基于单片机控制的电动车快速充电器的设计

0 设计题目 设计题目 基于单片机控制的电动车快速充电器的设计基于单片机控制的电动车快速充电器的设计 班班 级 级 10 级计算机控制技术班级计算机控制技术班 学生姓名 学生姓名 学学 号 号 指导教师 指导教师 职职 称 称 指导小组组长 指导小组组长 教学班负责人 教学班负责人 设计时间 设计时间 20122012 年年 5 5 月月 2222 日日 至至 20122012 年年 6 6 月月 2222 日日 1 基于基于单片机控制的电动车快速充电器的设计单片机控制的电动车快速充电器的设计 摘要 摘要 目前 电动自行车因其轻便无污染越来越受到消费者的青睐 我国的电动自 行车更是突飞猛进的发展 但是 行驶里程的长短是消费者衡量电动自行车质量好 坏的主要标准之一 而电池不耐用 充电时间长是行驶里程长短的决定因素 本设 计就是要探讨解决这一难题的方法 提出一种电动自行车快速充电的模式来解决这 一问题 设计出性能优良 运行可靠的电动自行车蓄电池快速充电方法 本设计以 AT89C51 为核心 使用脉冲充电法实现快速充电 热敏电阻作为温度传感器和 NE555 组合起来组成温度检测电路 实现对温度的检测 达到保护电池的作用 还有相应 的软件部分 关键词 关键词 电动车 快速充电器 AT89C51 单片机 Abstract At present the electric bicycle because its light pollution by more and more customers our electric bike by leaps and bounds development But the length of the trip mileage is consumer measure electric bicycle quality stand or fall of one of the main standard and the battery not durable charging time is long trip mileage of the length of the deciding factor This design is to explore the method to solve the problem this paper puts forward a kind of electric bicycle fast charging model to solve the problem the design of excellent performance reliable operation of electric bicycle batteries fast charging method This design USES AT89C51 as the core using pulse charging fast charging method to implement thermal resistor as temperature sensor and NE555 combined temperature detection circuit composed and to realize the temperature testing to protect the function of the battery And the corresponding software parts Key words electric car quick charger AT89C51 microcontroller 0 目目 录录 第一章 引言 1 1 1 本课题的研究背景 发展及意义 1 1 2 本课题的基本内容 1 第二章 基本理论介绍 2 2 1 铅蓄电池充电理论基础 2 2 2 快速充电方法的研究 3 2 3 脉冲快速充电法的理论基础 6 2 4 脉冲快速充电器的工作原理 7 第三章 控制系统总体方案设计 8 3 1 控制方式 8 3 2 总体方案设计 9 第四章 系统硬件电路设计 10 4 1 充电器主电路设计 10 4 2 控制电路的设计 14 4 3 