基于單片機(jī)的智能充電器的設(shè)計(jì)及報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 重慶交通大學(xué)電子信息工程07級(jí)3班 綜合電路設(shè)計(jì)報(bào)告標(biāo) 題： 智能充電器的設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 者： XXX 學(xué) 號(hào)： XXX 指導(dǎo)教師： XXX 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2010 年 5 月 25 日智能充電器的設(shè)計(jì)【摘要】隨著手機(jī)在世界范圍內(nèi)的普及，手機(jī)電池充電器的使用越來(lái)越廣泛。充電器種類繁多，但從嚴(yán)格意義上講，只有單片機(jī)參與處理和控制的充電器才能稱為智能充電器。該設(shè)計(jì)利用51單片機(jī)的處理控制能力實(shí)現(xiàn)充電器的智能化，在單片機(jī)的控制下，具有預(yù)充、充電保護(hù)、自動(dòng)斷電和充電完成報(bào)警提示功能。該設(shè)計(jì)包括了六個(gè)功能模塊：· 單片機(jī)模塊：實(shí)現(xiàn)充電器的智能控制，如自動(dòng)斷電，充電完成報(bào)

2、警提示。· 充電過程控制模塊：采用專用的電池充電芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過程的控制。· 光耦模塊：控制通電和斷電，在電池充滿電后及時(shí)關(guān)斷充電電源。· 充電電壓提供模塊： 將一般家用交流電壓經(jīng)過變壓器、電壓轉(zhuǎn)換芯片等轉(zhuǎn)換為5V直流電壓。· 電壓測(cè)試模塊：利用AD轉(zhuǎn)換把充電電池兩端的電壓通過數(shù)碼管顯示出來(lái)。· C51程序：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電池充電芯片實(shí)現(xiàn)充電過程的自動(dòng)化，并根據(jù)充電狀態(tài)給出有關(guān)的指示?！娟P(guān)鍵字】單片機(jī)、電壓轉(zhuǎn)換、MAX1898、智能、充電器【目錄】一、設(shè)計(jì)綜述 1二、基本方案 2三、軟硬件設(shè)計(jì) 4 四、軟硬件仿真 11五、測(cè)試 12六、設(shè)計(jì)體會(huì) 1

3、3七、參考文獻(xiàn) 14一、設(shè)計(jì)綜述手機(jī)電池的使用壽命和單次使用時(shí)間預(yù)充電過程密切相關(guān)，鋰電池是手機(jī)最為常用的一種電池，它具有較高的能量重量比、能量體積比，具有記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電多次，使用壽命較長(zhǎng)，價(jià)格也越來(lái)越低。鋰電池對(duì)于充電器的要求也比較苛刻，需要保護(hù)電路，為了有效利用電池容量，須將鋰電池充點(diǎn)值最大電壓，但是過壓充電會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞，這就要求較高的充電精度。而大部分充電器多采用大電流的快速充電法,在電池充滿后如果不及時(shí)停止會(huì)使電池發(fā)燙， 過度的充電會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命 。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過充，一般充電到90%就停止大電流快充，而采用小電流涓流補(bǔ)充充電，這樣就使充電時(shí)間

4、增長(zhǎng)了。一部好的充電器不但能在短時(shí)間內(nèi)將電量充足，而且還可以對(duì)鋰電池起到一定的維護(hù)作用，修復(fù)由于記憶造成的記憶效應(yīng)，即電池容量下降現(xiàn)象。設(shè)計(jì)比較科學(xué)的充電器往往采用專用充電芯片配合單片機(jī)控制的方法。專用的充電芯片可以檢測(cè)出電池充電飽和時(shí)發(fā)出的電壓變化信號(hào)，比較精確的結(jié)束充電工作，通過單片機(jī)對(duì)這些芯片的控制，可以實(shí)現(xiàn)充電過程的智能化，以縮短充電時(shí)間，同時(shí)能夠維護(hù)電池，延長(zhǎng)電池使用壽命。另外，比起一般充電器，智能充電器還增加了充電電壓的顯示，讓我們能直觀的看到電池的由預(yù)充、快充、滿充充電階段，從而加強(qiáng)對(duì)電池的維護(hù)。二、基本方案（一）方案分析該設(shè)計(jì)采用逐個(gè)功能模塊分析再組合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)方案。1、單片

