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温差发电的绿色车载装置赵敏 谭春良 肖春梅 （电子信息工程学院 2008级）(该作品发表于) 指导老师 谢虹摘 要 从能源再利用的角度出发，设计了一款基于AT89S52单片机和半导体温差发电模块的能源再利用型车载装置。它能利用汽车热源（如发动机）与外界温差发电，并通过PWM控制充电过程，保持424mA的充电电流，实现了锂电池充电的智能控制（预充、快充、满充、断电、报警、显示），使热能转换为锂电池电能。关键词 温差发电 能源再利用 AT89S52 MAX1898 智能充电 锂离子电池简 介 温差发电（Temperature difference power）是利用两种连接起来的导电体或者半导体的赛贝克效应（Seebeck Effect），将热能转换成电能的一种技术。由两种不同类型的半导体构成的回路，当装置的一端处于高温状态，另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势，因此具有发展再生能源的巨大潜力。我国的能源问题日益突出，公交车作为城市主要交通运输工具，发动机散热量较多，在再生能源开发方面是一个很好的资源。通过对温差发电电路和智能充电电路的分析与设计为今后开展此项目的研究设计奠定了工作基础，同时它的设计符合我国绿色发展和低碳经济的主旋律，具有良好的市场前景。1 系统硬件设计系统硬件主要由温差发电系统和智能充电系统两大部分构成，包括升压稳压电路、智能充电控制、温度检测、报警电路等功能模块，其中温度检测、报警电路、模块比较简单，主要设计了升压稳压电路及智能充电控制模块。1.1 系统整体结构设计温差发电的绿色车载装置主要功能是利用两片温差发电模块将公交车发动机与外界温差转换为输出5.6V的开路电压，经升压稳压后稳定输出12V，并采用脉宽调制（PWM）技术，由AT89S52单片机和充电芯片MAX1898共同控制锂电池的智能充电过程。外接电容CCT设置充电时间Tchg,外接电阻RSET设置最大充电电流Ifastchg。 图1 系统整体结构图1.2 温差发电系统半导体温差发电模块是一种利用温差直接将热能转化为电能的全固态能量转化发电装置，它无需化学反应且无机械移动部分，因而无噪音、无污染、无磨损、重量轻、使用寿命长等种种优点。1.2.1 开路电压与温差关系我们测得单片半导体温差发电模块与环境温差的关系见图2。由图2可看到温差变化改变1，相应的产生0.03V的开路电压。图2 半导体温差发电模块与环境温差的关系 图3 开路电压U与温差T之间的关系1.2.2 升压稳压电路在车载装置中，只有稳定的输出电压才能保证充电过程正常进行，因此温差发电系统的升压稳压电路显得格外重要。我们通过对MC34063芯片应用研究，设计了一种实用的升压稳压电源电路。 如图4，外接电容C4用于设定电源振荡频率，电容量可根据芯片振荡频率与电容特性曲线选择。当场效应管V1截止时，次级整流二极管VD2导通，次级电流ip给电容C3充电，电容C3充电电压与充电流关系为：Uc3=1/C4=12v。1.3 智能充电系统本设计中采用AT89S52单片机和充电管理芯片MAX1898共同控制充电过程。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。MAX1898配合外部PNP晶体管组成完整的单节锂电池充电器。MAX1898提供精确的横流/恒压充电，其输入电压范围4.512V，电池电压精度可达0.75%。1.3.1 锂电池充电方式选择锂电池充电器的方式可分为三种：交换式（swith-mode）,脉冲式（pulse）及线性式（linear）,这三种架构主要的差别为电路板面积大小、效率及成本。交换式，电路复杂且成本较高；脉冲式，价格较昂贵且需要有限电流功能的交流适配器；线性式，成本较小、效率略差、性价比较高。综合三种充电方式的优缺点，本例采用线行式充电方式。1.3.2 充电控制电路图4 MC34063升压稳压电源电路图 图5 智能充电系统硬件电路 预充单片机输入高电平，充电芯片启动，从而进入预充过程，在此期间充电控制器以快冲电流的1/10给电池充电，使电池电压、温度恢复到正常状态。本设计中使用100nf的外接电容，经计算为45分钟，如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则充电进入快充过程。 快充快充过程也称为横流充电，此时充电器以恒定电流对电池充电。横流充电时，电池电压缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，横流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充过程。 满充在满充过程中，充电电流逐渐衰减，直到充电速率降到设置值以下，转入顶端截止充电。顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池补充能量。一般情况下，满充和顶端截止充电可以延长电池5%10%的使用时间。 断电当电池充满后，MAX1898芯片的2引脚/CHG发送的脉冲电平会由低变高，引起单片机中断（INT0），在中断中，单片机将通过P2.5口输出控制MAX1898芯片EN/OK脚，控制器停止充电。 温度检测图6 温度检测电路 图7 蜂鸣器报警电路传感器DS18B20为数字温度，具有价格低、精度高、使用方便等优点，其主要功能是采集充电电池的充电温度。其电路图如上图6：报警电路当电池充满后，MAX1898芯片本身会熄灭外接的LED灯。但是，为了安全起见，当充电出错时，MAX1898芯片本身会控制蜂鸣器报警提醒用户。其电路如上图7：2 系统软件设计 当MAX1898完成充电时，其引脚会产生由低到高的跳变，该跳变引起单片机的INTO中断。输出为高存在3种情况：一、电池不在位或无充电输入；二、充电完毕；三、充电出错。2.1 程序流程图7 软件设计流程2.2 初始化程序void init()EA=1; /打开CPU中断PT0=1; /T0中断设为高优先级TMOD=0x01; / 模式1，T0为16位定时/计数器ET0=1; /打开T0中断IT0=1; /外部中断0设为边沿触发EX0=1; /打开外部中断0gate=1; / 光耦正常输出电压beep=1; /关闭蜂鸣器int0_count=0; / 产生外部中断0的计数器清零3 实验结果根据上面的设计，我们使热端温度在6575，冷端降温维持在05，采用两片发电模块串联，经升压稳压后得到稳定的输出电压，并由AT89S52单片机和MAX1898芯片共同控制锂电池的充电过程，保持424mA的充电电流，实现了锂电池充电的智能控制（预充、快充、满充、断电、报警）。参考文献（以自科论文为模板）1陈梅花,王慧春,朱艳媚,陈志.贝母的药理研究J 安徽农学通报 2007,13(1):103-105. 2高山林,朱丹妮，蔡朝晖，徐德然. 暗紫贝母鳞茎器官培养生长特征和生物碱累积的研究J.中国药科大学学报,1992,23(3):144147.3唐魏，杨映根，桂耀林，郭仲琛等. 培养条件对平贝母愈伤组织分化的影响. J生物技术.1996,6(4):11-14.4 张海凤,郑辉,陈新华,郭宝林. 药用植物多倍体研究进展J 河北林果研究，2008,23(2):169-172. 6陈瑞阳.植物染色体标本制作的新方法J.植物学报,1979,20(3):297