《智能充电器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能充电器（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 1 页 共 39 页理工学院 毕 业 设 计学生姓名： 李艳峰 学 号： 08L0802305 专 业： 自动化 题 目： 便携式自动恒压充电器设计 指导教师： 李玮（副教授） 评阅教师： 2012 年 月本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 2 页 共 39 页目 录1 引言1.1 课题研究背景1.2 国内外发展情况1.3 为何需要实现充电器的智能化1.4 充电电池特性及其充电方式1.5 方案论证与比较1.6 主要芯片选择1.7 模数转换器2 硬件电路主要芯片2.1 单片机 AT89S522.2 AD 转换芯片 ADC089093 硬件电路的设计3
2、.1 电源电路的设计3.2 数据采样与转换电路3.3 充、放电与维护电路3.4 延时与报警电路3.5 显示电路3.6 上位机通信模块3.7 温度传感电路4 单片机软件设计4.1 软件功能4.2 用 C 语言开发的单片机4.3 系统程序流程图5 安装与调试结论本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 3 页 共 39 页致谢参考文献本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 4 页 共 39 页摘摘 要要为了解决锂离子电池和镍氢/镍镉电池的充电问题，设计了一种以 AT89S52 单片机为核心的通用智能充电器，介绍了智能充电器的工作原理、设计特点和三种充电模式，详细讨论了系统的硬件构成及软件实现方法。由
3、于采用了高性能的微控制器及高分辨率的 A/D 转换电路，保证了充电器具有很高的精度。关键词：单片机 A/D 转换 智能充电器 硬件构成AbstractThe reference design is developed for the charge of Li-ion and NiMH/NiCd battery pack based on AT89S52 single-chip computer . The work principle and design characteristics and three charge mode are introduced, then the hardwa
4、re structure and the implement of software are analyzed in detail. With the high performance of microcontroller and high resolution A/D convert circuit ,the design can guarantee high accuracy. Keywords: Single-chip computer A/D convert Intelligent battery charger Hardware structure本本 科科 毕毕 业业 设设 计计
5、第 5 页 共 39 页1 1 引言引言1 11 1 课题研究背景课题研究背景随着便携式设备日新月异的发展，电源技术已经越来越多的得到人们的重视。为适应在通信、生物医学和军事等领域对便携式电源的新要求，智能电池作为微电子技术与传统电池技术结合的产物应运而生，智能充电器也以其维护简单、充电效率高、扩展能力强和使用寿命长等特点，迅速成为各种电子设备充电电源的首选。面向未来战争向小规模、数字化发展的趋势，为了满足军队的机动性和快速反应能力的需求，智能电池必将在未来战争中发挥重要作用，能够为智能电池提供完善管理的智能充电器的研究必将成为充电电源系统研究的新热点1。据有关部门透露，发达国家已经有相关产品
6、装备部队，我国也已经制定了在国防等重要领域推广该技术应用的计划。而目前我军移动通信电台所配备的电源系统多是上世纪八十年代的产品，随着电力电子技术的飞速发展和数字化技术的全面介入，这种电源系统存在的问题已经日益凸现：(1)不具备对智能电池的充电功能，扩展性差；(2)故障率高，而且维修困难，经常影响作战训I练的正常进行；(3)对同类电池充电缺乏自适应性，充电控制策略落伍，导致了电池的寿命短、效率低和可维护性差：(4)体积大，效率低，对电网污染大，不能满足电磁兼容等要求目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式
