【《某蓄电池智能充放电控制器的硬件方案设计案例》4400字】

第2章设计方案选择某蓄电池智能充放电控制器的硬件方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u7955某蓄电池智能充放电控制器的硬件方案设计案例 第3章硬件设计3.1系统硬件设计蓄电池智能充放电控制器系统分为：电源电路，继电器控制电路，温度，电压检测电路，显示电路。设计结构图如下：充电控制驱动电路AT充电控制驱动电路AT89S52单片机开关电源模块继电器继电器LCDLCD液晶显示温度传感器温度传感器放电控制MOS管放电控制MOS管蓄电池图3-1系统结构框图 整个电路包括：开关电源电路为蓄电池提供电源，单片机通过控制驱动电路和MOS管来实现充放电控制，单片机对蓄电池充放电的电压采样通过继电器来防止蓄电池过充过放，为了单片机和蓄电池在正常温度范围工作，加入温度传感器，防止过温工作，最后在LCD1602液晶上显示电压，温度，电量。3.2AT89S52单片机核心系统电路设计单片机最小系统是指让单片机运行中由最少的电路完成，下列图3-2是构成AT89S52单片机最小系统。复位电路：手动&上电复位，C1和R1构成单片机的上电复位电路。在C1两端并联KEY1是手动复位。时钟电路：C2、C3和Y构成单片机的时钟电路。图3-2单片机最小系统原理图表3-1AT89S52主要性能表：编号说明1与MCS-51单片机产品兼容；28K字节在系统可编程Flash存储器；31000次擦写周期；4全静态操作；0Hz-33MHz;5三级加密程序存储器；632个可编程I/O口线；7三个16位定时器/计数器；86个中断源；9全双工UART串行通道；10低功耗空闲和掉电模式；11掉电后中断可换醒；12看门狗定时器；13双数据指针；14掉电表示符。3.3控制电路设计3.3.1BUCK电路设计DC/DC变换是将震荡电路的直流电压变换成电路所需要的直流电压，BUCK电路也称为直流斩波[4]。它有两种类型，即线性变换器和开关变换器。变换器的工作效率高，具有灵活的正负极性，被人们广泛使用。图3-3BUCK变换器电路原理图3.3.2驱动电路设计(1)TLP250功率驱动模块因为控制单元PWM脉宽调制电路比较弱需要三极管进行放大，为了系统的不受到其他因素的干扰，该设计采用带光电隔离的MOSFET驱动芯片TLP250来实现系统功能，TLP250是一种直接驱动小功率MOSFET和IGBT的功率型光耦，其最大驱能力达1.5A。选用TLP250光耦，不仅保证了功率驱动电路与PWM脉宽调制电路的可靠性，又具备直接驱动MOSFET的能力，让驱动电路简单化。TLP250的驱动主要举报以下特征：输入阈值的电流IF=5mA(max);电流的电源ICC=11mA(max);电压电源(VCC)=10~35V;输出电流IO=0.5A(min);开关时间tpLH/tpLH=0.5us(max).(2)硬件回路的设计控制系统的整体结构如图3-4所示，其PWM控制信号经过转速调节控制算法的解算之后，由AT89C52的PWM口输出。经过TLP250芯片驱动电路，经过放大和整形之后驱动功率MOSFET管（IRF840）。输入电枢组的直流电压经过PWM斩波调制之后形成所需要控制直流电压。通过LM7815稳压器为TLP250提供15V稳压电源，保证其正常工作。图3-4驱动电路原理图3.3.3电压光耦隔离采样图3-5电压光耦隔离采样原理图充电采用PWM控制原理实现对蓄电池充电的控制[6]，设计中选用P沟道MOSFET管作为开关控制器件。在MSOFET管和单片机控制端之间加入了光电耦合器件，主要的目的是将充电回路与单片机之间隔离开来，提高点了的安全性和稳定性，避免电压串扰损坏单片机。3.3.4充电电路设计图3-6充电电路原理图PWM脉宽调制信号由单片机提供，控制开关管的通断。MOSFET、二极管、电感、电容构成BUCK电路。在充电电路工作过程中，PWM控制信号输出高电平脉冲出现使MOSFET管导通，PWM控制信号输出低电平脉冲出现使MOSFET管截止。

