移动式智能电源的控制设计_电信121_1222054_袁正阳_二检

1、编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目： 移动式智能电源的控制设计 物联网学院 电子信息工程 专业学 号： 1222054学生姓名： 袁正阳 指导教师： 张相胜（职称： ） （职称： ）2016年5月25日III无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 移动式智能电源的控制设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 电信121 学 号： 1222054 作者姓名： 2016 年 5 月 25 日无锡

2、太湖学院物联网学院 电子信息工程 专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目移动式智能电源的控制设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据随着光伏技术的高速发展，近年来，太阳能在照明类器具上的应用已日益扩大；而LED灯由于安全、节能、环保等多种优势，其应用亦已形成规模化之势；锂电池使用寿命长，且安全可靠，在此集各家之长处，充分利用太阳能板的优势，将太阳能转化为电能，通过中央控制器将已转化的电能贮于锂电池内，至夜间时将锂电池再通过中央控制器为LED灯提供能量，满足用户的照明需求。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 了解移动式智能电源系统近年来的发展； 熟

3、练掌握电气控制、单片机以及传感检测的相关理论知识并通过51单片机来实现各模块功能； 熟练掌握C语言编程，并用此来实现无线通信模块对各模块接收到数据的处理； 熟练使用绘制软件Protel 99SE、编程软件Keil C51等，用于辅助设计 ； 能够通过设计得到智能电源系统的电路图，并依据电路图PCB封装做出符合预期效果的实物。 四、接受任务学生： 电信121 班 姓名 袁正阳 五、开始及完成日期：自2015年11月10日 至2016年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师签名 签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长签名 系主任 签名2015年11月10日<摘 要摘 要据统计

4、，在中国使用智能手机的用户数量为2.52亿人，这一数字表明手机已经成为人们日常生活中密不可分的一部分。随着智能手机的普及，各种问题也随之浮现出来，其中最为致命的一点即为电量的不足，这一技术瓶颈也极大地限制了智能手机高速发展的道路，而解决这一问题的一个高效而可行的方法，就是移动电源的配备。有一部分使用智能手机的用户，均随身携带一个移动电源，以备不时之需。为响应国家节能环保的号召，太阳能移动电源的出现不仅能够满足这一要求，同时在数码产品电池续航的问题上，也作出了很大的贡献，这一发明也逐渐被人们所接受。然而市面上的大多数太阳能移动电源产品，不单质量水平不一，也无法进行高效的能量转换。本课题设计设置一

5、款内置太阳能电池的移动式电源，要求该装置对电池有防止过充、过放及输出断路等保护，充电电路使用降压方式，放电电路可使用升压方式，能够实现便捷充电等功能。在硬件方面，选用意法半导体的ARM内核的STM32F103为控制器，在对移动电源充电及对充电进行过充、过放保护选用了单节锂电池充电管理芯片BQ24010，选用脉宽控制器LM2596将电源电压变为5V，随后向智能手机等便携设备供电，并且能够保护输出过电流，用五个发光LED二极管来显示电量。使用KEIL编译软件进行设计，在线仿真和下载程序也能够通过ST-LINK仿真器来完成。本文首先对太阳能智能移动式电源基本情况进行介绍，接着对本设计的系统需求以及系

6、统原理进行分析，并确定可行的硬件方案包括控制器电路、市电到5V降压电路、移动电源充电及过充保护电路、电池电量检测电路、电源电量显示电路、系统供电管理电路、电池电压到5V输出升压电路、输出电压检测和输出断路保护电路，细致地设计每个模块的电路；同时对该系统软件部分包括定时器程序段、电量LED显示程序段等进行程序编写，最后进行针对系统进行结果分析。关键词：智能手机；移动式电源;电路设计；ABSTRACTAccording to statistics, the number of users in China to use smart phones is 250 million, which show

7、s that mobile phones have become an inseparable part in people's daily live. With the popularity of smart phones, along with a variety of problems appear, one of the most deadly is the lack of power. This technology bottlenecks greatly limits the high-speed development of smartphone. And an effi

8、cient and viable solution to this problem is the power supply of the equipment. Part of the users of smart phone, they all carry a mobile power supply, to prepare for contingencies. In response to the call of national energy saving, solar mobile powers appear not only to meet this requirement, but a