整体电路设计 18 第五章 系统软件程序设计 19 5 1 温度检测中断程序 19 5 2 电压检测子程序 19 5 3 充电脉冲控制子程序 21 5 4 单片机主程序 21 第六章 设计总结 24 致谢 25 参考文献 26 0 第一章第一章 引言引言 1 11 1 本课题的研究背景 发展及意义本课题的研究背景 发展及意义 据环境部门统计 目前 大气污染的 24 来源于交通运输 随着人们生活水平的 提高 汽车保有量会迅速增加 污染的比例也会相应提高 据调查 2010 年汽车尾气 造成的大气污染占空气污染的 64 这将严重破坏和影响人们赖以生存的地面生态系 统 随着能源的日益紧缺和大气污染的加剧 世界公认的最有发展前景的解决方案 是电动车 开发实用 安全 清洁的移动电源 寻求相关的节能 环保解决方案 如发展新型电动车 成为当前各国的迫切任务 然而从电动自行车总体性能来看 真正制约电动自行车发展 能否保证电动自行车可持续增长的关键 还是电动自行 车电池使用寿命的问题 影响电池使用寿命的因素很多 归纳起来 其主要因素是 两个方面 首先是电池本身的性能和质量 其次是电池的充电和管理 电动车是目前世界上唯一能达到零排放的机动车 由于环保的要求 加之新材 料和新技术的发展 电动车进入了发展高潮 电动车作为绿色交通工具 将在二十 一世纪给人类社会带来巨大的变化 顺应当前国际科技发展的大趋势 将电动车作 为中国进入二十一世纪汽车工业的切入点 不仅是实现中国汽车工业技术跨越式发 展战略抉择 同时也上实现中国汽车产业可持续发展的重要选择 时下 电动自行车以时尚便捷环保成为了很多人的代步工具 然而 电动自行 车电池不耐用 三天两头要充电 充电频繁成为电动车使用者头痛的问题 同时 电动自行车一次充电饱和 一般可以行驶三十公里以上 因电池容量的不同差异较 大 当把电动自行车作为较远距离的交通工具的时候 就没有电返回 而要等到重 新充电完毕则要花上好几个小时时间 本次课程设计就是针对解决电动自行车充电器充电慢的问题而选题的 旨在开 发一个根据电池饱和的程度智能改变充电模式 并可以在较短时间 四小时 之内 可以将电池充好的电动自行车快速充电器 电池规格 48V 20A 以解决使用电动 自行车远距离骑游的困扰 1 21 2 本课题的基本内容本课题的基本内容 电动自行车快速充电器的设计所涉及的基本内容大概有 第一 有关电动自行车铅蓄电池的电化学原理和充放电原理 第二 关于充电器对铅蓄电池充电的原理及其电路设计 第三 交流电流对电池充电的原理及其特点 第四 充电器对充电过程的检测及其自动转换 第五 充电器在充电过程中对电池的保护功能 第六 电路设计及其元件的选择调试等 1 第二章第二章 基本理论介绍基本理论介绍 2 12 1 铅蓄电池充电理论基础铅蓄电池充电理论基础 上世纪 60 年代中期 美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验 研究 并提出了以最低出气率为前提的 蓄电池可接受的充电曲线 如图 1 所示 实验表明 如果充电电流按这条曲线变化 就可以大大缩短充电时间 并且对电池 的容量和寿命也没有影响 原则上把这条曲线称为最佳充电曲线 从而奠定了快速 充电方法的研究方向 图 1 最佳充电曲线 由图 1 可以看出 初始充电电流很大 但是衰减很快 主要原因是充电过程中 产生了极化现象 在密封式蓄电池充电过程中 内部产生氧气和氢气 当氧气不能 被及时吸收时 便堆积在正极板 正极板产生氧气 使电池内部压力加大 电池温 度上升 同时缩小了正极板的面积 表现为内阻上升 出现所谓的极化现象 蓄电池是可逆的 其放电及充电的化学反应式如下 1 OHPbSOSOHPbPbO 24422 222 很显然 充电过程和放电过程互为逆反应 可逆过程就是热力学的平衡过程 为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电 必须尽量使通过电池的电流小一些 理想条件是外加电压等于电池本身的电动势 但是 实践表明 蓄电池充电时 外 加电压必须增大到一定数值才行 这个数值又因为电极材料 溶液浓度等各种因素 的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值 