母座，連接器母座連接PCB基板，PCB基板連接LED燈。03261101. 3號文獻涉及一種具有照明功能的手機用車 輛充電器以及照明裝置。第九，應(yīng)急充電器。例如，03219653. 9號文獻涉及一種自充便攜式無線手機應(yīng)急充 電器。它包括接交流電源的插頭、接手機的充電接口、微型電池等。插頭通過整流、 變壓電路接電池，構(gòu)成充電電路，電池兩端引接到充電接口構(gòu)成放電電路。手機缺電 時，將應(yīng)急充電器的充電接口與手機插接，即可隨時隨地通過放電電路對手機電池充 電。第十，智能充電器。例如，200310102248. 0號文獻涉及一種智能移動電源，包括智 能電池組、智能充電器、

13、輸出調(diào)節(jié)器等。智能充電器包括充電管理器、交流適配器、 電量顯示器；輸出調(diào)節(jié)器包括控制器、液晶顯示器、輸出調(diào)節(jié)按鈕、功率輸出單元、 控制信息存儲單元；智能電池組包括鋰電池管理器、鋰電池保護器、電池信息存儲單 元、充電電量顯示器、電池組接口。它適合筆記本電腦、DVD播放機、移動電話、數(shù)碼相機、PDA以及其他便攜式電子設(shè)備使用。95229383. 8號文獻涉及一種智能多 功能快速充電器。此外，200620117159 2號文獻涉及一種智能手機充電器，它在手機充電器線路板電 源輸入端和插頭之間串連一個開關(guān)和一個時間繼電器，在手機充電器線路板另一個電源輸入端與另一個電源插頭通過導(dǎo)線相連接，在手機充電器線

14、路板的兩個電源輸入端和兩個電源插頭連接處，并聯(lián)一個指示燈，手機充電器線路板電源輸出端通過導(dǎo)線和 手機充電接線插口相連接。第H一，直流充電器。例如，200620088967. 0號文獻涉及一種包括變壓電路的直流 充電器。00236490. 5號文獻涉及一種移動電話直流電源連接器，包括絕緣膠心、內(nèi) 端子及外套管；絕緣膠心上具有側(cè)邊設(shè)有通至絕緣膠心底端的T形槽的矩形插桿；外套管為呈矩形斷面的金屬管體；內(nèi)端子插裝在絕緣膠心的T形槽內(nèi)，其外端顯露在絕 緣膠心短形插桿的前端側(cè)邊；外套管系套裝在矩形插桿外。第十二，內(nèi)置式充電器。例如，200520028985. 5號文獻涉及一種自帶充電功能的手 機，它的內(nèi)部

15、安裝了一個微型充電器，在需要時可按動按鈕，將充電器彈出進行充電。 03218757. 2號文獻涉及一種手機直接充電技術(shù)。其中，手機機殼外的上端設(shè)有天線，機殼外的前側(cè)面上設(shè)有顯示屏，顯示屏的下面設(shè)有按鍵，機殼內(nèi)設(shè)有機芯、電池，機 殼內(nèi)還設(shè)有充電器，充電器通過導(dǎo)線與電池相連，機殼上設(shè)有電極板，電極板通過導(dǎo) 線與充電器相連，機殼的側(cè)面設(shè)有一端與電極板相聯(lián)、另一端與滑動開關(guān)相聯(lián)的連動 機構(gòu)。第十三，戶外供電技術(shù)。例如，03273486. 7號文獻涉及一種組合移動電源的戶外供 電技術(shù)及其充電器。它包括能提供直流電源的移動供電器、 與負載相適配的輸出插頭， 供電器輸出端與兼容穩(wěn)壓系統(tǒng)的輸入端相連，兼容穩(wěn)壓

16、系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)輸出功率，并 設(shè)有兩個輸出端，第一輸出端的輸出電壓與手機的工作電壓相匹配，第二輸出端的輸 出電壓與手提電腦的工作電壓相匹配。常備可充電電源經(jīng)選擇開關(guān)的接線端與移動供電器的輸出端并接，它的另一個接線端與兼容穩(wěn)壓系統(tǒng)的第二輸出端相連。第十四，數(shù)據(jù)線或者存儲器式充電器。例如， 200520067752. 6號文獻涉及一種集成 數(shù)據(jù)傳輸功能的手機充電器。200420060248. 9號文獻涉及一種與充電器合為一體的 手機信息備份存儲器。01803086. 6號文獻涉及一種通訊裝置控制設(shè)備和方法。其手 機裝置帶有從物理數(shù)據(jù)載體讀取數(shù)據(jù)的讀取器。物理數(shù)據(jù)載體置入手機附件，如充電 器中。200