9、lso made a great contribution to the digital product battery life problems, which has gradually been accepted. While most solar mobile power products on the market, their quality is irregularity and the conversion of efficiency is generally low. This topic designed to set a built-in solar mobile pow

10、er, which requires the device to prevent batteries from overcharging ,over-discharging and the output disconnection. Charging circuit uses the step-down mode, the discharge circuit may use a booster mode, which enables convenient charging and other functions. On the hardware side, choose ST ARM core

11、 STM32F103 as controller; When facing mobile power charging and charging overcharge, over-discharge protection, we choose a single lithium battery charge management chip BQ24010; Select the pulse width controller LM2596 to make the voltage into 5V; Then supply power to smart phones and other portabl

12、e devices, and at the same time it can protect over-current; Use five light emitting LED diode to make the power display; Use KEIL compiler software for design, and the online simulation and download programs can also be accomplished by ST-LINK emulator.This paper first introduces the basic situatio

13、n of the intelligent solar mobile power supply, then carried on the analysis to the design of the system requirements and the system principle, and to determine the feasible scheme of the hardware circuit, including 3.1 controller electricity to the 5V circuit, mobile power charging and overcharge p

14、rotection circuit, battery detection circuit, power supply circuit, power display system the power supply management circuit, the battery voltage to the 5V output circuit, the output voltage and output detection circuit protection circuit, detailed design and circuit of each module; at the same time

15、 the system software includes the timer program section, power LED display program segment for programming, finally according to the system results.Key words: Smart phone;Moblie Power; Circuit design;目 录摘 要IIIABSTRACTIV目 录V第1章 绪论11.1绪论11.2课题分析11.2.1课题研究内容11.2.2课题研究意义21.3设计思路21.3.1主要任务21.3.2预期成果21.3.

16、3论文的结构安排21.4制作过程2第2章 系统方案设计32.1系统需求分析32.2原理分析32.3系统硬件方案选择4第3章 系统硬件电路设计113.1控制器电路113.2市电到5V降压电路123.3移动电源充电及过充、过放保护电路133.4电池电量检测电路133.5电源电量显示电路143.6系统供电管理电路143.7移动电源电池电压到5V输出升压电路153.8输出电压检测和输出断路保护电路15第4章 系统软件设计174.1程序结构分析174.2主程序设计174.3A/D模数转换程序段184.4定时器程序段194.5电量LED显示程序段。21第5章 系统结果分析23第6章 结论与展望256.1结

17、论256.2不足之处及未来展望25致 谢27参考文献29附 录3111第1章 绪论第1章 绪论1.1 绪论在较边远的农村及欠发达的落后的山区，有的地方没有交流电，有的则对当地居民的供、用电的时间进行限制，给对锂电池充电带来了不便；若在某些场合使用干电池的手电筒进行照明，则需经常更换干电池，不仅成本高，同时由于废弃干电池也会对环境产生危害。近年来，光伏技术发展速度飞快，太阳能的相关应用也日益增长，在安全环保节能方面，LED灯有着巨大的优势，同时也被大家广泛应用到生活中；锂电池使用寿命长，且安全可靠，在此集各家之长处，充分发挥太阳能板的优点，高效地把太阳能转换为电能，再经由中央控制器把转化电能存储

18、于锂电池之中，夜晚再将锂电池再通过中央控制器为LED灯提供能量，满足用户的照明需求。移动电源是一款便携式充电器，同时集充电与供电功能于一体，可以随时随地为智能手机等数码产品充电或待机供电。移动电源的储电单元一般由锂电芯或干电池组成。不同于内部电池，所以也叫做外挂电池。移动电源配备不同的电源转接头，具有容量大、用途广、寿命长、体积小以及安全可靠这些特点，是一种可以时时处处为多种数码产品供电或待机充电的功能性设备。目前各国相关机构都在加紧对太阳能移动电源的研究，取得一定的进展，如丹麦公司研发的一款HeLi-on太阳能移动电源由太阳能面板、储能电池组以及相关高效的电子院子构成，保证这种移动式的太阳能

