智能充电器的设计

毕业论文 设计 材料 题 目 智能充电器的设计 学生姓名 邱 咪 咪 学生学号 0908030227 系 别 电气信息工程学院 专 业 电子信息工程 届 别 2013 指导教师 张 大 雷 一 毕业论文 设计 任务书一 毕业论文 设计 任务书 要求完成的主要任务及达到的目标要求完成的主要任务及达到的目标 所谓智能充电器是指能根据用户的需要自主选择充电方式 并且在充电过程中能对 被充电电池进行保护从而防止过电压 电流和温度过高的一种智能化充电器 智能充电器也能对镍镉电池 Nicd 镍氢电池 NiMH 和锂离子电池进行充 电 并对充电电池具有自动检测能力 广泛应用于各种通信设备 仪器仪表 电气 测量装置中 随着移动电话用户数量的不断增长 移动电话电池和电池充电器的需求 也将会有较大的增加 于是对高性能 小尺寸 重量轻的智能电池充电器的需求也越 来越大 因此 研究智能充电器的设计及推广其应用 有着非常现实的意义 单片机模块 实现充电器的智能化控制 比如自动断电 充电完成报警提示等 充电过程控制模块 采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制 充电电压提供模块 采用电压转换芯片将外部 12V 电压转换为需要的 5V 电压 该电压在送给充电控制模块之前还需经过一个光耦模块 C51 程序 单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化 并根据充电的状态 给出有关的输出指示 在此基础上巩固 加深和扩大 51 系列单片机应用的知识面 提高综合及灵活运用所 学知识解决工业控制的能力 学会查阅书籍 并且要能够熟练的编写程序 仿真 会画 流程图 原理图及 PCB 图 对课题设计方案的分析 选择 比较 熟悉用 51 单片机做系 统开发 研制的过程 软硬设计的方法 内容及步骤 工作进度要求工作进度要求 2011 12 1 2011 12 28 撰写开题报告 2011 12 29 2011 12 31 拟定论文提纲 2012 1 1 2012 2 28 撰写论文初稿 2012 3 1 2012 4 31 论文修改 2012 5 1 2012 5 14 论文定稿 指导教师签名 年 月 日 二 毕业论文 设计 开题报告二 毕业论文 设计 开题报告 课题研究目的课题研究目的 所谓智能充电器是指能根据用户的需要自主选择充电方式 并且在充电过程中能对 被充电电池进行保护从而防止过电压 电流和温度过高的一种智能化充电器 智能充电器也能对镍镉电池 Nicd 镍氢电池 NiMH 和锂离子电池进行充电 并对充电电池具有自动检测能力 广泛应用于各种通信设备 仪器仪表 电气测量装 置中 随着移动电话用户数量的不断增长 移动电话电池和电池充电器的需求也将会 有较大的增加 于是对 高性能 小尺寸 重量轻的智能电池充电器的需求也越来越大 因此 研究智能充电器的设计及推广其应用 有着非常现实的意义 在对智能充电器的设计的基础上巩固 加深和扩大 51 系列单片机应用的知识面 提 高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力 学会查阅书籍 并且要能够熟练的编 写程序 仿真 会画流程图 原理图及 PCB 图 对课题设计方案的分析 选择 比较 熟悉用 51 单片机做系统开发 研制的过程 软硬设计的方法 内容及步骤 课题研究计划课题研究计划 根据课题的实际需要和研究现状 为更好地高效地保证完成论文 拟如下具体安排 第一阶段 查阅文献 资料 第二阶段 撰写论文开题报告 第三阶段 实验探索 第四阶段 论文定稿与答辩 工作进度工作进度 2012 1 1 2012 2 28 学习了解 AT89C51 单片机和各个器件所实现的功能和本次 论文相关的原理 与指导老师就所研究的课题进行详细的探讨后再逐条拟定论文提纲 2012 3 1 2012 3 31 尽力完成论文课题实物并撰写论文初稿 2012 4 1 2012 4 30 初稿完成后 根据指导老师意见就细节和内容进行修改论文 2012 5 1 2012 5 14 多次修改后 最终定稿并上交指导老师 本课题研究现状 需附适量参考文献 本课题研究现状 需附适量参考文献 单片机是中央处理器 CPU 存储器 输入 输出 I O 接口 定时器 计数器等多 种资源集成在一个半导体芯片上 使得一块集成电力芯片就能构成一个完整的微型计算 机 这种集成电路芯片被称为单片微型计算机 Single Chip Microcomuper 具有体积 小 功能强 可靠性高 价格低廉等一系列优点 不仅已成为工业测控领域普遍采用的 智能化控制工具 而且已渗入到人们工作和生活的各个角落 有力的推动了各行业的技 术改造和产品的更新换代 单片机的应用领域已从面向工业控制 交通 智能仪表等迅 速发展到家用消费产品 办公自动化 汽车电子 PC 机外围以及网络通讯等广大领域 本设计是单片机在智能充电方面的应用 智能充电器已经成为人们日常生活中必不可少的必需品 广泛用于个人和家庭 给 人们的生活 学习 工作 娱乐带来极大的方便 要实现智能充电器 需要从下面两个方面着手 1 充电的实现 它包括两部分 一是充电过程的控制 二是需要提供基本的充电 电压 2 智能化的实现 在充电器电路中引入单片机的控制 不同类型的电池如镍镉电池 Nicd 镍氢电池 NiMH 和锂离子电池具有不 同的充电特性和过程 不同的电池应采用不同的充电控制技术 常用的控制技术有 电压负增量控制 时间控制 温度控制 最高电压控制技术等 一 电压负增量控制 目前公认的较先进的控制方法之一 