在化学反应中 这种电动势 超过热力学平衡值的现象 就是极化现象 一般来说 产生极化现象有 3 个方面的原因 a 欧姆极化 充电过程中 正负离子向两极迁移 在离子迁移过程中不可避免 地受到一定的阻力 称为欧姆内阻 为了克服这个内阻 外加电压就必须额外施加 一定的电压 以克服阻力推动离子迁移 该电压以热的方式转化给环境 出现所谓 的欧姆极化 随着充电电流急剧加大 欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温 2 b 浓度极化 电流流过蓄电池时 为维持正常的反应 最理想的情况是电极表 面反应物能及时得到补充 生成物能及时离去 实际上 生成物和反应物的扩散速 度远远比不上化学反应速度 从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化 也就是 说 从电极表面到中部溶液 电解液浓度分布不均匀 这种现象称为浓度极化 c 电化学极化 这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度 落后于电极 上电子运动的速度造成的 例如 电池的负极放电前 电极表面带有负电荷 其附 近溶液带有正电荷 两者处于平衡状态 放电时 立即有电子释放给外电路 电极 表面负电荷减少 而金属溶解的氧化反应进行缓慢 Me eMe 不能及时补充电极表 面电子的减少 电极表面带电状态发生变化 这种表面负电荷减少的状态促进金属 中电子离开电极 金属离子 M 转入溶液 加速 Me eMe 反应进行 总有一个时刻 达到新的动态平衡 但与放电前相比 电极表面所带负电荷数目减少了 与此对应 的电极电势变正 也就是电化学极化电压变高 从而严重阻碍了正常的充电电流 同理 电池正极放电时 电极表面所带正电荷数目减少 电极电势变负 这 3 种极化现象都是随着充电电流的增大而严重 2 22 2 快速充电方法的研究快速充电方法的研究 2 2 1 快速充电技术 为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度 缩短蓄电池达到满充状态的 时间 同时 保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少或轻 提高蓄电池使用效率 快速充电技术近年来得到了迅速发展 下面介绍目前比较流行的几种快速充电方法 这些方法都是围绕着最佳充电曲 线进行设计的 目的就是使其充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线 a 脉冲式充电法 这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率 而且能够提高蓄电池充电接受 率 从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制 这也是蓄电池充电理论的新发展 脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电 然后让电池停充一段时间 如此 循环 如图 2 所示 充电脉冲使蓄电池充满电量 而间歇期使蓄电池经化学反应产 生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉 使浓差极化和欧姆极化自然而然地得 到消除 从而减轻了蓄电池的内压 使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行 使 蓄电池可以吸收更多的电量 间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间 减少了析气 量 提高了蓄电池的充电电流接受率 3 图 2 脉冲式充电曲线 b Reflex 快速充电法 这种技术是美国的一项专利技术 它主要面对的充电对象是镍镉电池 由于它 采用了新型的充电方法 解决了镍镉电池的记忆效应 因此 大大降低了蓄电池的 快速充电的时间 铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很 