19、电源能够产生能量，同样也能够吸收能量；在我国国内在里面也有相关机构对太阳能电源进行研究，如在2015年9月份郑州军诚新能源生产公司就生产出相关产品，这款移动电源拥有智能调节功能，能够调节不同的输出电压以及电流。另外一款拥有5万毫安的超大电容量的“GO Green”的太阳能移动电源也已经问世，其能够通过太阳能面板进行充电，也能够采用传统的充电方式进行充电。Solartab太阳能移动电源在同款测评之中最佳，这款太阳能充电器内部是一块13000 mAh 锂离子电池，顶部是 5W 单晶硅太阳能面板，为了最高效率的利用阳光，Solartab的保护盖充当多级支架，从而找到最适合的倾斜角度面对阳关。可以看出

20、太阳能移动电源因为其符合新能源的发展理念，在未来将拥有广泛的市场运用，目前关于太阳能移动电源的研究主要是倾向于如何有效的匹配多种充电需求的用户，同时最大程度的能够通过太阳能面板采集太阳能，实现电池的能源持续充分保持。人们对于移动电源的安全性问题可谓越来越重视，在市场秩序杂乱的情形下，其不安全因素也是日益增多。短路、过充、过放、恒流、恒压等保护措施以及高性能电源管理技术是一款良好的移动电源必须具备的。本课题设计设置一款内置太阳能电池的移动电源，要求该装置对电池有防止过充、过放及输出断路等保护，充电电路使用降压方式，放电电路可使用升压方式，能够实现便捷充电等功能。1.2 课题分析1.2.1课题研究

21、内容目前在市面上普遍使用多晶硅材质的太阳能电池板，太阳能发电站为偏远山区家用供电使用的则是这一类型，转换效率通常为15%左右，但是缺点是体积太大，不便于携带；之后柔性太阳能电池板问世，其弱光性能要比多晶硅电池板更佳，具有轻便、可弯曲等特点，适用于移动式太阳能电源。不过转换效率较之偏低，只能维持在7%-10%。1.2.2课题研究意义现在的智能手机不仅功能多了，配置也越来越好，现在已经有四核的处理器，屏幕也越做越大，手机虽好，电量不足成为了智能手机的一大缺陷，而移动电源的存在可以解决众多数码产品的电量供给问题，让大家不再为手机缺电苦恼，让人们工作、旅游更为舒心。1.3 设计思路1.3.1主要任务对

22、相关资料先进行查阅、学习，设计出完整电路，对软件进行设计仿真，最终调试成功。1.3.2预期成果在要求的时间内完成硬件/软件的设计，逐步改善并完成整个设计。1.3.3论文的结构安排第一部分，介绍整个课程设计的背景，具体分析移动电源在国内外的发展现状以及实用功能性，同时简要说明论文的结构及制作过程；第二部分，介绍系统方案设计，从系统需求及原理进行分析，再到硬件方案的比较选择；第三部分，分别详细介绍所设计的系统硬件电路以及电路中所使用的控制器芯片；第四部分，对系统软件设计进行分析，画出A/D流程图，编制相关程序；第五部分，对系统结果进行分析，包括可行性及需改进的地方；最后，结束语及致谢。1.4 制作

23、过程首先对移动电源电路原理图进行研究学习，做到充分理解，并准备本设计电路图中所需元器件及常用手工焊接工具。首先要找到各元器件相对应的位置，把它们插入到印刷板中，把各芯片引脚仔细地连接到一起，参照电路图进行焊接。焊接有以下几条原则:1、为确保各芯片工作电压正常，应先把电源线和地线进行焊接；2、对于同类的芯片，要按照次序一一焊接，完成第一片的焊接工作并检查无误，之后的同类芯片可以按照第一片的方式进行焊接，既省时又能降低失误率；3、把220V单相交流电接入，于调试成功后制作机箱，最后在机箱中安装整个装置电路。第2章 系统方案设计第2章 系统方案设计122.1 系统需求分析本文论述的电路系统设计由四部

