论文智能稳压充电器的设计毕业论文

摘 要在本次设计中，使用效率高并且常用的元器件，采用简洁、稳定的程序。本次设计会非常仔细地分析智能充电器的结构组成，并对其使用的元器件进行详细的介绍，其中着重介绍了充电器的核心元器件单片机 AT89C51 和充电芯片MAX1898。其中硬件设计电路方面，主要包括电压转换电路、充电控制电路、单片机电路。在软件设计中，以 C 语言作为编程开发语言，并进行了详细的设计，保证了硬件设计的所需功能的同时，也实现了系统的稳定性，可靠性、安全性。该充电器的功能方面，显示电池充电的实时进度，实时显示输出电压；自动切换充电模式以满足充电电池的充电需要；充电器短路保护功能。使电池防受损能力大大增强，提高了电池的可使用时间。关键词：智能充电器；单片机；AT89C51；MAX1898；C 语言ABSTRACTIn this design, high efficiency and the use of common components, the use of simple, stable program. This design will be very carefully analyzed the structure of the composition of the smart charger, and a detailed description of its use of components, which focuses on the core components of the charger - charging chip microcontroller AT89C51 and MAX1898. The hardware circuit design aspects, including the voltage conversion circuit, the charge control circuit, microcontroller circuits. In software design, the C programming language as a development language, and a detailed design to ensure that the required functionality of the hardware design, but also to achieve system stability, reliability, security.Functional aspects of the charger, battery charge display real progress, real-time display the output voltage; charging mode automatically switches to meet needs charging rechargeable batteries; charger short circuit protection. Anti-damaged battery capacity greatly enhanced, improved battery usable time.Keywords: Intelligent charger; SCM; AT89C51; MAX1898; C language1目 录1 绪论 .41.1 课题研究的意义 .41.2 充电器发展状况 .61.3 课题研究主要内容及组织结构 .72 电池的充电方法与充电控制技术 .92.1 电池的充电方法 .92.2 单片机控制的充电器的优点 .102.3 电池的充电控制技术 .102.3.1 锂电子电池简介 .102.3.2 快速充电器介绍 .112.3.3 快速充电终止控制方法 .113 智能稳压充电器的硬件设计 .143.1 系统框图 .143.2 单片机控制模块 .143.3 充电控制模块 .183.3.1MAX1898 的特性 .183.3.2MAX1898 充电工作原理 .193.4 充电电压转换模块 .213.5 液晶显示模块 .233.6 蜂鸣报警模块 .244 智能稳压充电器的软件设计 .254.1 程序功能以及主要变量说明 .254.2 程序流程图 .265 安装调试 .28结论 .31致谢 .32参考文献 .332附录 1 电路原理图 .34附录 2 PCB 图 .35附录 3 主要源程序 .3611 绪论1.1 课题研究的意义随着电子科技的不断发展，各种新型便携式电子产品涌现加快，而电池作为电子产品不可或缺的一部分，使得电池的续航时间大大增长，而运用到电池的地方越来越多，导致可充电电池的需求量也与日俱增，同时对充电器的要求也变得以低成本，低功耗，易携带，高充电率、体积小、而且安全实用为主要指标。