大的不同 但它们之间可以相互借鉴 如图 3 所示 Reflex 充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲 反向瞬间放电 脉冲 停充维持 3 个阶段 图 3 reflex 快速充电法 c 变电流间歇充电法 这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上 如图 4 所示 其特点是将 恒流充电段改为限压变电流间歇充电段 充电前期的各段采用变电流间歇充电的方 法 保证加大充电电流 获得绝大部分充电量 充电后期采用定电压充电段 获得 过充电量 将电池恢复至完全充电态 通过间歇停充 使蓄电池经化学反应产生的 氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉 使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消 4 除 从而减轻了蓄电池的内压 使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行 使蓄电 池可以吸收更多的电量 图 4 交电流间歇充电曲线 d 变电压间歇充电法 在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法 如图 8 所示 与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流 而是间歇恒压 图 5 交电压间歇充电曲线 比较图 4 和图 5 可以看出 图 5 更加符合最佳充电的充电曲线 在每个恒电压 充电阶段 由于是恒压充电 充电电流自然按照指数规律下降 符合电池电流可接 受率随着充电的进行逐渐下降的特点 e 变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法 综合脉冲充电法 Reflex 快速充电法 变电流间歇充电法及变电压间歇充电法 的优点 变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用 脉冲充电 法充电电路的控制一般有两种 脉冲电流的幅值可变 而 PWM 驱动充放电开关管 信号的频率是固定的 5 脉冲电流幅值固定不变 PWM 信号的频率可调 采用了一种不同于这两者的控制模式 脉冲电流幅值和 PWM 信号的频率均固定 PWM 占空比可调 在此基础上加入间歇停充阶段 能够在较短的时间内充进更多的电 量 提高蓄电池的充电接受能力 2 32 3 脉冲快速充电法的理论基础脉冲快速充电法的理论基础 理论和实践证明 蓄电池的充放电是一个复杂的电化学过程 一般地说 充电电 流在充电过程中随时间呈指数规律下降 不可能自动按恒流或恒压充电 充电过程中 影响充电的因素很多 诸如电解液的浓度 极板活性物的浓度 环境温度等的不同 都会使充电产生很大的差异 随着放电状态 使用和保存期的不同 即使是相同型号 相同容量的同类蓄电池的充电也大不一样 1972 年 美国科学家马斯在第二届世界电动汽车年会上提出了著名的马斯三定 律 即 a 对于任何给定的放电电流 蓄电池充电时的电流接受比 a 与电池放出的容量 的平方根成反比 即 1 C K A 1 式中 K1 为放电电流常数 视放电电流的大小而定 C 为蓄电池放出的容量 由于蓄电池的初始接受电流 Io AC 所以 I0 AC K1 根号 C 2 b 对于任何给定的放电量 蓄电池充电电流接受比 a 与放电电流 Id 的对数成 正比 即 a K2logkId 3 式中 K2 为放电量常数 视放电量的多少而定 k 为计算常数 c 蓄电池在以不同的放电率放电后 其最终的允许充电电流 It 接受能力 是 各个放电率下的允许充电电流的总和 即 It I1 I2 I3 I4 4 式中 I1 I2 I3 I4 为各个放电率下的允许充电电流 综合马斯三定律 可以推出 蓄电池的总电流接受比可表示为 It Ct 5 式中 Ct C1 C2 C3 C4 为各次放电量的总和 即蓄电池放出的全部电 量 马斯三定律说明 在充电过程中 当充电电流接近蓄电池固有的微量析气充电 曲线时 