单片机输出电流通过PWM脉宽调制为占空比例来调节，控制涓流充电过程、恒流充电过程、恒压充电过程、浮充电过程，完成最终充电。3.4放电回路电路设计图3-7放电回路原理图放电回路是由一个P沟道场效应管IRF4905和大功率负载构成的放电回路，当蓄电池电压值范围小于11.6V时，单片机就自动给场效应管RIF4905一个低电平信号，让它断开放电回路。防止蓄电池过度放电。3.5LCD1602液晶显示模块电路设计在生活中液晶显示器被人们用于显示输出，显示的主要是数字、专用符号、字母。在许多的电子产品中可以看到它，如计数器、电子表、MP3、充电宝。LCD1602是一种工业字符型液晶，可以显示32个字符，显示器可以恒定发光，保持色彩和亮度。系统中采用LCD1602显示器作为温度，电压和电量采集信息的输出。一、LCD1602主要技术参数如表3-2：表3-2LCD1602技术参数显示容量：16*2字符芯片工作电压：工作电流：模块最佳工作电压：字符尺寸：4.5~5.52.0mA(5V)5.0V2.95*4.35(WXH)mm二、LCD1602其接口的引脚作用说明如表3-3：表3-3引脚说明图编号符号引脚说明编号符号引脚说明12345678VSSVDDVLRSR/WEDOD1电源地电源正极液晶显示偏压信号数据/命令选择端(H/L)读/写选择端(H/L)使能信号DateI/ODateI/O910111213141516D2D3D4D5D6D7BLABLKDateI/ODateI/ODateI/ODateI/ODateI/ODateI/O背光源正极背光源负极1602液晶显示模块的读写操作，通过单片机指令编程来实现，以及显示器内部控制器有11条控制指令，如表3-4所示：表3-4LCD读写控制命令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000000DCB5光标或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存储器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址00BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数01读出的数据内容系统中采用LCD1602液晶显示器作为温度，电压和电量的信息输出显示。电位器可以调节LCD1602的清晰度。其电路原理图如下图3-8所示。图3-8LCD1602液晶显示电路原理图3.6DS18B20温度传感器表3-5温度传感器引脚说明引脚8脚SOIC引脚PR35符号说明51GND地42DQ单线运用的数据输入/输出引脚：漏极开路见“寄生电源”一节。33VDD可选VDD引脚。有关连接的细节见“寄生电源”一节。DS18B20测温范围-55°C~+125°C。DS18B20是数字温度传感器，为9位温度的读数,测量器件的温度信息，如图3-8所示将温度信息通过P32接口送入或送出DS18B20，从DS1820到中央处理器仅需一条线（和地）连接。数据线本身可以提供读取温度和温度变换所需的电源，不需要接入外部电源。 图3-9温度传感器原理图DS18B20温度传感器有三个接口，接口1是接电源，工作电压在3~5.5V；接口2是传感器和单片机通信的的端口，输出输入数据端口，为了提供足够的电流，加一个上拉电阻；第三个接口接地。3.7ADC0832转换电路设计AD0832的性能特点如图表3-6所示表3-6AD0832的特点符号说明18位分辨率；2双通道A/D转换；3输入输出电平与TTL/CMOS想兼容；45V电源供电，输入时电压在5V之间；5工作频率为250KHZ，转换时间为32us;6一般功耗仅为15mW;78P,14P-DIP(双列直插)，PICC多种封装；8商用级芯片温宽为0°C~70°C，工业级芯片温宽为-40°C~85°C图3-10AD0832的引脚图表3-7AD0832的引脚说明符号引脚说明1CS-片选使能，低电平芯片使能2CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用3CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用4GND芯片参考零电位（地）5DI数据信号输入，选择通道控制6DO数据信号输出，转换数据输出7CLK芯片输入8VCC/REF电源输入及参考电压输入（复用）图3-11AD转换原理图3.85V继电器控制电路（低电平有效）继电器是一种常用的电子控制装置，是小型功率继电器10A触点切换功能，本设计采用如下图所示的继电器，控制电流电压。具有一组常开，一组转换触点形式。通常继电器被用各种自动化控制电电流电压路中，也就是用小功率电流来控制大功率电流运行的一种“自动开关”。它是具有隔离功能的。被广泛应用于