智能电池充电器的设计【开题报告+文献综述+毕业论文】

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本科毕业论文系列开题报告通信工程智能电池充电器的设计一、课题研究意义及现状随着人们日常工作和生活中的需要，充电器的使用越来越广泛。单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器种类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。目前市场上拥有不同种类的充电器，基于不同的单片机，大体的功能还是差不多的。小到电池.手机，大到电瓶车，都离不开充电器的存在。手机越来越多的功能，都是集中在电池的供电运行。如何在不增加结构尺寸的情况下，手机如何降低功耗，在满负荷运行时，手机内部系统负载所需的峰值功率通常超过4W。这么高的功率会很快耗尽电池能量。影响电池运行时间的另一只更要因素是电源效率和系统电源管理。事实上。所有3G手机都是采用锂离子电池作为主电源。由于散热及空间限制，必须仔细考虑选用何种类型的电池充电器。以及还需要哪些特性来确保对电池进行安全及精确的充电。而且锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需要将锂电池电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充电，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。51系列单片机是当前使用最为广泛的8位单片机系列，其丰富的开发资源和脚底的开发成本，使51单片机现在以致将来仍然会有大的市场。其中的AT89系列单片机在我国得到了极其广泛的应用。它的特点是片内含有FlashMemory,FlashMemory是一种电可摩擦和电写入的闪速存储器，在这一系列的开发过程中可以很容易进行程序的修改，使开发调试更为方便。这次设计所实现的充电器是一种智能充电器，它在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能，并介绍了充电芯片MAX1898的功能特性，且给出相应的电路图，以及单片机AT89C52的实用价值，其中软件设计中主要是对AT89C52芯片初始化程序的编写采用到了C51语言。最后软件和硬件的调试和检测也给出了相应的调试步骤分析过程，并验证了整个设计. 通过这次毕业设计，学习更多的单片机系列的知识，提高了操作能力，对各种办公软件的应用也更加的熟练。二、课题研究的主要内容和预期目标课题研究的主要内容：（1）掌握89C52，MAX1898，8705的应用。（2）设计智能电池充电池的原理。（3）充电器预警，仿真。（4）程序初始化的设置。课题研究的预期目标：（1）了解智能充电器的硬件结构。（2）掌握智能充电器原理和设计方法。（3）掌握如何实现充电预警。（4）学习单片机的一些新技术。（5）按时完成毕业设计（论文）。三、课题研究的方法及措施在做课题之前，我查找了一些关于单片机设计的书籍以及智能充电器的相关资料，了解用单片机设计的要注意的问题和智能充电器的基本结构，对本课题有了大致理解。通过网络及书籍，了解了主要芯片的特点，参考了网上的智能充电器的制作原理，为下步工作提供条件。我会采用选芯片，定方法。首先组成单一的各部分功能，再将电压转化，预警等部分结合起来，再通过实践设计来观察设计产品。还需要图文相结合，到达一定的说服力。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自2010年9月至20011年5月。2010/2011第一学期第7—9周：查看单片机设计相关资料，智能充电器的有关文献；2010/2011第一学期第10-12周：完成智能充电器相关资料的文献阅读，以及英文翻译；2010/2011第一学期第13-18周：熟悉操作环境；完成初始化设置，实验小部分电路； 2010/2011第二学期第1-3周：把模块拼凑，完善作品并反复试验达到效果。2010/2011第二学期第4-6周：测试程序。2010/2011第二学期第7-9周：完成论文写作及相关文档，并反复修改；2010/2011第二学期第10-12周：进行答辩前的准备工作，开始答辩。五、参考文献[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社，2003.[2]张俊谟.单片机中级教程[M].北京:北京航空航天大学出版社，2007.[3]求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M].北京:人民邮电出版社，2008.[4]田进，景占荣微.基于MCU的智能充电控制器的设计与应用[J].