智能充电器是依靠先进的单片机控制技术所制造出来的充电器，它充斥着我们的生活。对充电器进行设计，可以更加清楚的知道充电器的制作流程，提高我们对电子产品的设计能力，增强了我们的实际动手操作能力。让我们能够拥有更加严谨的设计思维、更好的搜集、整合相关的先进信息、了解前沿的科技和生产技术、充分把我们学过的各种知识，应用在设计思路，模型的建立、以及实物的制作中。本课题设计一种以单片机控制为核心的智能稳压充电器。单片机普遍应用于充电器领域，并与锂电池有着良好的兼容性。我们可以依靠单片机的控制、处理能力来完成实现充电器智能化。从专业的角度来说，智能充电器必须有单片机参与其中的充电过程。电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。二次电池是可多次反复使用的电池，它又称为可充电池或蓄电池。当对二次电池充电时，电能转变为化学能，实现向电池供电，伴随吸热过程。对于二次电池，其性能参数很多，主要有以下 4 个指标：工作电压：电池放电曲线上的平台电压。电池容量：常用单位为安时(Ah)和毫安时(mAh)。工作温区：电池正常放电的温度范围。电池正常工作的充、放电次数。二次电池的性能可由电池特性曲线表示，这些特性曲线包括充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线等。二次电池的安全性可用特性的安全检测方式进行评估。二次电池能够反复使用，符合经济使用原则。对于市场上二次电池的种类，大致分为：铅酸(LA) 电池、镍镉(Ni-Cd) 电池、镍氢 (Ni-MH)电池和锂离子(Liion) 电池。 1.二次电池的性能比较铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较见表 1-1。2表 1-1 主流电池属性电池类型 工作电压(V)重量比能量(Wh/kg)体积比能量(Wh/L)循环次数 记忆效应 自放电率(%/月)铅酸电池 2.0 400600 无 3镍镉电池 1.2 50 150 400500 有 1530镍氢电池 1.2 6080 240300 500 无 2535锂离子电池3.6 120140 300 1000 无 25(1)重量方面以每一个单元电池的电压来看，镍氢电池与镍镉电池都是 1.2V，而锂离子电池为3.6V，锂离子电池的电压是镍氢、镍镉电池的 3 倍。并且，同型电池的重量锂离子电池与镉镍电池几乎相等，而镍氢电池却比较重。但锂离子电池因端电压为 3.6V，在输出同电池的情况下，单个电池组合时数目可减少 2/3 从而使成型后的电池组重量和体积都减小。(2)记忆效应镍氢电池与镍镉电池不同，它没有记忆效应。对于镍镉电池来说，定期的放电管理是必需的。这种定期放电管理属于模糊状态下的被动管理，甚至是在镍镉电池荷电量不确切的情况下进行放电(每次放电或者使用几次后进行放电都因生产厂的不同有所差异)，这种烦琐的放电管理在使用镍镉电池时是无法避免的。相对而言，锂离子电池没有记忆效应，在使用时非常方便，完全不用考虑二次电池残余电压的多少，可直接进行充电，充电时间自然可以缩短。记忆效应一般认为是长期不正确的充电导致的，它可以使电池早衰，使电池无法进行有效的充电，出现一充就满、一放就完的现象。防止电池出现记忆效应的方法是，严格遵循“充足放光”的原则，即在充电前最好将电池内残余的电量放光，充电时要一次充足。通常镍镉电池容易出现记忆效应，所以充电时要特别注意；镍氢电池理论上没有记忆效应，但使用中最好也遵循“充足放光”的原则，这也就是很多充电器提供放电附加功能的原因。对于由于记忆效应而引起容量下降的电池，可以通过一次充足再一次性放光的方法反复数次，大部分电池都可以得到修复。3(3)自放电率镍镉电池为 15%30% 月，镍氢电池为 25%35%月，锂离子电池为 2%5%。镍氢电池的自放电率最大，而锂离子电池的自放电率最小。(4)充电方式锂离子电池已易受到过充电、深放电以及短路的损害。单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。