5、機(jī)模塊智能的實(shí)現(xiàn)利用單片機(jī)控制,經(jīng)過分析，單片機(jī)芯片可以選擇Atmel公司的AT89C52，來(lái)控制充滿電時(shí)蜂鳴器報(bào)警聲，以及通過中斷控制光耦器件通電和斷電。2、充電過程控制模塊根據(jù)手機(jī)鋰電池的需求特性，選擇采用Maxim公司的MAX1898作為電池充電芯片。充電芯片Max1898的內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測(cè)器、充電電流檢測(cè)器、定時(shí)器、溫度檢測(cè)器和主控器，輸入電流調(diào)節(jié)器用于限制總輸入電流，包括系統(tǒng)負(fù)載電流與充電電流，但檢測(cè)到輸入電路大于設(shè)定的門限電流時(shí)，通過降低充電電流從而控制輸入電流，Max1898外接限流型充電電源和PNP功率三級(jí)管，可對(duì)單節(jié)鋰電進(jìn)行有效的快充，它通過外接電容設(shè)定充

6、電時(shí)間，通過外接電阻設(shè)置最大充電電流。 定時(shí)電容C和充電時(shí)間Tchg的關(guān)系式滿足：C=34.33×Tchg 最大充電電流Imax和限流電阻Rset的關(guān)系式滿足：Imax1400/Rset 3、光耦模塊為了在充滿電后能及時(shí)關(guān)斷充電電源，則需要引入一個(gè)光耦模塊芯片6N137。6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850 nm波長(zhǎng)AlGaAs LED和一個(gè)集成檢測(cè)器組成，其檢測(cè)器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電

7、流。6N137光耦合器的真值表如下：6N137光耦合器的真值輸入“+”ENOUTPUT輸入“+”ENOUTPUT1100010111NC01010NC14、充電電壓提供模塊：由于一般家用電壓為+220V交流電壓，需要設(shè)置一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電路將+220V交流電壓轉(zhuǎn)換成+5V直流電。首先用變壓器將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成7V交流電，經(jīng)過橋式整流變成直流電，再利用電壓轉(zhuǎn)換芯片LM7805將7V直流電壓轉(zhuǎn)換為5V直流電壓。5、電壓測(cè)試模塊該部分采用AD轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)充電電壓的現(xiàn)實(shí)。采用中斷觸發(fā)，基本原理是將一段時(shí)間內(nèi)的輸入模擬電壓 Ui 和參考電壓UR 通過兩次積分，變換成與輸入電壓平均值成正比的時(shí)間間隔,再變

8、換成正比于輸入模擬信號(hào)的數(shù)字量。把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換原理為：其中，n為準(zhǔn)換后的二進(jìn)制位數(shù)，dn-1d0 為具體二進(jìn)制位。UR 為參考電壓，UA為顯示電壓。（二）方案實(shí)現(xiàn)功能方案實(shí)現(xiàn)的功能，即充電過程： · 預(yù)充 在安裝好電池之后，接通輸入直流電源，當(dāng)充電其檢測(cè)到電池時(shí)將定時(shí)器復(fù)位，從而進(jìn)入預(yù)充過程，在此期間充電器以快充電流的10給電池充電，使電壓、溫度恢復(fù)到正常狀體，預(yù)充電時(shí)間由外接電容C9確定，如果在預(yù)充時(shí)間內(nèi)電池電壓達(dá)到2.5V，且電池溫度正常，則進(jìn)入快充過程；如果超過預(yù)充時(shí)間后，電池電壓低于2.5V，則認(rèn)為電池不可充電，充電器顯示電池故障，由單片機(jī)發(fā)出故障指令，LED