微处理机，2006(2):78-81.[5]刘美俊.基于单片机的通用智能充电器设计[J].仪表技术与传感器，2009(9):41-43.[6]罗剑.低成本交直流两用后备电源的设计[J].工业控制技术，2009(12):100-102.[7]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社，2006[8]赵负国主编.传感器集成电路手册，化学工业出版社，2002，ISBN7-5025-3474-1/TP.296[9]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）【M】.北京：高等教育出版社，2001.[10]路秋生，常用充电器电路和应用，机械工业出版社2007.[11]曲学基.稳定电源电路设计手册[M].北京:电子工业出版社，2003.[12]TIanalog/Mixed-SignalProductsdesigner’sGudideCD-ROMSLYC005DFebrurary2000ISBN7-980029-43-7H[13]TIanalog/Mixed-SignalProductsdesigner’sMasterselectionGuideCD-ROMSLYC005Gaugust2002 毕业论文文献综述通信工程基于单片机的信号发生器摘要：根据锂电池充电的特点，结合市面上常用充电器本身存在的缺点探讨一种新型的采用单片机控制的智能型充电控制器的设计与应用，该装置具有智能控制充电进程，智能判断充电终止状态，有效防止锂电池的欠充或过充，具有高效安全的充电控制和保护功能。采用STC89C52单片机为核心控制器，实现了电流预置，步进调节以及LCD液晶同步显示电流预置值和实测值等。同时主要阐述鉴于MAX1898器件的充电器工作特性，重点说明采用89C52单片机参与处理控制的智能充电器工作原理和设计过程。关键词:单片机；MAX1898；智能充电；充电控制器；锂离子电池；数控；直流电源；单片机引言：随着社会的快速发展，手机越来越成为人们生活中不可或缺的一部分。手机对人们的工作。生活照成了巨大影响。当外出办公。旅游或其他事情时，手机没电，又没有适用的手机充电器，是造成手机无法使用的常见原因。一部好的充电器不仅能在短时间内将电量充足，而且对电池起到一定的维护作用，可以修复由于电池的记忆效应引起的电池活性衰退现象，同时避免由电池发热引起的不安全因素。单片机在电池充电器领域有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。虽然充电器种类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。本文采用89C52单片机控制MAX1898和7805芯片设计一个智能电池充电器。1工作原理充电芯片Max1898的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控器。输入电流调节器用于限制总输入电流，包括系统负载电流与充电流。但检测到输入电路大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流。Max1898外接限流型充电电源和PNP功率三级管，可对单节锂电进行有效的快充。它通过外接电容设定充电时间，通过外接电阻设置最大充电电流。定时电容C和充电时间Tchg的关系式满足:C=34。33xTchg最大充电电流Imax和限流电阻Rset的关系式满足:Imax=1400/Rset。2硬件电路的实现 充电控制器部分原理图1检测电池电压，如果低于一个闭值电压U，就要进行涓流充电。2电池充到一定电压U1时，进行全电流充电。3当电池电压到预置电压U2时，开始恒压充电，同时充电电流降低。4当电流逐渐减小到规定的值I时，充电结过程束，电池充满电。5当电池充满后，MAX1898芯片本身也会向外接的LED灯发出指令，LED灯会闪烁。同时单片机在检测到充满状态的脉冲后，或检测到电池故障不仅会自动切断MAX1898芯片的供电，而且会通过蜂鸣器报警，提醒用户及时取出电池。硬件电路主要组成元件：MAX1898是性价比较高的线性充电芯片，其输入电压范围为4。5V—12V；具有内置检流电阻；0。75%电压精度；可编程充电电流；输入电源自动检测；LED充电状态指示；检流监视输出等基本特点。7805是我们最常用到的稳压芯片了，他的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源，他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差别，用的最多的还是lm7805， 其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3是需要正5V输出电压了89C52单片机简介：89C52芯片为低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器，器件与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，适合许多复杂控制应用场合。