24、分组成：充电管理电路、锂芯容量指示电路、升压电路和锂芯保护电路。如图2.1所示：充电管理电路太阳能升压电路移动式智能电源容量指示电路锂电池保护电路图2.1 系统设计方案图由目前大众的消费观和需求，一个可以提高储能效率的可移动充电电源成为一种值得去研究和设计的课题，在户外的旅行和其他不能找到市电插孔的情况下它可以说是功不可没的，本设计思路主要是能将市面上普遍的、成本低、效能高的聚合物电芯作为一种载体将能量进行储能随身携带以方便便携式设备的供电。2.2 原理分析太阳能电池板最大功率跟踪单元充电管理单元电池保护单元锂电池组5V充电器控制单元输出单元图2.2 电源系统结构示意图如图2.2所示为本电源系

25、统结构示意图，从图中可以看出，该系统由太阳能电池板、充电器、最大功率跟踪单元、充电管理单元、电池保护单元、锂电池组、输出单元组成，从而有效的完成输出断路、降压、升压等功能。本设计的硬件电路结构相对复杂，主要包括市电到5V降压电路、移动电源充电及过充、过放保护电路、移动电源电池电压到5V输出升压电路、系统供电管理电路、输出断路保护电路、电池电量检测电路、控制器电路、输出电压检测电路和电源电量显示电路。市电到5V输出降压电路中，输入为220V交流市电，经过此电路的转化，最终输出为5V直流电。移动电源充电及过充、过放保护电路的作用是防止电源电池遭到损伤，在充电过程中进行保护，避免过充过放。系统供电管

26、理电路，能够有效管理电池电压并向控制器供给电量。通过电池电量检测电路，控制器可以得到移动电源电池电压，根据相应算法得到电池电量并显示于电源电量显示电路中。当控制器通过输出电压检测电路，检测到5V输出口的电压为0时，控制器给输出断路保护电路保持关闭，移动电源没有电压输出；当控制器通过输出电压检测电路，检测到5V输出口接有需要充电的手机等便携设备时，输出断路保护电路会接收到由控制器给出的开启信号，并对便携设备进行充电指令。2.3 系统硬件方案选择在控制器模块选择方面，PLC、工控机这两种器件因其价格贵、不便于携带而不作考虑，本设计系统要求仅用单片机即能完成，所以选用意法半导体(ST)公司出品的AR

27、M微控制器STM32F103，其内核是Cortex-M3，主要应用在嵌入式应用，这款ARM在价格上相当具有竞争力，性能也比一般单片机有很大提升，配置丰富灵活、低功耗都是它巨大的优势，其模块框图如下所示。图2.3 STM32F103模块框图根据系统所需，市电到5V降压电路方案选择分析如下：若想把市电变为5V直流电，首先尝试整流市电，再经过Buck电路，但是缺点很明显：占空比太小、不便于控制脉宽，所以放弃这个选择。经多次试验最终选取这种方法：先用工频变压器将市电进行降压，整流后，变压到12V直流电，然后经过Buck降压电路，变为5V直流电。可以有以下几种方案选择：方案一：用分立元件构成Buck降压

28、电路方案。这种方法构造便利，效率有几瓦到上百瓦，但是工艺很麻烦。方法二：直接带Buck电路的集成芯片方法。这种方法，输出效率小，仅仅几瓦到十几瓦，这种技术操作简便，成本低廉，效果好，节省资源上面两种方式对比之后，决定此次使用优点多的方式二所以采用方案二,下图为LM2596内部框图。图2.4 LM2596内部框图移动电源充电过程及过度充电、过放保护电路的方法：方法一：利用分立元件方法。它有特别复杂的电路，在现实创造中，可能要花费很多的精力去实验，而且占地方，原料昂贵方法二：利用集成芯片方法。此芯片给锂电池充电的时候，假如压力比4.2大，为了防止锂电池发生过度吸电，芯片暂时停止吸取电量，可以达到使

29、用。而且这个方法，本钱少，操作便利，体积小 上面两种方式对照之后，决定此次使用优点多的方式二下图为BQ24010内部框图。图2.5 BQ24010内部框图电池电量检测电路有几种方法：方法一：电阻分压方法。这种方法理论不难，但是同时也会容易导致测量电压的不足，无论何时电流都会流通，如此做使电池的电量很容易就流失了，这样浪费了能源。方法二：因为MOSFET的导通阻力比较小，所以不会产生阻力分压的后果，当操控器 不再需要检测压力时，操控器使MOSFET闭合，阻力上不会有电流经过，所以，就能减少资源的损失。比较后我们选择了更节能的方法二。电源用量显示选择方案有两种：方法一：用液晶LCD1602来显示。