适时地对电池进行反向大电流瞬间放电 以消除电池的极化现象 可以提 高蓄电池的充电接受能力 如图 1 所示 也就是说通过反向大电流放电 可以使蓄 6 电池的可接受电流曲线不断右移 同时其陡度不断增大 即 值增大 从而大大提 高充电速度 缩短充电时间 2 42 4 脉冲快速充电脉冲快速充电器的工作原理器的工作原理 基于上述理论 并考虑到铅酸蓄电池自身的一些特性 本文介绍的快速充电装 置所采用的充电方法将整个充电过程分为了预充电 脉冲快速充电 补足充电 浮 充电 4 个阶段 如图 6 所示 根据蓄电池充电前的残余电量 进入不同的充电阶段 图 6 分级定电流脉冲快速充电法原理图 2 4 1 预充电 对长期不用的电池 新电池或在充电初期已处于深度放电状态的蓄电池充电时 一开始就采用快速充电会影响电池的寿命 为了避免这一问题要先对蓄电池实行稳 定小电流充电 使电池电压上升 当电池电压上升到能接受大电流充电的阈值时再 进行大电流快速充电 2 4 2 脉冲快速充电 在快速充电过程中 采用分级定电流脉冲快速充电法 将充电电流分成三级 如图 7 所示 开始充电时采用大电流 随着电池容量的增加 电压逐渐升高 电流 等级开始降低 使充电电流的脉冲幅度和宽度随蓄电池端电压的升高而分级减小 采用这种方法可以消除充电接近充满时易出现的振荡现象及过充电问题 7 图 7 分级定电流脉冲快速充电法原理图 在脉冲快速充电过程中 电池电压上升较快 当电压上升至补足充电电压阈值 时 转入补足充电阶段 2 4 3 补足充电 快速充电终止后 电池并不一定充足电 为了保证电池充入 100 的电量 对 电池还要进行补足充电 此阶段充电采用恒压充电 可使电池容量快速恢复 此时 充电电流逐渐减小 当电流下降至某一阈值时 转入浮充阶段 2 4 4 浮充电 此阶段主要用来补充蓄电池自放电所消耗的能量 只要电池接在充电器上并且 充电器接通电源 充电器就会给电池不断补充电荷 这样可使电池总处于充足电状 态 此时也标志着充电过程已结束 第三章第三章 控制系统总体方案设计控制系统总体方案设计 3 13 1 控制方式控制方式 3 1 1 单片机的控制方式 根据铅蓄电池脉冲魁岸素充电理论 可利用单片机的输出脉冲控制半桥式变换 器的两个开关管 V1 V2的通断 单片机通过各种检测电路在充电过程中对铅蓄电池 进行检测并做出相应的控制处理 铅蓄电池的充电温度可以通过温度传感器测量 将测出的电压量送至单片机的 输入口 充电电压有两个分压电阻检测 单片机通过检测的蓄电池的充电温度 充 8 电电流 充电电压等 再经软件处理计算后控制主电路处于不同的充电状态 预充 电 脉冲快速充电 补足充电和浮充电 总体控制方案如 8 图所示 43 图 8 单片机总体控制方案 3 1 2脉冲调制控制器 SG2535 的控制方式 通过对电压 温度的检测控制脉冲调制控制器 SG2535 的输出脉冲宽度 以实 现不同阶段的充电 暂停和终止充电 本方案由脉冲调制控制器 SG2535 输出的脉 冲控制开关管 V1 V2 的栅极 以达到控制充电状态的目的 3 23 2 总体方案设计总体方案设计 基于铅蓄电池的充电理论 充电器主电路采用半桥变换器高频开关稳压电源 而控制电路通过单片机控制 电网点先经过各种保护环节 在通过 EMI 滤波器除去 共模信号 桥式整流后 通过两电容分压 分压后与两开关管 V1 V2 相联 组成 半桥式功率变换器 将正弦交流电压变换成约高于充电电压的脉冲电压 在经过半 桥滤波和 LC 滤波电路使电压达到一较稳定值 控制电路由单片机 AT89C51 组成 电源由电网交流电经过变压器变压 全桥整 流 稳压管稳压后提供 单片机通过检测温度传感器的电压信号 以软件的方式控 制输出脉冲 从而控制开关管的通断 另外 通过检测充电电压和电流值 控制单 片机输出脉冲宽度 以进入不同的充电阶段 9 第四章第四章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 4 14 1 充电器主电路设计充电器主电路设计 4 1 1 整流电路设计 a 桥式整流 由于单相半波整流只利用了电源电压的半个周期 同时整流电压的脉动较大 为了克服这些缺点 这里采用全波整流电路 单相桥式整流电路 单相桥式整流 电路由 4 