片内资源概况：1000次擦写周期全静态操作：0HZ—24MHZ三级加密程序存储器32个可编程I/O口线3个16位定时计数器8个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式主要特性：8kBytesFlash存储器、256bytes的RAM、32个I/O口、3个16位定时/计数器，6个中断优先级2层中断嵌套中断、1个全双工串行通信口、片内时钟振荡器。此外，AT89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。AT89C52在空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行口和外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器并保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至硬件复位。3软件的设计 单片机控制智能充电器工作流程如图:充电器的充电过程主要由单片机通过Max1898控制，当其完成充电时，其/Chg引脚产生由低到高的跳变，该跳变引起INT0中断。由于产生跳变的信号有可能存在充电出错的原因，所以控制程序在排除充电出错的情况之后，则可通过控制光耦切断输入电源，并产生充电完毕报警。结束语基于Max1898设计的智能充电器能够很好完成单节锂电池充电任务，具有高效、安全、可靠、不易损坏或缩短电池寿命的优点，对于保护电池延长电池使用寿命有十分重要的意义。该装置硬件成本低、操作简便、体积小、重量轻，具有良好的市场前景。参考文献[1]胡汉才。单片机原理及其接口技术[M]。北京:清华大学出版社，2003。[2]张俊谟。单片机中级教程[M]。北京:北京航空航天大学出版社，2007[3]求是科技。单片机典型模块设计实例导航[M]。北京:人民邮电出版社，2008。[4]田进，景占荣微。基于MCU的智能充电控制器的设计与应用[J]。微处理机，2006(2):78-81。[5]刘美俊。基于单片机的通用智能充电器设计[J]。仪表技术与传感器，2009(9):41-43。[6]罗剑。低成本交直流两用后备电源的设计[J]。工业控制技术，2009(12):100-102。 [7]何立民。MCS-51系列单片机应用系统设计。北京航空航天大学出版社，2006[8]赵负国主编。传感器集成电路手册，化学工业出版社，2002，ISBN7-5025-3474-1/TP。296[9]童诗白，华成英。模拟电子技术基础（第三版）【M】。北京：高等教育出版社，2001[10]路秋生，常用充电器电路和应用，机械工业出版社2007[11]曲学基。稳定电源电路设计手册[M]。北京:电子工业出版社，2003。[12]TIanalog/Mixed-SignalProductsdesigner’sGudideCD-ROMSLYC005DFebrurary2000ISBN7-980029-43-7H[13]TIanalog/Mixed-SignalProductsdesigner’sMasterselectionGuideCD-ROMSLYC005Gaugust2002 本科毕业设计（20届）智能充电器的设计摘要 当前社会，随着电子产业日益的发达，手机成为了人们必不可少的通讯工具，手机电池也经历了复杂的发展变化。锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低等诸多优点使其成为了二次电池的主流产品。但另一方面，由于锂离子电池极易受到过充电、过放电、过电流等损坏，其中充电器的好差对电池起着不可无视的作用。本文首先介绍了锂离子电池的工作原理及其保护电路的现状与发展趋势。以及一些影响电池寿命的因素。在此基础上，主要采用了MAX1898，7805等芯片，对锂离子电池充电器模块进行了设计。主要模块包括：充电指示，电池充电，电压转换。