30、它能表明大部分简易的标识，在人类和机器交流的时候，这样就能有很多的判断，具有灵活性，多变性，而且成本低廉，侵占操控器的地方小，但是零件中，它的费电量大，成本高昂，占地面积大，所以不适合。方法二：用五个发光LED二极管显示。当用电数量为大于百分之九十五时，5个灯全部亮起；当电量为百分之八十到百分之九十五的时候，其中有4个LED亮起；当电量为百分之六十到百分之八十，其中3个LED亮起；当电量为百分之四十到百分之六十，其中2个LED亮起；当电量为百分之二十到百分之四十，其中1个LED亮起；当电量为百分之二十以下时，5个LED没有一个亮起。这种方法操作便利，价格低，占地面积小。比较这两种方法，方法二优

31、点更多，所以决定使用方法二。系统供电管理电路，只需要一个低压差的电源管理芯片LDO即可，如TI公司的TPS79633，体积小，纹波小，完全能满足要求，负责在用户开机或者关机的时候由电源通过它实现供电与否，下图为TPS79633结构示意图图2.6 TPS79633结构示意图当电压到5V输出升压电路有几种方法：方法一：利用分立元件方法。这种方法需要用分立元件，它有特别复杂的电路，在现实创造中，可能要花费很多的精力去实验，而且占地方，原料昂贵方法二：利用集成芯片方法。这种方法操作便利，占地面积少上面两种方法比较之后，决定此次使用优点比较多的方法二输出电压检验方式跟电源电池电压检验方法理论差不多，利用

32、低开启电压和电阻分压电阻相串联的方法。就是当电压检测芯片检验到电池电压不大于3.7时，操控器给出一个关闭消息，这个消息是给输出断路用来做电路保护的，这样就可以达到电源电池过度放电时的保护作用，当急需检验输出电压的时候，操控器给出一个开启消息，这个消息是给输出断路用作电路保护的，这样可以检验输出信号。设计参数：VIN 端适配器给内部电池恒流充电电流为1A，系统USB 输出5V，系统USB 输出最大电流为1A。电阻的选择：RS 和RCS 的精度影响采样电流的精度，因此推荐使用1%精度的电阻；对于封装，请根据电阻实际的功率计算，也可以用两个并联的形式分散热量。例如：RS 在升压时流过电流最大为2A，

33、则它最大功耗是2×2×0.04=0.16WRFB1 和RFB2 的精度影响输出电压的精度，因此推荐使用1%精度的电阻，如担心虚焊的问题也可考虑RFB1 采样两个电阻并联。电容的选择：CBAT，CSYS，COUT 电容为大电流的滤波电容，要使用钽电容，ESR 要控制在0.3 以内，针对1A系统推荐使用47uF 的容值，在成本允许的条件下，增大CSYS 会使系统更加稳定；如果对升压输出纹波要求不高，也可略微减小COUT；如果针对更大电流系统，推荐将电容相应增大。请不要随意将钽电容改为瓷片电容，在补偿不当情况下会造成环路不稳定。体积允许情况下可替换成相应或更大容值的电解电容。任何

34、情况下，选择质量较差的电容都会引起整个系统性能下降甚至无法正常工作，所以请慎重选择电容。U1(PMOS) ,U2(NMOS)的选择：对于U1(PMOS)和U2(NMOS)，因为他们工作在开关条件下，要考虑他们的导通电阻和寄生电容，导通电阻小，直流损耗小；寄生电容小，开关损耗小；然而这两个量恰恰是矛盾的，即导通电阻越小，往往寄生电容越大，因此要采取折中的办法选取。针对1A 的系统推荐使用导通电阻约为50m 或更小，寄生电容小于600pF 的管子。请慎重选择MOS，因为它会影响系统的性能和寿命。U3,U4(PMOS)的选择：对于U3 和U4，因为他们工作在直流条件下，因此只需考虑导通电阻足够小即可