个整流二极管接成电桥的形式构成 如图 9 所示 图 9 桥式整流电路 由电路图 10 可知 无论电压 U2是在正半周还是负半周 负载上都有相同方式 的电流流过 因此 在负载得到的是单相脉动电压和电流 忽略二极管导通时的正 向压降 则单相桥式整流电路的波形图如下 432 O wt Ud 图 10 桥式整流电路的输出波形 单相半波整流电压的平均值为 29 0 2 22 sin2 1 0 U U ttdUd 二极管截止时承受的最高反向电压为 U 的最大值 即 10 UDRM U2M 1 414U 1 414 220V 308V 因此 所选用的整流二极管的最高工作电压为 1000V b 电容滤波电路 电容滤波电路是在整流电路的直流输出侧与负载并联电容器 利用电容的端电 压在电路状态改变时不能突变的原理 使输出电压趋于平滑 电容滤波电路如图 11 所示 图 11 电容滤波电路 本电路的输出电压在负载变化时波动大 说明它的带负载能力差 只适合于负 载较轻且变化不大的场合 电路简单 输出电压高 只是输出电压不稳定 电容滤波是的输出电压平均值为 全波 U3 1 2 1 4 U1 1 2 1 4 220V 264V 取 1 2 4 1 2 半桥逆变电路 半桥逆变电路由两个导电臂构成 每个导电臂由一个全控器件和一个反并联二 极管组成 电路图如图 12 所示 直流侧接有两个相互串联切足够大的电容器 C1和 C2 满足 C1 C2 11 图 12 半桥逆变器电路 在一个周期内 开关管 V1 V2的基极信号各有半周正偏 半周反偏 且互补 设在 t2时刻以前 V1导通 V2截止 则 U4 1 2U3 t2时刻 V1截止 同时给 V2发出导通信号 由于感性负载中的电流 i 不能立即改 变方向 于是 D2导通续流 U4 1 2U3 t3时刻 i0降至零 D2截止 V2导通 i0开始反向增大 此时仍然有 U4 1 2U3 t4时刻 V2截止 同时给 V1发出导通信号 由于感性负载中的电流 i0不能立即改 变方向 于是 D1先导通续流 此时仍然有 U4 1 2U3 t5时刻 i0降至零 V1导通 U4 1 2U3 由上分析可知 输出电压 U4 周期为 TS 矩形波 其幅值为 1 2U3 当 V1 或 V2 导 通时 负载电流和电压同方向 直流侧向负载提供能量 而当 D1 或 D2 导通时 负 载电流和电压反方向 负载中电感的能量向直流侧反馈 即负载将起吸收的无功能 量反馈回直流侧 反馈的能量暂时存储在直流侧的电容中 该电容起缓冲这种无功 能量的作用 半桥逆变电路输出电压波形如图 13 所示 12 图 13 半桥逆变电路输出电压波形 4 1 3 开关变压器的设计计算 开关变压器的磁化特性工作在第一 第三象限 它的磁通变化可以从 BM到 BM 属于对称式工作变压器 主变压器施加电压只有一半输入电压值 1 2U4 132V 开关管的反向耐压比较低 在两功率管交替开关作用下 变换器原 边可产生幅值 280V 的方波电压 经变压器整流滤波输出 实现功率转变 a 估算采用 EE55 铁氧体磁芯的功率容量 EE55 的中心柱截面积为 Ae 3 515cm2 窗口面积为 AQ 3 9cm2 它的功率容量 乘积为 Ap Ae AQ 3 515 3 9 13 76 当开关频率选 50KHz 时 Ap Ae AQ PT 106 2 fBM KMKG 600 106 2 0 8 50 103 1500 2 0 5 1 5 13 76 可见 采用 EE55 磁芯时 其功率容量足够大 原边绕组匝数 NP VIN P 2 108 4fBmAe 280 2 108 4 50 103 1500 3 515 13 33 故 NP取整数 14 匝 b 充电器的容量计算 当充电器为 36V 12A 时蓄电池的充电最大容量为 36V 12A 432W 故变压器铁芯的容量计算可按照 500W 容量计算 c 原边与副边绕组匝数比的计算 开关变压器的原边与副边绕组的匝数比为 VOP IN MIN0 5 V Ns Np 其中 VIN MIN指电网最低输入直流电压值 VIN MIN 220V VOP指整流滤波输出电压的脉冲幅度 VOP要考虑三个因素之和 即 V0 40V 40 10 44V 二极管压降 VD 1 2V 