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1、基于嵌入式系统的铅酸蓄电池充电控制器设计绪论铅酸蓄电池作为一种可重复使用的储能设备得到了广泛的应用，但是充电一直是影响其使用寿命的关键问题。因此,本文致力于研究并设计一种快速、安全、智能的蓄电池充电控制器。本文根据充电系统的功能要求和技术指标,进行了总体方案设计。蓄电池充电控制器的控制方式采用基于时下最常用的嵌入式 ARM7 微处理器PC229的数字控制。充电系统采用多模式充电控制策略，分别为激活充电、大电流快速充电、过充电和浮充电四种模式。根据充电系统的总体方案,对充电控制器的硬件和软件进行了详细的设计与实现。硬件部分主要充电控制器的驱动电路，采样电路，保护电路以及辅助电源的设计。软件部分主
2、要包括介绍了/OS-II实时操作系统在RM7上的移植和各个软件模块包括/D 采样、控制器数据的处理以及数据在LCD显示等程序的实现。关键字：嵌入式;铅蓄电池;充电控制器;C22ABSTACAsa uble enery storag evice to tad-acid batryhas een idl used， bt the chrg habeen ake sse is the impatof itsefu lf. Terefoe, is paper i commited to reearch anddesin aast, sfe,smart batey charge ontrller.Acc
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5、di teA/ Dsampling,tecotoller dta rocessng ad datn the Cdisplay prgam reaizationKeywrs: embede； l-acid atteres; harge cntoller; LPC2221绪论1.1研究背景及意义1.2 蓄电池充电装置的研究现状13 蓄电池充电方法的研究21.3.恒流充电方式21.2恒压充电方式21.3浮充方式2.3.涓流充电方式31.35分阶段充电方式1.4本文研究内容2 蓄电池充电控制器的总体方案设计42充电控制器的功能和技术要求42.2 蓄电池充电控制器的总体方案42.3 充电主电路拓扑结构分
6、析52 系统控制方式的分析与选择25 蓄电池充电方法的选择7 嵌入式 AR 及LC222 微处理器介绍93.1 嵌入式系统概述931.1 嵌入式系统的定义3.1. 嵌入式系统的特点93.2 嵌入式系统的现状和发展趋势103.2.1嵌入式系统的发展现状10322 嵌入式系统发展的未来趋势1033常用微处理器113.4 ARMCU介绍113. AR7介绍1.5 ARM7 系列13.2 AR7TDMI 介绍123.6 LPC9 微处理器简介14基于嵌入式的充电控制器的硬件设计164.1 接口电路设计174.1.1时钟电路及复位电路14.1.2 JT 调试接口电路84.1.3C串行接口设计14.4RS
7、232 接口设计194.2驱动电路的设计24.3 采样电路设计11输入电压采样电路213蓄电池端电压采样电路22.3.3蓄电池充电电流采样电路2434蓄电池温度采样电路23.4保护电路设计2.5电源电路设计25 嵌入式操作系统C/OS-2.1嵌入式操作系统251.1 操作系统概述265.12 COS-的特点25.2 C/OS的移植2.2.1 C/OS -I的文件体系5.2 C/OS的移植内容29523C/OS-在系统中的应用295.2.4S的消息邮箱306系统软件设计与实现36.1系统软件的总体结构316应用C/OS II 的必要准备316.1定义任务优先级312.2 定义任务栈空间62 定义
8、消息邮箱326.4 C/ -II 的基本函数36 主控模块及其流程图3364 主任务模块及其流程图36. A采样模块软件设计346.42 数字滤波模块软件设计346.43 充电模式的设计5.4 LD 显示任务模块及其流程图5 结论37参考文献38致谢31 绪论. 研究背景及意义自从 189 年法国科学家普朗特以铅为电极制成铅酸蓄电池以来，铅酸蓄电池经过一百多年的发展与完善，已经成为世界上广泛使用的一种化学电池，铅酸蓄电池由于其成本低、容量大、安全可靠等特点,在通讯、铁路、军事、电动汽车、光伏发电等各个领域都有广泛的应用，逐渐发展成为社会生产和人类生活中不可缺少的设备。蓄电池在实际应用中遇到的最