35、，推荐使用导通电阻小于40m 的管子。电感L1 的选择：对于1A 充电1A 升压的系统，推荐使用4.7uH的电感，如果针对更大的电流，如1.5A 或2A，可以使用3.3uH 或2.2uH 的电感，注意最高频率尽量控制不要超过1.5MHz。电感最好使用屏蔽电感，这样会对布板和生产的要求降低。非屏蔽的电感会产生电磁场，电感绕线的方向会改变磁场的方向，干扰芯片的环路。如果一定要使用非屏蔽电感，需要SNS 和BAT 走线尽量远离电感，同时保证电感绕线方向是一致的，如果无法保证，则电感两个方向都要经过一定的实验和试产，以验证板子的可靠性才可进行大批量生产。升压带载测试：因为芯片增加了两级短路保护，所以对

36、升压带载测试时有一定要求：如果USB 接大电容负载（某些型号的负载仪电容非常大），有可能误判短路保护，如果一定要用这种情况，可以在SYS 到USB+端串接一个5k左右电阻。用电压源模拟电池时，各种型号电源的瞬态响应不同，电源线的阻抗也可能比较大，在升压带CC 或CR 负载或者带载启动时，也有可能出现短路保护的情况，带CV 负载不会出现这种情况。实际应用时，由于接的是电池，CC 或CR 的情况会改善，CV 仍然不会有问题。一般便携设备输入电容都比较小，同时它们会检测输入电压，如果输入电压不够时不会充电，因此表现的是类似CV 的特性，所以实际移动电源成品给便携设备充电时不会出现误判短路的情况。如果

37、确实需要带这种负载，可以接CTR改善带载情况，推荐取值10nF，取100nF 带载效果会更优，但是短路保护效果会变差，建议谨慎使用，更大的取值强烈不推荐。第3章 系统电路硬件设计第3章 系统硬件电路设计本课题设计要求实现充电电路使用降压方式，放电电路可使用升压方式、装置带有电量、电池有防止过充、过放及输出断路保护等功能，如图3.1为系统硬件框图，其中，主要包括九个部分：市电到5V降压电路、移动电源充电及过充、过放保护电路、移动电源电池电压到5V输出升压电路、系统供电管理电路、输出断路保护电路、电池电量检测电路、控制器电路、输出电压检测电路和电源电量显示电路。图3.1系统硬件框图33.1 控制器

38、电路图3.2就是控制器电路，其中复位按键是K1，XT1是32.768晶振，又叫表晶，32.768kHz比较容易分频以便于产生1秒的时钟频率，提供脉冲给系统实时时钟，系统主时钟频率则是8MHz，XT2即是8M晶振。复位电路是由开关K1、电阻R7、电容C1及二极管D2共同组成的，在这个时候控制器处于低电压复位的一个状态，当给单片机通入电时，也逐渐给电容供电，使复位引脚RST处保持低电压的状态，单片机复位口从1到0，达到单片机复位的功能。一旦RC电路中的C1充满电，复位引脚则保持高电压的状态，当单片机已经运作起来，这时候就表示复位成功了。当控制器正在运行的过程中，K1处于断开时，电源供电电压从C1、

39、R7处通过到地，所以复位引脚处处于高电压状态，控制器能够正常运作，反之若按下K1，电源供电电压变为0，控制器复位。 考虑到方便计时的因素，8MHz和32.768k为本次设计选用的晶振，晶体谐振电路由其与两个起振电容C9、C11与C12、C13共同组成，同时也供应了一个稳定的时钟源给单片机。第4章 系统软件设计图3.2控制器电路3.2 市电到5V降压电路如图3.3为市电到5V降压电路图，对开关电源的检测做到评价的标准应该是以安全性能、可依靠性为首要条件。当电气技艺标准能够达到能利用的需求下，带着电源在坏的处境下和意外发生错误的情景下可以进行没有危险，可以依赖的工作，因此要想出很多种电路保护的方法

40、，比方说：缺少压力、热量过高、电流过快、容易发生短路等电路的保护。但是电源过压和欠压会对开关电源产生伤害，大部分在零件因为无法接受压力而导致超出超常利用范畴所以被伤害，因此电气能力标准遭到损坏所以无法完成需求。我们必须对输入电源的上处和下处进行限定，使用过压、欠压等方法来守护电路，借此提升电源的可依靠性能和安全性能。电路在充电过程中，当单体电池的电压大于4.35V时，锂电池立即暂停充电，这样可以避免锂电池因为过度充电而坏掉。在放电途中，当电池的电压减小到2.30V时，锂电池马上暂停放电，这样可以避免锂电池因为过渡放电而坏掉，从而保护电路。图3.3市电220V到5V降压电路3.3 移动电源充电及