关键词：MAX1898；7805；锂电池；充电指示；充电器AbstractThecurrentsociety,astheelectronicindustryincreasinglydeveloped,cell phonebecamepeopleindispensablecommunicationtools,cellphonebatteryalsoexperiencedthedevelopmentandchangeofthecomplex.Lithiumionbatteriesduetohigherenergydensity,longcyclinglife,nomemoryeffect,lowself-dischargehascreatedmanyadvantagesforthemainstreamofthesecondarybatteryproducts.Butontheotherhand;Becauseofover-chargeandover-discharge,Rechargeablelithium-ionbatteryvulnerablewillbedamagedeasily.So,thequalityofbatterychargersplayedasignificantrole.Thispaperfirstlyintroducestheworkingprincipleoflithiumionbatteryanditsprotectioncircuitofthepresentsituationandthedevelopmenttendency.Andsomeoftheinfluencefactorsofbatterylife.Onthisbasis,mainlyadoptsMAX18987805chip,etc,lithiumionbatterychargermoduleofthedesign.Mainmodules,including:charginginstructions,battery,voltageconversion.KeyWords:MAX1898;7805;Lithium;batteriesChargingindicator;charger目录1绪论11.1研究的背景11.2手机蓄电池的现状和发展趋势1 1.3充电技术的发展21.4本文研究的内容和意义31.5论文各部分的主要内容32手机智能充电器的设计基础42.1锂离子电池的基本结构42.2锂离子电池的电特性52.2.1锂离子电池的容量52.2.2温度的影响52.2.3放电深度52.2.4放电率关系62.2.5自放电62.3充电模式及控制方式62.3.1充电模式62.3.2控制方法72.4小结83手机电池智能充电器的硬件设计93.1智能充电器的设计原理93.2智能充电器的硬件设计93.2.1MAX1898的作用103.2.2充电电路的设计114智能充电器的软件设计144.1充电控制程序144.2充电系统主程序设计144.3小结175智能充电器的测试185．1智能充电器的仿真测试185.2自制硬件电路206结论和展望226.1结论226.2展望22致谢23参考文献24 附录1系统实物图25附录2实验原理图26附录3毕业设计作品说明书27 1绪论1.1研究的背景随着3G网络的全球化发展，3G用户数大幅增长。技术上的先进性，3G业务所具有的独特吸引力，促使用户越来越频繁地使用各种多媒体业务。手机从仅具有通话功能发展成了集多种功能于一体的便携设备。与此同时，手机电池也经历了复杂的发展变化。随着便携式电子产品的日益普及，作为其电源的二次电池市场正迅速拓宽。而锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低等诸多优点使其成为了二次电池的主流产品。但另一方面，由于锂离子电池极易受到过充电、过放电、过电流等损坏，其中充电器的好差对电池起着不可无视的作用。本文首先介绍了锂离子电池的工作原理及其保护电路的现状与发展趋势。以及一些影响电池寿命的因素。在此基础上，对锂离子电池充电器模块进行了设计。主要模块包括：充电指示，电池充电，电压转换。1.2手机蓄电池的现状和发展趋势随着用户对手机性能以及形态大小的要求趋势，手机电池从早期的占2/3体积的镍镉电池为主，逐步过度到以镍氢为主。随着锂电池成本的迅速下降，现在市场上的主流手机基本上都已采用锂离子电池。这是因为锂电池的轻薄小巧以及锂电池的容量更大，输出功率密度更高，充电速度更快。锂电池主要应用于笔记本计算机、手机、摄录像机、携带式光盘等电子产品上。电子、信息及通讯等3C产品均朝向无线化、可携带化方向发展，对于产品的各项高性能组件也往“轻、小、薄、短”的目标迈进，而锂电池是最佳的电源供应来源。未来随着3G手机和其它电动工具的发展，国内锂电池市场份额将快速增长，国内锂电池企业拥有巨大的市场增长空间。　　对于现在一般常用的几种电池比较可见：39 各类蓄电池性能对比铅酸蓄电池锂电池镍镉蓄电池镍氢蓄电池燃料电池能量密度一般优秀良好良好优秀动力良好优秀良好良好优秀循环寿命一般良好良好优秀安全性良好一般良好良好待提升资源优秀良好优秀良好良好成本良好一般一般一般一般表1各类蓄电池性能比较通过表一的蓄电池性能比较可以看到，虽然它们各有优缺点，但考虑到作为手机电池，锂离子电池要比其他电池综合性能更高一些，因此根据手机对电池的性能要求，在手机上使用锂离子电池的前景是可观的。