9、大问题是其使用寿命远远达不到设计寿命。设计寿命在101年的蓄电池，在实际使用时大都在 35年便损坏,有些甚至不到一年便失效了,这不但影响了电气设备的可靠性，而且还造成了重大的经济损失。蓄电池的使用寿命由多方面的因素决定，包括蓄电池本身的物理性能、使用环境、监控管理方式和充放电制度等。通过对过早失效的蓄电池进行统计及分析发现,大部分都是由于充放电控制不合理而造成的。因此，要提高蓄电池的寿命,最重要的是使用合理的充电方法对蓄电池进行充电。如何高效、快速、安全地对蓄电池进行充电控制，一直是人们关心的问题。虽然蓄电池问世至今已有 1 多年的历史，但是由于技术条件的限制，目前很多的充电器仍然采用传统的充
10、电方式，在使用这些传统充电方法的充电过程中,铅酸蓄电池大多存在着的过量充电和析气等现象。在一定程度上缩短了蓄电池的使用寿命,给使用者造成了一定的经济损失。随着铅酸蓄电池在新能源开发中的广泛应用,对蓄电池的充电方法和充电装置都提出了新的要求：研究并设计一种快速、高效、安全的蓄电池充电系统成为一项很重要的任务。对蓄电池充电的改进可以从两个方面考虑,一是蓄电池的充电方法,二是蓄电池的充电装置。随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术以及自动控制技术的发展，蓄电池的充电控制方法和充电装置的研究也越来越广泛，这两个方面的研究设计对光伏发电、电动汽车等新兴绿色环保产业的发展具有非常重要的意义。12蓄电池充
11、电装置的研究现状蓄电池充电本质上是一个能量转换的过程，蓄电池充电装置实际上是一个充电电源，该充电电源通过一定的控制算法使得输出电压和输出电流与蓄电池充电曲线相吻合。目前，常用的充电电源主要有以下三种:相控电源、线性电源和开关电源。(1） 相控电源是比较传统的电源,它将市电直接经过整流滤波后输出直流,通过改变可控硅整流器的导通相位角,来控制电源的输出电压。相控电源所使用的变压器是工频电源变压器,它的体积庞大，由此造成相控电源本身体积庞大、效率低下。而且该类电源动态响应差、可靠性低。目前相控电源已经有逐步被淘汰的趋势。(2) 线性电源是另一种常见的电源，它是通过串联调整管,可以连续控制的电源。线性
12、电源的功率调整管工作在放大区，通过的电流是连续的。由于调整管上的损耗功率较大,所以需要采用大功率调整管并需要装配体积很大的散热器。(3) 开关电源的研究发展历史比较短，在 20 世纪 年代中期开始了相关的研究,并于当时研制出了 2k 的C/C 变换器，这为开关电源的发展奠定了基础。七十年代,出现了使用高频变换技术的整流器,它使交流电不经过 0z的工频变换器，而是直接整流再逆变为高频交流,再整流滤波变为所需的直流。随着电力电子技术和自动控制技术发展,尤其是大功率高压场效应管等新型高频开关器件的出现,使得功率变换器的开关频率得到很大的提高,减小了功率变换器中的变压器体积和重量,从而大大减小了开关电
13、源的体积和重量。开关电源由最初的低频开关电源发展到高频开关电源(2kHz 以上),其开关频率越来越高，控制技术也越来越完善，在蓄电池充电装置的设计中,正是由于开关电源的性能越来越完善,已逐步成为充电功率主电路设计的首选。目前，国内外研究者对于铅酸蓄电池的研究重点大部分在蓄电池的充电方法上，而对于蓄电池充电装置研究的相对较少。蓄电池充电系统的功率主电路仍然采用一些基本的开关电源拓扑结构上,一些充电系统的功率和输入电压等要求比较低,因而选用的开关电源拓扑相对简单。目前用于蓄电池充电的功率主电路主要有 uk 变换器、Bos 变换器等。这几种结构都是由功率开关管、二极管、电感和电容组成的 DC 变换电路。3蓄电池充电方法的研究1.3.1恒流充电方式充电器的交流电源通常会波动，充电时需要一个恒流直流模块，即恒流充电器。当采用恒流充电时，可以使得电池具有较高的充电效率，可以根据电池的充电时间来决定充电是否终止,也可以改变电池的数目。3.2恒压充电方式当对电池进行恒压充电时，电池两端的充电电压决定了充电电流。这种充电方式的特点是:在充电的初期电流会很大，在充电的末期电流会很小，充电的电流随着电压