滤波电感直流压降为 VL 0 2V 设整流器输出占空比为 0 9 则有 VOP 44 1 2 0 2 0 9 50V 因此原副边绕组匝数比为 取3匝 2 2 50V 0 5 220V Ns Np 13 副边绕组匝数为 Ns Np 3 14 3 4 6 取 5 匝 经过实验证明 当开关变压器原边绕组为 20 匝 副边绕组匝数为 8 匝时 半桥 变压器的开关脉冲电压波形有所改善 4 1 4 变频整流电路 变频整流电路由两个整流二极管和一个 LC 滤波电路组成 使半桥逆变器输出的 脉冲电压成为一个比较稳定的直流电压 整流前后电压波形如下图 14 所示 图 14 整流前后的波形 4 24 2 控制电路的设计控制电路的设计 4 2 1 传感检测电路 a 温度检测电路 温度检测所使用的传感器非常多 热敏电阻是其中一种用半导体材料制成的敏 感元件 起主要特点是灵敏度高 体积小 功耗低而且价格低廉 用热敏电阻构成的温度检测电路较为简单 使 用电阻分压电路 将温度变化引起的电阻变化转为电压信号 可以直接传送给单片 机处理 下表为负温度系数的热敏电阻的分度表 表 1 热敏电阻分度表 温度 电阻 k 温度 电阻 k 温度 电阻 k 3016 124010 65507 18 3115 454110 23516 91 3214 81429 88526 65 3314 20439 44536 41 3413 61449 07546 17 3513 06458 72555 94 3612 53468 38565 72 3712 03478 06575 52 3811 54487 76585 32 3911 09497 47595 13 14 温度检测电路如图 15 所示 它是有温度传感器和单稳态触发器两部分组成 单 稳态触发器有 NE555 时基集成电路构成 热敏电阻 RT 用作温度传感器 当蓄电池温度较低时 热敏电阻 RT 表现电阻值较大 调节电位器 Rp 可以使时 基集成块触发端 2 脚的电平低于 1 3 电源电压 指集成块 IC 的供电电压 VDD 单稳 态电路触发翻转进入稳态 电路置位 输出端 3 脚输出高电平 使三极管触发导通 向单片机输入低电平 相反 当蓄电池温度较高时 则向单片机输入高电平 本电路可以通过调节可调电阻器 Rp 的阻值 使电路在温度为 45 的时候发生动 作 实现温度检测的目的 图 15 温度检测电路 b 电压检测电路 电压检测电路的设计主要考虑的问题是 在正常充电的过程中 电池端电压 Ubat 的变化范围是 0V 到 15V 要使单片机检测 Ubat的变化映射到 0V 到 5V 的范围内 在测量中 需要用低压器件去测量高压 强电流模拟量 如果模拟量与数字量之间 没有电气隔离 那么 高电压 强电流很容易串入低压器件 并将其烧毁 本设计采用精密电阻进行比例衰减 把输入电压量程范围转化为 AD 转换器的 量程范围 然后经 RC 滤波 再送给 AD 转换器测量 线性光藕可以较好的实现输 入侧和输出侧之间的隔离 且输出侧跟随输入变化 线性度达 0 01 电压采样电 路的工作原理如图 16 所示 15 图 16 电压检测电路 输入电压 4 1 100inbat VVVU 经分压衰减变成 4 2 10 910 ibat R VU RR 忽略运放的电流 根据虚地原理 有 所以第一路光藕的输出 34i VVV 4 3 34 5 1212 VV I RR 由于光藕和的原边电流相同 且 2 个光藕制造工艺相同 所以可近似地认为 4A U 4B U 它们的电流放大倍数是相同的 即两路光藕的输入输出电流之比 4 4 4 6 4 5 I I I I 因为 A D 的输入阻抗很高 所以 4 5 21042 662522 121212910 ibat RW RVRW VI RWI RWRWVU RRRRR 把 的阻值代入得 2 RW 12 R 10 R 9 R 4 6 2 600 56 1 RW VVV 调节 使得采样电路输出的电压为 2 RW 16 3 1 3 VOLTAGE AINbat VU 4 7 即把输入电压从 0 15V 衰减到 0 5V c 电压检测 A D 转换电路设计 这里选用 TI 公司生产的 TLC1549 串行 A D 转换器芯片 