9、指示燈閃爍， · 快充 快充就是以恒定電流對(duì)電池充電，恒流充電時(shí)，電池的電壓緩慢上升，一旦電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓時(shí)，恒流充電終止，充電電流快速遞減，充電進(jìn)入滿充過程， · 滿充 在滿充過程中，充電電流逐漸遞減，直到充電速率降到設(shè)置值以下，或滿充超時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)入頂端截止充電，頂端截止充電時(shí)，充電器以極小的充電電流為電池補(bǔ)充能量，由于充電器在檢測(cè)電池電壓是否達(dá)到終止電壓時(shí)有充電電流通過電池電阻，盡管在滿充和頂端截至充電過程中充電電流逐漸下降，減小了電池內(nèi)阻和其它串聯(lián)電阻對(duì)電池端電壓的影響，但串聯(lián)在充電回路中的電阻形成的壓降仍然對(duì)電池終止電壓的檢測(cè)有影響，一般情況下，滿充和頂端

10、截止充電可以延長(zhǎng)電池510的使用時(shí)間， · 斷電 當(dāng)電池充滿后，Max1898芯片的2腳Chg發(fā)送的脈沖電平會(huì)由低變高，這將會(huì)被單片機(jī)檢測(cè)到，引起單片機(jī)的中斷，在中斷中，如果判斷出充電完畢，則單片機(jī)將通過P2.O口控制光耦切斷L7805向Max1898供電，從而保證芯片和電池的安全，同時(shí)也減小功耗。· 報(bào)警當(dāng)電池充滿后，MAX1898芯片的2引腳/CHG發(fā)送三、軟硬件設(shè)計(jì)（一）硬件部分1、單片機(jī)控制設(shè)計(jì)，電路如下：電路說(shuō)明如下：（1） P3.1腳控制發(fā)出報(bào)警聲提示；（2） P3.0腳輸出控制光耦器件，在需要的時(shí)候可以及時(shí)關(guān)斷充電電源。外部中斷0由充電芯片MAX1898的充電

11、狀態(tài)輸出信號(hào)經(jīng)過反向后觸發(fā)2、充電部分：該部分為設(shè)計(jì)的主核心部分，利用MAX1898配合外部PNP組成完整的單節(jié)鋰電池充電器。電路圖具體說(shuō)明：（1）MAX1898的電壓輸入腳IN輸入電壓范圍為4.5 V 12V，鋰電池的充電方式要求是恒流、恒壓方式，所以電源輸入需要采用恒流恒壓源。（2）PNP場(chǎng)效應(yīng)管為電壓放大型器件,輸入阻抗高,耐壓高，通過外接的PNP場(chǎng)效應(yīng)管提供鋰電池的充電接口。（3）引腳CT通過外接的電容CCT 來(lái)設(shè)置快充時(shí)的最大充電時(shí)間tCHG 。100 = 34.33×tmax（4）引腳ISET通過外接電阻RSET來(lái)設(shè)置最大充電電流Ifast。關(guān)系式如下：Ifast =14

12、00/2.8×103電路圖如下：3、光耦控制部分，實(shí)現(xiàn)電路如下：電路說(shuō)明：即當(dāng)GATE輸入為低電平時(shí)，OUTPUT輸出為高電平；當(dāng)GATE輸入為高電平時(shí)，OUTPUT輸出為低，即斷電。4、充電電壓轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電路模塊如下：5、充電電壓顯示，該部分其實(shí)就是一個(gè)AD轉(zhuǎn)換，原理圖如下：電路圖中的兩組電容，其作用是濾波。6、總電路（總電路實(shí)際上是由第5部分的充電電壓和下圖構(gòu)成）（二）軟件部分1、程序流程圖啟動(dòng)定時(shí)器0？t_count=0初始化Int0_count0= 0？While（1）外部中斷0服務(wù)子程序返回Int0_count+NoYes開始關(guān)閉T0中斷和外部中斷充電出錯(cuò)t _count