但是在锂离子电池的安全性和成本上还是有待提高，这是锂离子电池发展的必然趋势。目前锂电池已逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。全球锂电池需求量随着应用领域的不断扩展而逐年递增。1.3充电技术的发展蓄电池充电技术是从二次电池诞生开始的，而且和蓄电池的发展与应用有着极为密切的关系。当时各国对蓄电池充电特性的认识提出了总结性的充电经验法则，即常规充电的经验规律，这些经验法则是（姜绍信1984）：（1）蓄电池温度为75℉（24℃）时，充电电压应为2.3V左右，在此基础上温度每上升一度，电压应相应的降低0.004V。（2）蓄电池的充电电流（单位为安培）不应超过蓄电池待重新充入的安时数。（3）在不减损蓄电池循环寿命的情况下，完成蓄电池满充电的时间，不能少于5小时。这些经验法则虽然是在当时的科学技术水平上提出来的，以往的蓄电池充电方法都是遵循这些法则设计的，但对于目前的常规充电技术仍具有一定的指导意义。39 充电技术也从原来的常规充电往智能化方向发展，从以往的电压转换向着如今的单片机程控化。同时电池产品也在快速发展着。其中手机常用的电池也从原来的传统锂离子电池向着聚合物锂离子电池发展。1.4本文研究的内容和意义3G业务的全球化发展以及手机等电子产品的应用对锂离子有着很大的需求，手机锂离子电池的各方面性能都影响着它们的发展，锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，它将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。本文主要手机锂离子电池自身的特点，研究如何建立一个良好的智能化程度较高的锂离子电池充电系统。本设计以单片机作为核心控制部件，设计一款基于单片机控制的智能型充电器，采用常规充电与脉冲充电相结合的充电方法，不仅可以有效的提高充电效率，而且可以有效的延长锂离子电池的循环寿命。1.5论文各部分的主要内容第二章主要介绍手机智能充电器的设计基础，通过分析锂离子电池的内部结构和充电特性，以及影响锂离子电池寿命的主要因素，提出一种基于单片机的充电技术。第三章主要介绍手机智能充电器硬件电路的设计，包括设计的原则和主要的技术参数。第四章主要对智能充电器进行软件设计，对各部分控制程序进行设计，使其对硬件起到较好的控制作用。第五章主要是对智能充电器的硬件和软件进行试验调试，并对系统进行验证性试验，以比较试验数值和理论设计的误差。第六章主要对所设计的智能型充电器进行总结，找出其中的问题，并对蓄电池智能充电器的进一步发展做出展望。39 2手机智能充电器的设计基础要想实现手机智能充电器的智能化，首先就必须要了解锂离子电池的基本知识。本章主要介绍锂离子电池的基本知识及其应用方面的问题。2.1锂离子电池的基本结构图2锂电池结构图锂离子电池由正极端子、负极端子（电池连接外部的正负极）、正极板、负极板、隔膜组成。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极。39 2.2锂离子电池的电特性2.2.1锂离子电池的容量电池容量是指从电池获得电量的量，常用C表示，单位常用Ah或mAh表示。容量是电池电性能的重要指标。电池的容量通常分为理论容量、实际容量和额定容量。电池容量由电极的容量决定，若电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，但决不是正负极容量之和。锂离子电池有一个对电量计量很有用的特性，就是在放电的时候,，电池电压随电量的流逝会逐渐降低，并且有相当大的斜率。2.2.2温度的影响锂离子电池的实际容量及活性物质的利用率随温度的升高而增加，在蓄电池放电容量不变的情况下，蓄电池的放电深度随着温度的升高而降低，故蓄电池的使用寿命会随着温度的升高而延长（朱松然2002）。在温度低的地方会影响锂电池的电容量，但当回到温度高的地方时又恢复电容量。2.2.3放电深度锂离子电池的放电深度是指蓄电池放电停止时达到何种放电程度。若在放电停止时放出了电池的全部电量，则称为100%的放电深度。在影响电池的寿命的诸多因素中，放电深度对电池循环寿命的影响是最大的。放电深度对锂离子电池使用寿命的影响如图1所示：图3锂电池放电深度影响图由图中可以看出，当电池经过百次充放电使用以后；电池能放出的电将越来越少，也就是说电池性能越来越差。39 2.2.4放电率关系锂离子电池在放电时，放电电压不能低于终止电压，否则会损害蓄电池的寿命，蓄电池经不同的放电电流放电，所放出的电量不同。一般在蓄电池放电深度为60%～80%时充电，是最佳的充电时机。2.2.5自放电锂电池存在的自放电现象，如果电池电压在3.6V以下长时间保存，会导致电池过放电而破坏电池内部结构，减少电池寿命。