充电时 当测量到电池电压负增量时就可以 确定该电池己经充满 从而将充电转变为涓流充电 二 时间控制 时间控制预定充电时间 当充电时间达到后 使充电器停止充电或转为涓流充电 这种方法较安全 三 温度控制 当电池达到充满状态时 电池温度上升较快 测量电池温度或温度的变化 从而 确定是否对电池停止充电 四 最高电压控制 根据充电电池的最高允许电压来判断充电状态 这种方法灵活性较好 智能充电器运用的是定电压电子负载的原理 电子负载是利用大功率半导体器件吸收电源提供的电流 转换成热能 从而达到 模拟负载的电源测试仪器 定电压 CV 电子负载的工作原理 它将从电源吸收足 够的电流来控制其输出电压达到设定值 因而它可以模拟蓄电池的端电压 可快速 准确地测试智能电池充电器的输出特性 另外它也可使用于测试电源的限流特性 设计智能充电器时 需要充分以下考虑 3 种电池的充电特性 针对每一种电池的特 性给出不同的充电模式以及相应的算法 一 镍氢 镍镉电池充电模式 这 2 种镍类电池具有相似的充电特性曲线 因而可以用一样的充电算法 这 2 种电 池的主要充电控制参数为 V 和温度 对镍氢 镍镉电池由预充电到标准充电转换的判据为 单节电池电压水平 0 6 1V 电池温度 5 0oC 电池饱和充电的判据为 电池电压跌落或接近零增长 V 6 15 mV 节 电池最高温度 max 50 电池温度上升率 d dt 1 0 min 由于温度的变化 容易受环境影响 因而实际用于判别充电各阶段的变量主要为 V max 其中对 V 的检测需要有足够的 A D 分辨率和较高的电流稳定度 V 的测量与 A D 分辨率 充 电电流的稳定性与电池内阻之间有以下关系 当电池内阻等于 50 接近饱和充电 时 充电电流 1200mA 电流漂移等于 5 单节电池的最高充电电压为 1 58V 则此时电流漂 移可能引起的电池电压变化为 3 mV 二 锂离子电池充电模式 在锂离子电池充电采样时 测量到的电压是电池的在线电压 一般在线电压要高于 静态电压 与内阻有关 在充电器设计中 对锂离子电池充电各阶段转换判断的测量参 数只有在线电压 电压采样偏差小于 0 05 V 三 自适应充电模式 智能充电器设置了一种自适应充电模式 在这种模式下 对未知型号的电池或放入 某种电池后而未按相应的键 则充电器自动转入自适应充电模式 此时充电器将提供一 种公共算法对电池进行预充电 并对其进行型号识别判断 然后转入相应的充电模式 显示相应的型号 具体做法为 检测充电电池电压的变化率 并判断是否检测到有 V 如果检测到电池电压 V 特别高 且无 V 则转入锂离子电池充电模式 否则进 入镍类电池充电模式 要求充电快速且具有优良的电池保护能力 于是选择 Maxim 公司的 MAX1898 作 为电池充电芯片 MAX1898 的工作原理 MAX1898 配合外部 PNP 或 PMOS 晶体管可以组成完整的单节锂电池充电器 MAX1898 提供精确的恒流 恒压充电 电池电压调节精度为 0 75 提高了电池性能并 延长了电池使用寿命 充电电流可由用户设定 采用内部检流 无须外部检流电阻 MAX1898 提供了充电状态的输出指示 输入电源是否与充电器的连接的输出指示和充 电电流指示 MAX1898 还具有其他一些功能 包括输入关断控制 可选的充电周期重 启 无须重新上电 可选的充电终止安全定时器和过放电电池的低电流预充 参考文献 1 李华 51 系列单片机实用接口技术 北京航空航天大学出版社 1993 2 徐任贵 廖哲智等 单片机微型计算机应用技术 机械工业出版社 2001 3 邱丽芳 单片机原理与应用 人民邮电出版社 2007 4 张迎新 单片机计算机原理技术 国防工业出版社 1994 5 李朝清 单片机原理及接口技术 北京航空航天大学出版社 1994 6 何立民 51 系列单片机应用系统设计 北京航空航天大学出版社 1996 7 孙涵芳 徐爱卿等 51 系列单片机原理及应用 北京航空学院出版社 1998 8 沙占友 王彦朋 孟志永等 单片机外围电路设计 电子工业出版社 2003 9 童诗白 华成英等 模拟电子技术基础 北京高等教育出社 2001 10 康华光 陈大钦等 电子技术基础 北京高等教育出版 2001 11 谢宜仁 单片机实用技术问答 人民邮电出版社 2003 12 王芳 电子线路 Protel 99 SE 实用教程 中南大学出版社 2005 13 谭浩强 C 程序设计 第 2 版 清华大学出版社 1999 14 李培金 C 语言程序设计案例教程 西安电子科技出版社 2003 15 沈德金 单片机接口技术实验指导 复旦大学出版社 1993 16 张巧芝 一种新型镉镍电池快充技术 J 1999 6 17 Park Hae Woo Han Chang Seok Ni MH battery charger with a compensatorforelectric vehicles R SAE 960477 1996 18 Niggemann E High performance nickel metal hydride battery for electric and hybrid vehicles Z E VS 15 Bruxelles 1998 19 Sato Noboru Yagi Kazuhiko Sakurai Takeshi Control technology of Ni MH batteries for electric vehicles Z EVS 15 Bruxelles 1998 20 LenK John D Simplified de