充电速率(蓄电池的充电电流通常用充电速率 C 表示，C 为蓄电池的额定容量，例如用 2A 的电流对 1Ah 电池充电，充电速率就是 2C；同样地，用 2A 电流对500mAh 电池充电，充电速率就是 4C)通常不超过 1C，最低放电电压为 2.73.0V，如再继续放电，则会损害电池。锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。采用 1C 充电速率充电至 4.1V 时，充电器应立即转入恒压充电，充电电流逐渐减小；当电池充足电后，进入涓流充电过程。为避免过充电或过放电，锂离子电池不仅在内部设有安全机构，充电器也必须采取安全保护措施，以监测锂离子电池的充放电状态。3.课题研究的意义本课题研究的对象主要是锂离子电池的充电原理和充电控制。锂离子电池的充电设备需要解决的问题有:(1)能进行充电前处理，包括电池充电状态鉴定、预处理。(2)解决充电时间长、充电效率低的问题。(3)改善充电控制不合理，而造成过充、欠充等问题，提高电池的使用性能和使用寿命。(4) 通过加强单片机的控制，简化外围电路的复杂性，同时增加自动化管理设置，减轻充电过程的劳动强度和劳动时间，从而使充电器具有更高的可靠性、更大的灵活性，且成本低。本课题研究的意义在于：(1)充分研究锂离子电池的充放电特性，寻找有效的充电及电池管理途径。(2)使充电设备具有完善的自诊断功能和适时处理功能。(3)实现充电器具备强大的功能扩展性，以便为该充电器的后续功能升级提供平台。1.2 充电器发展状况充电器的发展经历了三个阶段：41.限流限压式充电器：这是充电器发展史的第一个阶段，这种充电器起初的充电方法是限压式充电，后来演变成限流限压式充电，充电器以使用时间长短为衡量基准，一般是 810 年左右，与充电次数的多少无关，浅充浅放。2.恒流/限压式充电器：充电器发展史的第二个阶段，这种充电方式在充电器发展历程中运用了大概 50 年的时间，其工作原理是用恒定电流充电到预定好的电压值，然后剩下的部分用恒定电压完成，两个阶段切换的电压就是第一阶段的最终电压，也就是第二阶段的恒定电压 1。这种充电器的缺点是效率不高，对电池的保护不够，极易降低电池保护寿命。3.自适应智能充电器：充电器发展史的第三个阶段，随着科技发展，先进的工艺制造，更高端集成化电路也与充电器结合起来，使得充电器的设计越来越体积小，智能化。充电器设计进入全新的阶段，这就是第三代充电器。这种充电器遵循各种电池的工作原理，由单片机进行控制通过转换各种充电模式对电池进行充放电，并且有温度保护功能，不需要人工参与，减少失误，有效的保护了电池，延长了使用寿命。1.3 课题研究主要内容及组织结构本课题要求设计一种智能稳压的充电器，掌握相关的充电控制技术，本设计的充电器能够快速冲电，充满自动断电，非正常工作蜂鸣报警提示、液晶屏显示充电进度、充电电压以及监控充电温度。充电器采用智能化，能够更好的对电池的快速充电过程进行保护，并且能有效的提高电池的充电时间，同时大大提高电池的利用效率。本设计将对智能稳压充电器进行硬件的设计与软件的设计，其中包括了设计单片机控制模块、充电芯片模块、外部显示模块等等。绪论。详细介绍了课题研究的意义，对于分析充电器的发展情况，以及未来的流行趋势，同时也介绍了设计的主要内容、主要工作，为论文的设计的奠定了基础。电池的充电方法与充电控制技术。本章描述了几种电池充电方法的优缺点，介绍了由单片机控制充电过程的充电器的优点，以及电池终止充电的几种控制方法，有效保证电池在充电控制过程中不过充。系统硬件设计。设计系统框图及原理图，各个电路模块及介绍所用到的元器件。系统软件设计。对单片机程序进行 C 语言编程以实现充电器的各个模块功能。安装测试。通过对制作出来的实物进行上电测试，展示测试结果。5结论。总结了本次课题设计的完成情况以及还有哪些做得不足的地方，并提出如何加以改进优化的设想。62 电池的充电方法与充电控制技术2.1 电池的充电方法1.恒流充电（1）恒流充电采用恒流充电，电池的充电效率很高，同时可以改变充电电池的节数，充电终止由时间控制，但因为外部电源输入不稳定，必须外接一个直流恒流源，但直流恒流源造价偏高，性价比不高，所以准恒流充电相应而生。（2）准恒流充电准恒流充电，意思是在直流输入电源与电池之间连接一个可变的电阻，经过调节可变电阻的阻值来保证电源稳定的输入，由于此种充电方式电路设计简单，性价比高于恒流充电，所以被广泛使用。2.恒压充电在这种充电方式下。充电电流由两端的电压所决定的，充电初期所需要的电流较大，后期需要的电流较小，充电电流一般选用电压最大时，效率最高。另外，充电最后阶段电压达到最大值后会有小幅的降低，而电流却持续增大，这样会很损