【《电动自行车智能充电器的硬件和软件设计案例》2800字】

电动自行车智能充电器的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-2"\h\u18796电动自行车智能充电器的硬件和软件设计案例 151311.充电器硬件系统设计 1182261.1充电器原理图 125311.2降压、整流与滤波电路 2117281.3稳压电路 3155471.4基准电路 391751.5开关电源电路 4263911.6采样电路与A/D转换电路 4222891.7报警电路 5121982电动自行车智能充电器的软件设计 6274692.1充电系统主程序设计 6274742.2数据采集程序设计 622433电动自行车智能充电器的实验与调试 8298573.1硬件电路的试验 8200683.2程序的调试 8274493.3充电器使用的注意事项 91.充电器硬件系统设计1.1充电器原理图本次所设计的智能充电器原理如图1.1所示，接下来本文将详细讲述各个重要的电路系统。图1.1充电器电路原理图1.2降压、整流与滤波电路电源电路的主要作用是将对输入电路的电流进行降压，采取的220V交流电利用变压器转换成所要的额定电压。通过桥式整流器把交流电进行整流成直流电，利用电解电容的手段展开滤波，然后在通过稳压器进行稳定滤波，最终将其传递到整个电路。本次设计所使用的地电源电路主要由以下几个元器件组成，保险管、变压器、桥式整流器、电解电容以及三端稳压器。在最终的稳压链路，LM7805需要获得5V的DC输出。按照LM7805的数据表，若是要获取5V的直流输出，则LM7805的输入应该是10V，所以在降压链路中，需将220V的电压减小到10V。随之采取桥式整流电路将交流电整流为直流电，电流的方向不再发生改变，但电流还是根究正弦方式进行变化的，是就有脉动特性的直流电。由此我们可以知道，需要通过滤波电路滤掉纹波，我们采用两个装置进行滤波，其主要功能基本相同。采用C8进行低频滤波，C8是大电容，电解电容，通过充放电，使电压的脉动成分减少，保持电压的基本稳定。C2是小电容，对于高频信号容抗较小，能够起到高频滤波过滤的效果。本次设计的电源电路如图1.2所示。图1.2降压、整流与滤波电路1.3稳压电路图1.3稳压电路稳压电路如图1.3所示，经整流滤波之后，直流电流经稳压电路，通过三段可调稳压器LM317稳压，在稳压之后，得到我们所需的20.2V的直流电。LM317在设计中经常使用，之所以应用如此广泛，是因为他是一种使用方便极为方便的集成稳压块，其输出电压还可根据要求进行调整。1.4基准电路图1.4基准电压电路本次结合TL431的恒压概念，制成了两个基准电压：5V与2.5V。可以投入到单片机、AD0809电源还有比较运放U3：A的正极。1.5开关电源电路图1.5开关电源电路开关电源电路可见图1.5所示，发射极得到脉冲方波，最大值近似等于集电极电压（集电极电压是通过稳压电路得来），最小值比较接近0V。利用MCU程序通过调整脉冲方波的占空比进行调节输出电压。随即电流会流过LC滤波器，滤波器会将脉冲电压进行滤波，并将其变成稳定的DC电路，相比于脉冲电压能够提高蓄电池的充电效率。1.6采样电路与A/D转换电路图1.6采样电路采样电路如图1.6所示，采样电路采用ADC0809采集蓄电池两端的电压。蓄电池通过负极与大约2欧的采样电阻进行连接。所以，收集来的负电压U1是施加到采样电阻器的电压。根据欧姆定律：I等于U/R知，采样电流I1等于U1/2。因为蓄电池的正电压相对大，因此无法通过ADC0809进行转换，因此制定了不同的电阻进行串联分压。1.7报警电路本文设计的声音报警电路如图1.7所示，从图中我们能够看出，该声音报警器主要由三部分组成：定时器、扬声器以及绿色发光二极管。