17、510037381. 1號文獻涉及一種在手機充電器內(nèi)備份手機內(nèi)信息的方法和裝 置，包括電源轉(zhuǎn)換模塊、充電管理模塊、控制模塊、與手機的數(shù)據(jù)接口相適配的手機 接口、半導(dǎo)體存儲介質(zhì)模塊等。充電管理模塊控制著電源轉(zhuǎn)換模塊流入正在充電手機 內(nèi)的電流大小；控制模塊經(jīng)手機接口讀取手機中所存儲的信息并寫入半導(dǎo)體存儲介質(zhì) 模塊。常見充電電池特性及其充電方式電池充電是通過逆向化學反應(yīng)將能量存儲到化學系統(tǒng)里實現(xiàn)的，由于使用的化學 物質(zhì)的不同，電池的特性也不同，其充電的方式也不大一樣。電池的安全充電 現(xiàn)代的快速充電器(即電池可以在小于3個小時的時間里充 滿電，通常是一個小時)需要能夠?qū)卧妷?、充電電流和電池溫度進行

18、精確地測量， 在充滿電的同時避免由于過充電造成的損壞。充電方法 SLA電池和鋰電池的充電方法為恒定電壓法要限流；NiCd電池和NiMH電池的充電方法為恒定電流法，且具有幾個不同的停止充電的判斷方法。最大充電電流 最大充電電流與電池容量(C)有關(guān)。最大充電電流往往以電池容 量的數(shù)值來表示。例如，電池的容量為 750 mAh,充電電流為750 mA,則充電電流為 1C (1倍的電池容量)。若涓流充電時電流為C/40,則充電電流即為電池容量除以40。過熱電池充電是將電能傳輸?shù)诫姵氐倪^程。能量以化學反應(yīng)的方式保存了下來。但不是所有的電能都轉(zhuǎn)化為了電池中的化學能。一些電能轉(zhuǎn)化成了熱能，對電池 起了加熱的

19、作用。當電池充滿后，若繼續(xù)充電，則所有的電能都將轉(zhuǎn)化為電池的熱能。 在快速充電時這將使電池快速升溫，若不及時停止充電就會造成電池的損壞。因此， 在設(shè)計電池充電器時，對溫度進行監(jiān)控并及時停止充電是非常重要的?，F(xiàn)代消費類電器主要使用如下四種電池：?密封鉛酸電池(SLA)?鍥鎘電池(NiCd)?鍥氫電池(NiMH)?鋰電池(Li-Ion)在正確選擇電池和充電算法時需要了解這些電池的背景知識。密封鉛酸電池(SLA)密封鉛酸電池主要用于成本比空間和重量更重要的場合，如UPS口報警系統(tǒng)的備份電池。SLA電池以恒定電壓進行充電，輔以電流限制以避免在 充電過程的初期電池過熱。只要電池單元電壓不超過生產(chǎn)商的規(guī)定

20、(典型值為2.2V), SLA電池可以無限制地充電。鍥鎘電池(NiCd) NiCd電池目前使用得很普遍。它的優(yōu)點是相對便宜，易于使用； 缺點是自放電率比較高。典型的NiCd電池可以充電1000次。失效機理主要是極性反 轉(zhuǎn)。在電池包里第一個被完全放電的單元會發(fā)生反轉(zhuǎn)。為了防止損壞電池包，需要不 間斷地監(jiān)控電壓。一旦單元電壓下降到1.0V就必須停機。NiCd電池以恒定電流的方 式進行充電。鍥氫電池(NiMH)在輕重量的手持設(shè)備中如手機、手持攝象機，等等鍥氫電池是 使用最廣的。這種電池的容量比NiCd的大。由于過充電會造成NiMH電池的失效，在 充電過程中進行精確地測量以在合適的時間停止是非常重要的