41、过充、过放保护电路如图3.4表示，移动电源充电的时候以及过度充电、过度放电时候对于电路的保护。在这电路中， TI的高能力单节锂电池充电管理芯片BQ24010，它的基本运作方便。当BQ24010测试到有电池时，并且正对电池充电，电池电压不大于4.2V时，发光二极管D8产生红光，说明产品正在充电过程中；当BQ24010检测到有电压等于4.2V的时候，发光二极管D8不亮，发光二极管D9产生绿光，表示充电结束。图3.4移动电源充电及过充、过放保护电路3.4 电池电量检测电路如图3.5是电池电量检测电路。这当中，MOSFET使用SPP2341，它的开始电压最少可以达到1.8V，而且导通电阻只有65m，封

42、装为SOT-23，可以使用在低电压装置里，当控制器端口BAT_VCON端输出处在低电平状态时，三极管J9未导通，电阻R25两侧电压是0，也就是表示MOS管栅极和源极间之间的电压大约为0，MOSFET不会接通，控制器A/D模数转换端口BAT_DET电压大概为0；当控制器端口BAT_VCON端输出处在高电平状态时，三极管J9可以接通，电阻R25两侧电压大约为2V，这时MOSFET开启，控制器A/D模数交换接口BAT_DET电压为电池电压二分之一。图3.5 电池电量检测电路3.5 电源电量显示电路如图3.6为电源电量LED的显示电路。当电量大于百分之九十五的时候，五个LED全部亮起；当电量在百分之八

43、十到百分之九十五时候，这当中的四个LED亮起；当电量为百分之六十到百分之八十的时候，当中的三个LED亮起；当电量为百分之四十到百分之六十的时候，当中两个LED亮起；当电量为百分之二十到百分之四十的时候，当中的一个LED亮起；当电量为百分之二十以下时，没有一个LED亮起。图3.6电源电量LED显示电路3.6 系统供电管理电路如图3.7所示是一个系统供电管理电路。其中应用了TI公司的高配置编程管理芯片。当开关S1闭合的时候，也就是使用者开机的时候，电池会通过TPS79633给控制器提供电流，紧接着产品开始工作；当开关S1断开的时候，就表示使用者要关机了，电池不能通过TPS79633给操控器提供电源

44、。图3.7系统供电管理电路3.7 移动电源电池电压到5V输出升压电路如图3.8所示它是一个电压到5V才能够输出的升压电路。在这当中，LM3478为TI的较高功能脉宽操控器芯片，低压使用的时候，电压的MOSFET（IRF7807）、10uH电感L1和快恢复二极管1N4148一起构成BOOST升压电路。在这当中，电阻R20和电容C7决定了这条电路有100KHz的固定开关频率；电阻R14和电阻R21一起组成分压电路，把输出5的消息告诉给脉宽操控器，这样即使载重有变化，输出也能不变；电阻R22把电流限制为2A，若负载电流超过2A，就表示输出闭合，MOSFET不会接通，输出从5V改变成0的时候，这样，电

45、路就得到了保护，同时也减少了由于电流的原因造成的产品伤害。图3.8移动电源电池电压到5V输出升压电路3.8 输出电压检测和输出断路保护电路如图3.9所示为输出电压监控和输出电路用于对集成电路的守护，它的做工理论和电源电池电压测控电路理论大致相同。在这里面，如果在控制器端口VOUT_CON端输出为低电压这种情况下，是没有办法接通三极管J2的，而且电阻R3两侧电压也是0，也就是MOSFET的VGS大致是0，从而导致端口VOUT_DET电压也基本是0；当控制器端口VOUT_VCON端输出为高电压的时候，三极管J2接通，电阻R3两侧电压为2V，MOSFET启动，控制器A/D模数转换端口VOUT_DET