7、电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。因此，智能型充电电路通常包括了恒流恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。其框图1如下：本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 6 页 共 39 页图（1） 智能充电器基本框图铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种化学电源，该产品具有良好的可逆性，电压特性平稳，使用寿命长，适用范
8、围广，原材料丰富（且可再生使用）及造价低廉等优点而得到了广泛的使用。是社会生产经营活动中不可缺少的产品。但是，若使用不当，其寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，而采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的。由此可见，一个好的充电器对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用。而且，传统充电器的充电策略比较单一，只能进行简单的恒压或者恒流充电，以致充电时间很长，充电效率降低。另外，充电即将结束时，电池发热量很大，从而造成电池极化，影响电池寿命。针对上述问题，设计了一种智能充电
9、器，尽量延长铅酸蓄电池的使用寿命。1 12 2 国内外发展情况国内外发展情况随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，功能越来越强大，外部电源电源转换装置电流控制电压控制温度控制时间控制智能单元LED 显示装置电 池本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 7 页 共 39 页对电源系统的要求也越来越高。为了适应电设备科技发展的需要，充电电源的研究已经向高频化、集成化、智能化和绿色化方向发展，电磁兼容(EMC)、智能化程度和自适应性等新的要求也在不断提出。为了实现高功率密度，改善电源的动态性能，就必须提高电源系统的工作频率3。提高主功率变换器件的开关速度，可明显减少磁性变压器材料和大
10、电解电容体积、重量等，这也使得开关器件的研制工作从改进电压、电流的二维体系发展到提高频率的三维体系。集成化是电源系统的一个重要发展方向，主要包括构成MOSFET大功率器件的元件微型化、密集化以及MOSFET的集成化，把小功率的MOsFET集成在单片IC中，使系统控制、驱动、保护、检测和末级功率放大集成为一体4。智能化主要体现在对电池的充电算法和对环境的自适应性方面，一个新型的充电系统要能自动识别被充电电池的类别，根据电池的参数以及环境温度等自适应地生成充电曲线，以最佳的方式完成快速充电工作。绿色化包括两层含义：首先是显著节电，因为发电是造成环境污染的重要原因，发电容量的节约意味着对环境污染的减
11、少；其次是这些电源不能(或少)对电网产生污染5。同时，新型充电系统还应该能满足对智能电池的充电要求。智能电池是上世纪后期才出现的新型电池6，它由蓄电池组、控制模块和相应的显示模块组成。它包含了能够测量、计算和储存关于电池内部化学成分和电量状态数据的内部电子部件，“电量计量”的信息经由系统管理总线(sMBus)传送给器件内部的充电电路、报警电路和关闭电路。智能电池的优点是：(1)具有行业统一的智能电池系统标准，能利用SMBus总线和外部设备(智能充电器或主机)进行数字通信，实时交换电池的各种信息(剩余容量、电压、温度等)，以便使外部设备进行相关处理；(2)具有化学独立性，本身具有完整的保护功能，
12、如过充电保护、过放电保护、短路保护和过热保护等，从而降低了故障率。凭借强大完善的电源管理功能，智能电池正在成为市场主流。根据DarnelCom公司调研数据显示，智能电池的市场增长率为22，预计2005年全球销量达到120万支7。从发展眼光看，这种新型电池最终要取代传统电池，一统宽广的电池市场，包括通信、动力、仪表、航空、航天和军事等各个领域。对数字化智能充电器的研究，国外起步较早。目前，发达国家已经将该技术应用于军事、探险和科学考察等特殊领域，其向民用领域的技术转化工作也已经开始。国本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 8 页 共 39 页外一些公司已经推出了一系列的智能充电管理芯片，譬如，针对智能电池的MAXl535A、MAX8713和LTC4100等控制芯片，针对镍镉镍氢电池充电的TEAll00TEAll01和MAX2003等控制芯片，针对锂离子电池充电的FAN7563、FAN7564、LM3420和BQ2054等控制芯片，以及主要用于镍镉镍氢、锂离子电池充电的BQ2000系列控制芯片等8。这些芯片的问世，在很大程度上促进了数字化智能充电器的普及，但是在应用中这些芯片往往存在着适应外部环境能力差、功能单一、扩展性不强等问题9，并且没有一种解决方案可以兼顾智能电池和传统电池组，无法满足本文涉及项目的特殊需要。较之于国外的发