定时器与单片机进行连接，并且新增低频多谐振荡器，这个定时器利用单片机的P1，4引脚，可以输出间隙为一秒的高低脉冲信号。输出脉冲可以通过电容器输送到扬声器，从而产生高低交加的警报声。并且，高低电平还会让脉冲信号与发光二极管进行连接，使其和扬声器产生同步闪烁的效果。图1.7报警电路4电动自行车智能充电器的软件设计2.1充电系统主程序设计本次将STC89C51RC作为设计的中心组件。主程序选择C语言展开，它可以让物理地址进行访问，所以能够在硬件上直接展开操作。下面图2.1展示了系统流程。图2.1主程序流程图2.2数据采集程序设计该设计采取单片机的P1.5，P1.6和P1.7进行引脚，连接上A/D转换器ADC0832的地址输入线。单片机的P1.2引脚与ADC08030中CLOCK端进行连接，通过程序发出500HZ的时钟信号。脉冲宽度调制（PWM）说的是采取数字输出，通过微处理器去控制模拟电路，这种方法可以有效对模拟信号电平展开数字编码。这一程序可以让三角波和基准电压进行对比，以生成脉冲方波。利用改善模拟值，方波的占空比会发生变化。原理图如图2.2所示：(a)基准电压为0V(b)基准电压为1V图2.2PWM控制器原理图由图2.2可知，改变基准电压，就能改变输出方波的占空比。3电动自行车智能充电器的实验与调试3.1硬件电路的试验为了检测单片机是否能够完好的控制开关电源，及充电器的输出，人为的在程序中设置一些参数，并记录充电器的输出。其数据如表3.1所示：表3.1程序模拟值与输出电压的对比单片机模拟值a（0-225）输出电压V0(V)01.071288.919211.021012.025516.5V0=Ton×（V1-Vce）+Toff×V2(5-1)其中V1为三极管Q2集电极电压,V2为三极管关闭时发射极的电压Ton=a/255(5-2)Toff=1-Ton(5-3)由此可看出，实际检测值跟理论上算出来的数据有一定的误差，但是他的变化规律还是和理论值相同。因此，要输出一个确定的电压，不能根据以上的公式直接算出模拟值a。在设计程序时，通过多次实验，确保输出电压为理想值。在进行取样试验时，先要更明确地掌握由单片机产生的电压值，将通过交替采样ADC0809取得的电压值设计为交替显示在数字管上，然后通过万用表测试相同位置的电压，来作比较。其实验数据如图3.2所示：图3.2程序模拟值与输出电压的对比通道0显示值通道0测试值通道1显示值通道1测试值1V1.05V13V11.11V2V2.02V15V13.09V实验发现ADC0809检测电压基本准确，采样电路设计符合要求。3.2程序的调试实验程序采用keiluvision3编写并调试。要先把编写的程序划分成不同的模块，即AD转换和PWM控制。编完初始程序后，首先将其下载到仿真系统中以查看是是不可以实现相应的功能。当这两大模块都能够实现了，再结合在一起，写出总程序，并增加一些其他功能。图3.1AD转换仿真AD转换模块仿真如图3.1所示，当采样电压为1.15V时，数码管将他放大100倍显示。图3.2PWM控制仿真PWM控制模块仿真如图3.1所示，充电器的输出值能够随随单片机接收到的输入值的变化而变化。3.3充电器使用的注意事项对于电动自行车来说，车用蓄电池充电器的使用和选择也是至关重要的，在充电器的选择时，我们应该选用具有质量保证的高性能充电器，劣质的充电器不仅会影响蓄电池的使用寿命，甚至对我们的安全也会造成危害。为了保证我们的生命和财产安全，我们就应该慎重选择蓄电池充电器的使用。（1）在电动车充电时，应当选用原装充电器，这样才能够保证蓄电池的使用寿命。在不能使用原装充电器时，也应当循着符合国家标准和厂家要求的大牌充电器，以保证蓄电池能够达到预期使用寿命。（2）在电动自行车的日常使用中