因此长期保存的锂电池应当每3~6个月补电一次，即充电到电压为3.8~3.9V（锂电池最佳储存电压为3.85V左右）为宜，不宜充满。2.3充电模式及控制方式2.3.1充电模式在本次实验中，充电过程分预充，快充，满充，断电，报警5个部分。预充在充电器接入电源时，当充电其检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的1/10给电池充电，使电池电压、温度恢复到正常状体.预充电时间由外接电容确定，如果在预充时间内电池电压达到标准电压，且电池温度正常,则进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压低于标准电压，则认为电池不可充电,充电器显示电池故障，由单片机发出故障指令，LED指示灯闪烁。快充快充就是以恒定电流对电池充电，恒流充电时，电池的电压缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压时，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充过程。满充在满充过程中，充电电流逐渐递减，直到充电速率降到设置值以下，或满充超时时，转入顶端截止充电。顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池补充能量。由于充电器在检测电池电压是否达到终止电压时39 有充电电流通过电池电阻，尽管在满充和顶端截至充电过程中充电电流逐渐下降，减小了电池内阻和其它串联电阻对电池端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响。一般情况下，满充和顶端截止充电可以延长电池5%～10%的使用时间。（《单片机典型模块设计实例导航》P270）断电当电池充满后，Max1898芯片的2脚/Chg发送的脉冲电平会由低变高，这将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中，如果判断出充电完毕，则单片机将通过P2.0口控制光耦切断L7805向Max1898供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减小功耗。报警当电池充满后，Max1898芯片本身会熄灭LED显示.但是，为了安全起见，单片机在检测到充满状态的脉冲后，不会马上自动切断Max1898的供电，而且会通过蜂鸣器报警，提醒用户及时取出电池.当电池出错时，Max1898本身会控制LED以低频率闪烁，提示用户。2.3.2控制方法对蓄电池来讲，选择适当的充电模式对蓄电池的寿命和使用性能起到至关重要的作用，但充电过程中的控制方法则直接决定着充电效果的好坏，因此，充电过程中的控制方法对蓄电池的充电有着非常重要的作用，也决定着蓄电池的寿命和性能。常用的充电控制方法有以下几种（朱松然2002）。（1）电流控制法对于遵循最佳充电曲线的快速充电模式来讲，电流控制法是最佳的充电控制方法。它可以通过气体检测元件对蓄电池析出气体的速率进行检测，当蓄电池内部产生的气体达到一定的值时，气体检测元件参数变化，对充电线路发出控制信号，进而对充电电流实施控制。但是由于遵循最佳充电曲线是非常困难的，将会使充电线路非常复杂，设备的体积也很庞大，并且在充电初期，充电电流很大，设备容量也必须很大，造成充电后期设备利用率很低，在实际应用中，多数都设计成近似最佳充电曲线的充电模式。（2）电压控制法39 电压控制法是利用在充电过程中检测到的蓄电池的最高电压，控制充电电压的方法。也是一般最常用的方法，一般情况下，蓄电池电压达到最大值时，电池就充满电。在充电过程中，当电压达到规定值时，应立即停止快速充电。但是电池充足电的最高电压会随着外部环境的变化而变化，并且组成电池组的单体电池的最高点电压也不一致，因此采用电压控制法的准确性不高。（3）温度控制法温度控制法是利用温度传感器检测充电过程中蓄电池电解液的温度实施控制的一种方法随着充电的进行，蓄电池的电解液温度会逐渐升高。当蓄电池温度超过45℃时，应考虑停止充电。通常采用热敏电阻传感器对蓄电池的温度进行检测，但是由于热敏电阻在使用过程中有一定的响应时间，检测到的蓄电池温度就带有一定的迟滞性，这会造成蓄电池充电控制过程的响应时间延后，会使得整个蓄电池充电时间就会相应的延长。且热敏电阻与温度之间的非线性关系，也会使检测到的温度有一定的误差。因此用温度传感器检测温度时，不能十分准确的检测到蓄电池充满电的时刻，易造成蓄电池过充。以上所述的各种控制方法，都有各自的缺陷，要想保证在任何情况下，都能准确的控制电池的充电状态，就需要一种综合的控制方法。本次实验设计所采用的为电压控制法。2.4小结本章介绍了铅酸蓄电池的一般结构、工作原理、充电特性、充电模式及控制方法，分析了常规充电法和快速充电法的优缺点，以及各个模式的过程分析。