21、。和NiCd電池一樣，極性反轉(zhuǎn)時電池也會損壞。NiMH電池的自放電率大概為20%/月。和NiCd電池一樣， NiMH電池也為恒定電流充電。鋰電池(Li-Ion)和本文中所述的其他電池相比， 鋰電池具有最高的能量/重量比和能量/體積比。鋰電池以恒定電壓進行充電，同時要有電流限制以避免在充電過 程的初期電池過熱。當充電電流下降到生產(chǎn)商設(shè)定的最小電流時就要停止充電。過充 電將造成電池損壞，甚至爆炸。三、對課題提由的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析1、對課題提出的任務(wù)要求智能充電器的設(shè)計包括硬件和軟件兩大部分，本人的主要任務(wù)是完成充電器設(shè)計 的LCD顯示部分，其主要涉及的知識包括：(1)自學AVR單

22、片機的相關(guān)內(nèi)容。(2)設(shè)計電源電路。手工焊接和ICCAVR編譯器的應(yīng)用。(4)這次設(shè)計要解決的關(guān)鍵問題是如何用 Atmega16L芯片控制LCD模塊及用C語言 編制相應(yīng)的顯示程序.隨著單片機的開發(fā)應(yīng)用，具相應(yīng)的匯編編程和所暴露的問 題也越來越多，逐漸引入了高級語言，C語言就是其中的一種。在大一時就曾接觸過C語言，由于時間較短，重視程度不夠，后來又一直沒用過，只能對它有一 個大概的了解。而對于AVR單片機的相關(guān)知識和液晶顯示模塊的使用，則完全是 一片空白。這次畢業(yè)設(shè)計，就不得不花大量的時間在這些基礎(chǔ)知識的學習上。2、實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析1)技術(shù)可行性本課題所涉及的研究目標，在國內(nèi)外已經(jīng)有成熟

23、的理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。對于單 片機所涉及到的技術(shù)問題進行細致的分析，絕大部分使用計算機與所學專業(yè)知識進行 構(gòu)建，其他的部分則可以通過自學，老師的指導(dǎo)來完成。2)操作可行性本課題要求對于單片機有比較細致的了解， 能夠通過對所查文獻和專業(yè)知識的自 主研究與學習。利用實驗室提供的現(xiàn)有儀器和設(shè)備來搭建，從可操作性的角度來講，外部電源Q桂粹換裝置o 電流控制y智能單元 TP*電壓控制4LCD顯禁裝置 電11溫度控制 © 三池時間控制完全可行。四、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題1、重點研究的、關(guān)鍵的問題(1)'用單片機的相關(guān)內(nèi)容，設(shè)計電源電路，設(shè)計液晶現(xiàn)示控制電路。用圖形方式顯示 充電

24、器電壓，電流等參數(shù)。五、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法1、完成本課題所必須的工作條件(1)計算機一臺，單機單用，保證程序的安全有效。(2) Visual Basic 編程軟件(3)相關(guān)的書籍和學習資料(4)能夠保證一天不少于6個小時的工作環(huán)境2、解決的辦法(1)使用電子實驗室個人計算機一臺。(2)通過個人購買，網(wǎng)絡(luò)搜索，和大學圖書館和學院資料室借閱解決。(3)電子實驗室的開放時間足以保證時間要求。(如工具書、實驗設(shè)備或?qū)嶒灜h(huán)境條件、某類市場調(diào)研、計算機輔助設(shè)計條件等等)六、完成本課題的工作方案及進度計劃1、完成本課題的工作方案為完成本課題的基本任務(wù)要求，擬定工作方案如下：(1)確定畢業(yè)設(shè)計題目之后，首先從個人圖書、學院資料室、大學圖書館，因 特網(wǎng)上搜集相關(guān)的文獻和技術(shù)文檔，以及可能涉及到的軟件程序，搜集開發(fā)平臺所需 要的插件，幫助文檔等。(2)閱讀搜集到的文檔，熟悉課題所涉及到的知識和開發(fā)工具。查漏補缺，繼 續(xù)完善文獻和技術(shù)文檔。(3)對于課題進行功能分解，抽取其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，劃定功能模塊。(4)嘗試編寫功能模塊，堅持完成一塊，調(diào)試一塊，解決一塊的原則。(5)進行系統(tǒng)調(diào)試，安裝和部署項目。(6)在各階段中，做好相關(guān)的文檔；在調(diào)試結(jié)束后進行文檔的整理與匯總，完 成畢業(yè)設(shè)計文檔的撰寫，并做好演示課件，準備畢業(yè)答辯。2、完成本課題的進度計劃