它是一种开关电容结构 的逐次比较型 10 位 A D 转换器 片内自动产生转换时钟脉冲 转换时间 21 s 最大总不可调转换误差为 1LSB 单电源供电 5V 最大工作电流仅为 2 5mA 转 换结果以串行方式输出 工作温度为 55 125 电压检测 A D 转换电路如图 17 所示 图 17 电压检测 A D 转换电路 4 2 2 单片机电路 单片机电路设计如图 18 所示 由于 89C51 单片机的 P0 口作为输入口时要接上 上拉电阻 所以我选用 P1 口作为输入输出口 温度传感器所检测的电压信号通过单 片机的 P3 2 口输入 电压信号由 P3 1 口输入 输出口由单片机的 P1 1 P1 5 提供 具体分布情况见下表 表 2 地址分配 地址 P3 2P1 1P1 2P1 5P1 3P1 4P3 1 用途温度检测充电指示充满指示电源指示Q1 输出Q2 输出电压检测 17 图 18 单片机电路图 4 34 3 整体电路设计整体电路设计 电动自行车快速充电器的整体电路主要分为三大部分电路组成 主电路 控制 电路和检测电路 主电路由全桥式整流电路和半桥逆变电路组成 电网电压先经过热敏电阻的保 护环节后 由 EMI 滤波器去共模信号 再经电容滤波 送至全桥整流电路 半桥逆 变电路后经开关变压器变压 在经过半桥滤波整流电路成为比较稳定的电压值 供 给电池充电 控制电路由一个单片机 AT89C51 来实现 单片机通过检测来的电压信号值作出 相应的动作 输出不同宽度的脉冲电压和作出不同指示 检测电路有温度检测电路和电压检测电路 温度用温度传感器实现 电压检测 由分压电阻实现 单片机主电路如图 19 所示 18 图 19 单片机主电路图 第五章第五章 系统软件程序设计系统软件程序设计 5 15 1 温度检测中断程序温度检测中断程序 WD CLR EA MOV P1 00H SETB EA RET 5 25 2 电压检测子程序电压检测子程序 DYJC1 MOV P2 00H LCALL ADC MOV A R5 CLR C SUBB A R2 JNC L4 SETB 00H 19 L4 RET DYJC2 MOV P2 00H LCALL ADC MOV A R6 CLR C SUBB A R2 JNC L5 SETB 01H L5 RET DYJC3 MOV P2 00H LCALL ADC MOV A R7 CLR C SUBB A R2 JNC L6 SETB 03H L6 RET ADC CLR P3 0 MOV R0 2 LCALL RDTATA MOV R1 A MOV R0 8 LCALL RDATA MOV R2 A SETB P3 0 CLR P3 1 RET RDATA CLR P3 1 MOV C P3 2 RLC A SETB P3 1 DJNZ R0 RDATA RET 20 5 35 3 充电脉冲控制子程序充电脉冲控制子程序 KCD MOV TMOD 06H MOV TL1 9CH MOV IE 82H SETB TR1 SETB P1 4 CLR P1 3 WAIT1 SJMP WAIT1 CLR TR1 CPL P1 3 CPL P1 4 RET FCD MOV TMOD 60H MOV TL1 34H MOV IE 88H SETB TR1 SETB P1 4 CLR P1 3 WAIT2 SJMP WAIT2 CLR TR1 CPL P1 3 CPL P1 4 RET 5 45 4 单片机主程序单片机主程序 5 4 15 4 1 程序流程图程序流程图 21 图 20 软件流程图 5 4 25 4 2 单片机主程序单片机主程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP WD ORG 000BH AJMP WAIT1 ORG 001BH AJMP WAIT2 ORG 0030H MAIN MOV SP 60H SETB EX0 SETB IT0 22 SETB EA CLR 00H CLR 01H CLR 02H MOV P1 00H LCALL DYCJ1 JB 00H L1 SETB P1 2 L1 LCALL KCD LCALL DYJC2 JB