提出了一种新型的单片机控制的充电技术，为下一章智能型充电器的设计奠定了基础。39 3手机电池智能充电器的硬件设计一个智能化程度较高的充电器，应能在蓄电池充电过程中准确的检测蓄电池的状态，并能在控制过程中及时的作出反应，这就需要完善的硬件设施。本章主要对智能充电器的硬件电路进行设计。根据本次实验中用到的关键芯片MAX1898以及单片机89C52，分析智能充电器硬件电路的工作原理，计算智能充电器所需的主要参数，选择各部分所需的元器件，并对硬件电路的各部分电路进行详细的设计。3.1智能充电器的设计原理该充电器具有如下功能：具有预充功能；巨涌充电保护功能；具有自动断电功能；具有完成充电后提示功能。整个充电过程为:当检测到电池时，定时器复位，先以1/10的快充电流进行预充，同时检测电池是否为可充电锂电池，若不是则断开电流并提示，若可充电，当电池电压达到一定标准时，进行快充时间为1小时左右，在电池进入满充状态后，充电电流减小直至电池充满，此时MAX1898的2引脚发送的脉冲点评被单片机检测到，引起单片机中断，判断出电池充电完毕，单片机通过P2.1控制光耦，切断7805向MAX1898供电，减小功耗并保证安全，同时MAX1898会向外接的LED发出指示（灯闪烁）提示充电结束。3.2智能充电器的硬件设计本章主要设计了以单片机为核心部件的锂离子智能充电器的硬件电路。通过分析各部分硬件电路的工作原理，选择各部分硬件电路所需的元件，使得设计的系统可以根据充电过程中蓄电池的实际情况，选择合适的充电模式，提高充电效率。39 3.2.1MAX1898的作用MAX1898配合外部PNP或者PMOS晶体管可组成完整的锂电池充电器。MAX1898提供精确的恒定电流，提高电池性能并且延长电池寿命。同时MAX在实验中提供了用于监视充电状态的输出、输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电流指示。MAX1898的基本特点：图4MAX1898电路图4.5～12V输入电压范围；内置检流电阻；±0.75%的电压精度；可编程充电电流；输入电源自动检测；LED充电状态指示；检流监视输出；MAX引脚功能：1-IN：传感器输入，检测输入电压和电流。39 2-CHG:LED驱动器；3-EN/OK：逻辑电平输入允许/电源输入；4-ISET：电流调节；5-CT：安全的充电时间设置；6-RSTRT：自动重新启动控制引脚。7-BATT：接单个Li+的正极；8-GND：地；9-DRV：外接电阻驱动器；10-CS：电流传感器输入；3.2.2充电电路的设计在本次实验中，采用的是将12V电压转换为5V电压，作为单片机和MAX1898的电源。电压转换部分为：图5电压转换原理图R4即为所需要的5V电压。整个电路图为如图所示：39 图6智能充电器原理图7805在电路中主要是电路转化，由于实验原因，选择的是讲12V电压转化为线路所需的5V电压。右下角BAT1处连接电池。39 图7电路运行流程图上图为整个电路运行过程中运行时的程序，从开始随着芯片的智能判断，充电器会选择正确的充电方式。39 4智能充电器的软件设计4.1充电控制程序在电路运行中，系统接通电源初始化后，系统开始工作。首先检测电池的状态信息，若检测到的电池为不可充电电池或其他异常情况，则直接终止充电并亮灯提醒，若电池无异状，则判断电池电压后选择充电方式，当检测到手机电池电压=4.2V时。则表示电池充电完成，此时反馈信息，充电断开，指示灯亮并蜂鸣。图8程序运行图4.2充电系统主程序设计此次设计采用的核心控制部件是AT89C52,主程序采用C语言进行编译，C语言作为常用的组合语言，以其适用范围大等优点在很多方面得到了广泛的应用。它功能强大，可以单独使用，也可以和其他语言结合使用，语言简洁紧凑，运算符和数据结构丰富，C语言的语法限制没有其他语言严格，在使用时设计者的自由度较大。并且C语言允许直接访问物理地址，因此它可以直接对硬件进行操作。此次设计中所编译的代码如下：#include"reg51.h"39 #include"my_type.h"sbitGATE=P2^0;sbitBP=P2^1;uint16t_count,int0_count;/*timerinitvoidinitTimer(void){TMOD=0x1;TH0=0xee;TL0=0x19;}/*timer0/counter0interruptvoidtimer0(void)interrupt1{TH0=0xee;TL0=0x19;/*addyourcodehere.t_count++;if(t_count>600)/*第一次外部中断0产生后3S*/{if(int0_count==1)/*还没有出现第二次外部中断*/{GATE=0;/*关闭充电电源*/BP=0;/*打开蜂鸣器报警*/}else/*否则即是充电出错*/{GATE=1;/*应该为1*/BP=0;39 }ET0=0;/*关闭T0中断*/EX0=0;/*关闭外部中断0*/int0_count=0;t_count=0;}/*addyourcodehere.