13、+關(guān)閉T0計(jì)數(shù)t _count >600?定時(shí)器0服務(wù)子程序int 0_count=1?充電完畢，蜂鳴器報(bào)警，切斷電源返回YesNoNoYes啟動(dòng)T0計(jì)數(shù),同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，顯示電壓2、程序代碼及說(shuō)明/防止BattCharger.h被重復(fù)引用的h文件#ifndef_BATTCHARGER_H #define_BATTCHARGER_H#include <reg51.h>sbit GATE = P30;sbit BP = P31;uint t_count,int0_count;#endif/*主程序*/#include "reg52.h"#include

14、"ABSACC.h"#include "intrins.h"#include "BattCharger.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define PORTA4 XBYTE 0x7F8Fuchar tab=0xc0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0;uchar tab2=0xC7,0xCB,0xD3,0xF3;uchar SEGPT2=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x9

15、0,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;unsigned int Num; unsigned int getdata; uchar keydata;uchar selectkey;unsigned int date;sbit CLOCK=P35;uint tt=0;/* 延時(shí)子程序 */void delay(Num) unsigned int ii; for(ii=0;ii<Num;ii+) /*定時(shí)器0和中斷0控制充電過程*/* 定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序 */void timer0() interrupt 1 using 1TR0 = 0;/ 停止計(jì)數(shù)TH0 =

16、-5000/256;/ 重設(shè)計(jì)數(shù)初值TL0 = -5000%256;t_count+;if (t_count>600)/ 第一次外部中斷0產(chǎn)生后3sif (int0_count=1)/ 還沒有出現(xiàn)第二次外部中斷0，則認(rèn)為充電完畢GATE = 0;/ 關(guān)閉充電電源BP = 0;/ 打開蜂鳴器報(bào)警 else/ 否則即是充電出錯(cuò)GATE = 1;BP = 1;ET0 = 0; / 關(guān)閉T0中斷EX0 = 0; / 關(guān)閉外部中斷0int0_count = 0;t_count = 0;elseTR0 = 1;/ 啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)/* 外部中斷0服務(wù)子程序 */void int0() interrupt

17、 0 using 1if (int0_count=0)TH0 = -5000/256;/ 5ms定時(shí)TL0 = -5000%256;TR0 = 1;/ 啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)t_count = 0;/ 產(chǎn)生定時(shí)器0中斷的計(jì)數(shù)器清零int0_count+;/*定時(shí)器1和中斷1控制AD轉(zhuǎn)換*/* 定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序 */void time1(void) interrupt 3 CLOCK=CLOCK; /* 外部中斷1服務(wù)子程序 */void int1(void)interrupt 2 getdata=0; date=0; getdata=PORTA4; date=getdata*100/51

18、; tab0=SEGPT2date/100-0x80; tab1=SEGPT2date%100/10; tab2=SEGPT2date%10; tab3=SEGPT20; TR0=0;/*顯示子程序 */void DISP(void) unsigned int i; for(i=0;i<5;i+) P2 = 0; P1 =tabi; P2 =tab2i; delay(255); /* 初始化 */void init()EA = 1;/ 打開CPU中斷PT0 = 1;/ T0中斷設(shè)為高優(yōu)先級(jí)TMOD = 0x01;/ 模式1，T0為16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器ET0 = 1;/ 打開T0中斷BP =

19、 1;/ 關(guān)閉蜂鳴器int0_count = 0;/ 產(chǎn)生外部中斷0的計(jì)數(shù)器IT0 = 1;/ 外部中斷0設(shè)為邊沿觸發(fā)EX0 = 1;/ 打開外部中斷0GATE = 1; / 光耦正常輸出電壓清零void main(void) TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; ET1=1;init(); while(1) DISP(); PORTA4=0x00; IT1 =1; EX1=1; 四、軟硬件仿真該設(shè)計(jì)中，由于在Protues和Multisim里都找不到元件MAX1898和6N137，不過好在單片機(jī)對(duì)充電過程的控制不復(fù)雜，可以在protel里