46、电压为输出电压的二分之一。 当电源电池电压检测芯片检测到电池电压不会大于3.7时，控制器会发出一个关闭消息，这个消息是给输出断路的，就这样进行对电池的保护；如果我们需要检测输出电压的时候，控制器就会给出一个开始消息，这个消息是给输出断路的，然后我们就测出输出信号的值。图3.9输出电压检测和输出断路保护电路第4章 系统软件设计44.1 程序结构分析本设计中软件部分起到了非常重要的作用,设计的是否完美主要取决于软件的设计。本设计的软件需要完成的任务是： 分析问题：熟悉所需的具体问题，了解情况和要求的操作和控制，完成精确的程序所需的任务。 确定算法：根据设计要求和指挥系统的特点，选择了解决问题的方法

47、。 设计程序流程图：比较直观地表现出了程序的设计思想。 分配内存单元：确定程序和数据区的起始地址。 编写源程序：根据流程图和指令系统编写源程序。 调试源程序：首先生成目标文件，并消除错误的语法，然后在用户板上调试，达到期望要求。4.2 主程序设计主程序流程图如图4.1所示。图4.1 主程序流程图主程序中，首先对系统进行初始化。初始化所完成的是对系统中所用到的资源的控制寄存器等赋初值（如相关I/O口方向进行初始化、定时器初始化、A/D模数转换程序段初始化等）。4.3 A/D模数转换程序段图4.2 模数转换A/D流程图当地址为000时（ADC1为低位），模拟开关选通输入通道IN0；地址为001时，

48、选通IN1；依次类推，地址为111时，模拟开关选通IN7。ALE为地址锁存有效信号，外部时钟CLK为A/D转换器提供同步脉冲，最高工作频率为640kHz。START信号用于启动A/D转换。EOC为转换完成信号，启动转换后，EOC变为低电平，转换完成后变为高电平，此信号可用作向单片机提出中断申请，或者作为查询信号。OE为三态缓冲器的输出允许信号，高电平时，缓冲器从D0D7脚输出转换数据。其A/D模数转换程序段部分如下：void ADC1_configuration(void)ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; ADC_DeInit(ADC1); ADC_Init

49、Structure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;/ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;/模数转换工作在单通道ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;/模数转换工作在单次转换模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;/转换由软件而不是外部触发启动ADC_InitStructure.ADC_DataAlig

50、n = ADC_DataAlign_Right;/ADC数据右对齐ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;/顺序进行规则转换的ADC通道的数目ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);/根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);/使能指定的ADC1/* Enable ADC1 reset calibaration register */ ADC_ResetCalibration(ADC1);/重置指定的ADC1的校准寄存器/* Check the

51、end of ADC1 reset calibration register */while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1);/获取ADC1重置校准寄存器的状态,设置状态则等待/* Start ADC1 calibaration */ADC_StartCalibration(ADC1);/开始指定ADC1的校准状态/* Check the end of ADC1 calibration */while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1);/获取指定ADC1的校准程序,设置状态则等待/* Start ADC1 Software C

52、onversion */ /ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);/使能指定的ADC1的软件转换启动功能/获得ADC值/ch:通道值 03 uint16_t Get_Adc(uint8_t ch) /设置指定ADC的规则组通道，设置它们的转化顺序和采样时间ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5 );/ADC1,ADC通道ch,规则采样顺序值为1,采样时间为239.5周期 /* Start ADC1 Software Conversion */ ADC_SoftwareS

53、tartConvCmd(ADC1, ENABLE);/使能指定的ADC1的软件转换启动功能 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC );/等待转换结束return ADC_GetConversionValue(ADC1); /返回最近一次ADC1规则组的转换结果4.4 定时器程序段图4.3定时器A/D流程图首先将数据线接在定时器3上，读写控制端也分别接在定时器的读写上，CLK接一个时钟脉冲，GATE接到开关电源控制的继电器上，OUT端接到定时器的中断信号上，每一次减一都申请一次中断。具体定时器程序段部分如下：void TIM3_Configura

54、tion(void)/* TIM3 clock enable */RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);/* -TIM3CLK 即PCLK1=36MHzTIM3CLK = 36 MHz, Prescaler = 7200, TIM3 counter clock = 5K,即改变一次为5K,周期就为10K- */* Time base configuration */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 5000; /设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值计数到5000为500msTIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(7200-1); /设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值10Khz的计数频率 TIM_T