}/*int0interruptvoidint0(void)interrupt0{/*addyourcodehereif(int0_count==0){TH0=0xee;TL0=0x19;TR0=1;/*启动第时器/计数器0计数*/t_count=0;/*产生定时器0中断的计数器清0*/}int0_count+=1;}/*themainfunvoidmain(void){IT0=1;/*INT0下降沿中断*/EX0=1;/*允许INT1中断*//*PT0=1;/*设置外部中断0为最高优先级*/initTimer();ET0=1;39 EA=1;int0_count=0;GATE=1;BP=1;while(1);}4.3小结本章主要完成了智能充电器的软件部分设计，在PROTElS中绘制了工作原理图，初步定制了线路流程。39 5智能充电器的测试5．1智能充电器的仿真测试在前面由于已经完成了智能充电器的电路原理图，因此在PROTEUS7.5进行了仿真测试，由于在仿真时发现MAX1898无法实现仿真功能，这是由于在PROTEUS内暂时还没有关于MAX1898仿真的数据，因此在仿真中我将图中关于MAX1898的部分用一个button按钮来代替。图9以指示灯代替MAX1898芯片当按下电路图左侧的按钮时，图中左下角的指示灯灭，这时候提醒用户提示充电完成：39 图10充电完成时电路显示当按钮松开的时候，既充电器在充电时指示灯是一直亮着：39 图11充电过程电路图。5.2自制硬件电路根据原理图，我在此基础上自制了硬件电路：39 在电源选择上，我选择了USB接口电源，可以连接电脑来选择充电，最上方的指示灯1是当连接到电源时提示外来电源存在。当连接了外来电源却没接通电池时，指示灯2一直闪烁，当连接到锂电池后指示灯3亮起提示在充电，充满电后指示等3黑灯4亮并蜂鸣提示。当给1块800mAh的锂电池充电，大概在2小时左右充满，充电功率就是：400/1000*4=1.6W.充电器的充电电压为4V.当给电池充电时，它的恒流充电电流为0.4A.在给充电器测试时，对原定的任务目标功能基本达到了实现。39 6结论和展望随着3G应用的全面化以及将来的4G时代，手机等掌上电子产品越来越离不开人们的需求，人们对于电池的要求也会越来越高。6.1结论本文主要研究了智能充电器的设计，以AT89C51为核心控制部件，结合外围工作电路进行工作，采用单片机控制电路及时调整充电过程中的充电电流，使电池的寿命能更长使用。6.2展望未来人们对电子器件的需求会越来越大，同时对电池的要求也会越来越高，对电池的安全性、容量、寿命等因素也会有更高的要求，不能满足人们需求的电池注定要被淘汰，传统锂电池必定需要改进。39 参考文献[1]胡汉才。单片机原理及其接口技术[M]。北京:清华大学出版社，2003.[2]张俊谟。单片机中级教程[M]。北京:北京航空航天大学出版社，2007.[3]求是科技。单片机典型模块设计实例导航[M]。北京:人民邮电出版社，2008.[4]田进，景占荣微。基于MCU的智能充电控制器的设计与应用[J]。微处理机，2006(2):78-81.[5]刘美俊。基于单片机的通用智能充电器设计[J]。仪表技术与传感器，2009(9):41-43.[6]罗剑。低成本交直流两用后备电源的设计[J]。工业控制技术，2009(12):100-102.[7]何立民。MCS-51系列单片机应用系统设计。北京航空航天大学出版社，2006.[8]赵负国主编。传感器集成电路手册，化学工业出版社，2002，ISBN7-5025-3474-1/TP。296.[9]童诗白，华成英。模拟电子技术基础（第三版）【M】。北京：高等教育出版社，2001.[10]路秋生，常用充电器电路和应用，机械工业出版社2007.[11]曲学基。稳定电源电路设计手册[M]。北京:电子工业出版社，2003.[12]TIanalog/Mixed-SignalProductsdesigner’sGudideCD-ROMSLYC005DFebrurary2000ISBN7-980029-43-7H.[13]TIanalog/Mixed-SignalProductsdesigner’sMasterselectionGuideCD-ROMSLYC005Gaugust2002.39 附录1系统实物图39 附录2实验原理图39 附录3毕业设计作品说明书一.作品名称智能电池充电器二.作品功能1．对手机锂电池进行充电；2．充电过程下有指示灯提示三.操作步骤通过USB接口连接电脑，再连接要充电的电池即可四.注意事项作品主要针对锂电池设计，不要去给其他类型的电池充电39