20、畫圖，然后直接在在電路板上焊接測(cè)試。因此該設(shè)計(jì)可以仿真的部分只有用于充電器兩端的電壓顯示部分（即AD轉(zhuǎn)換部分）。仿真調(diào)試步驟如下：（一）在Keil程序里邊新建項(xiàng)目，名稱為“充電器顯示”，并選擇單片機(jī)型號(hào)為AT89C52.BUS。（二）執(zhí)新建文件，輸入源程序保存為充電器顯示.C，并保存，然后將源程序添加到項(xiàng)目中。（三）執(zhí)行菜單命令“Project”à“Options for Target Target 1”,在彈出的對(duì)話框中選擇“Output”選項(xiàng)卡，選中“Greate HEX File”。（四）編譯源程序，得到HEX”文件。（五）在proteus仿真平臺(tái)上建立仿真原理圖，并將程序上載

21、到虛擬芯片上調(diào)試及運(yùn)行。結(jié)果如下：五、測(cè)試（一）測(cè)試方法1、線路連接按仿真圖在萬(wàn)用板上大概排下版，然后開始焊接，并連好每條線，檢查無(wú)誤后，進(jìn)行下一步。2、硬件是否工作測(cè)試由于充電器電路實(shí)現(xiàn)比較特殊，芯片是否正常工作不好確定，且該設(shè)計(jì)有一部分不能仿真，只能根據(jù)資料仔細(xì)研究分析各芯片的引腳功能及特征，綜合考慮、檢測(cè)。一般的測(cè)試方法是：（1）先用萬(wàn)用表歐姆檔逐步測(cè)量線路，確保線路都連接正確。（2）然后，編寫一段測(cè)試程序進(jìn)行調(diào)試，即看各端口的工作狀態(tài)是否和預(yù)設(shè)的一致來(lái)檢測(cè)芯片是否工作，這個(gè)主要是測(cè)單片機(jī)是否正常工作，從而診斷出電路板是哪一部分出了問題然后再進(jìn)行調(diào)試。（3）根據(jù)充電芯片特性，預(yù)設(shè)芯片某個(gè)

22、輸入腳的狀態(tài)，檢測(cè)芯片輸出是否和預(yù)想的一樣，來(lái)檢測(cè)芯片是否能正常工作。（二）測(cè)試條件和測(cè)試環(huán)境 該設(shè)計(jì)測(cè)試條件要求不高，只需具備一些常見測(cè)試工具：電源、萬(wàn)用表、鋰電池，便可以進(jìn)行焊接測(cè)試。（三）測(cè)試結(jié)果充電芯片可以正常充電，實(shí)現(xiàn)預(yù)充、快充、滿充，數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)充電電壓。六、設(shè)計(jì)體會(huì)這次設(shè)計(jì)所以總的來(lái)說(shuō)，不算順利，基本上到最后我們才調(diào)試出來(lái)，因此我有很多感觸。一開始的時(shí)候，從圖書館借了些資料，參照資料進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)，而我們選擇的題目用到的幾個(gè)芯片都是我們以前沒接觸過的，于是就得到網(wǎng)上找相關(guān)芯片的資料，來(lái)了解芯片特性，從而實(shí)現(xiàn)芯片的控制功能，畫出原理圖，但由于我們所選的MAX1898和6N137芯片和不常見，電路有一部分不能進(jìn)行仿真，這也決定了我們的調(diào)試會(huì)是一個(gè)艱巨的過程。 完成原理圖的設(shè)計(jì)，然后是焊板，這是一個(gè)需要耐心加細(xì)心的過程，哪怕一個(gè)小小的錯(cuò)誤也會(huì)使結(jié)果出不來(lái)，所以必須要一條線一條線的檢查，確認(rèn)無(wú)誤才能在萬(wàn)能板上接。還有在焊接的時(shí)候也要特別小心，稍不注意就會(huì)被電烙鐵燙到，或出錯(cuò)了把芯片給燙壞了或者不該連接的線路被焊錫連起來(lái)了。同時(shí)這也需要同組人的配合，三個(gè)人交換檢查線路，出錯(cuò)的可能性就小一些，通過合作也使我懂得了認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和團(tuán)隊(duì)精神