基于單片機的智能電池充電器的設計畢業(yè)設計

基于單片機的智能電池充電器的設計 I 基于單片機的智能電池充電器的設計 摘 要 由于以往的充電器不能根據電池的充電狀態(tài)進行數據分析，采取相應的電池充 電模式，而是一直采用大電流充電，極易造成電池的極化現象，導致電池充電效率 較低，使用壽命縮短?；谏鲜鲈虮疚脑O計了一種基于單片機的智能電池充電器， 該充電器是由 ADuC824 單片機控制，根據充電電池的充電狀態(tài)輸出一定的 PWM 脈 沖波，進而采用涓流充電，恒流充電，恒壓充電和浮充電等四個階段對鉛酸蓄電池 充電，并且可以通過單片機的輸出端口顯示當前的充電狀態(tài)，在充電結束時自動終 止充電，蜂鳴器發(fā)出報警聲，提醒用戶電池已經充滿，實現電池充電的智能化。 關鍵詞 智能充電器 ADuC824 TL494 鉛酸蓄電池 基于單片機的智能電池充電器的設計 II DESIGN OF INTELLIGENT CHARGER BASED ON SINGLE-CHIP MICROCOMPUTER ABSTRACT In the past, as the charger cannot be based on the status of rechargeable battery data to analysis it cannot be carried out the mode, which is suitable. It has been using a high- current charge, which is result in more lower efficient for battery charger, reduces service life. Because of it, I design an intelligent charger, which is controlled by single-chip microcomputer. According to the state of battery, ADuC824 single-chip microcomputer will control and output a PWM pulse, in turn, lead-acid battery will be charged through to four-stage charge such as trickle charge, constant current charging, constant voltage charging and floating charge, it can also show the current charging phase through the output terminal of single-chip microcomputer and can terminate charging automatically. A warning buzzer will sound to remind the user that it is already full of batteries. KEY WORDS intelligent battery charger ADuC824 TL494 lead-acid battery 基于單片機的智能電池充電器的設計 目 錄 摘要 . ABSTRACT. 1 緒論 .1 1.1 研究背景 .1 1.2 充電技術的發(fā)展概述 .1 1.3 充電器的技術水平、現狀及發(fā)展趨勢 .2 2 鉛酸蓄電池的工作原理及充放電過程 .3 2.1 鉛酸蓄電池的基本概念 .3 2.2 鉛酸蓄電池的工作原理 .6 2.2.1 鉛酸蓄電池電動勢的產生 .6 2.2.2 鉛酸蓄電池放電過程的電化反應 .6 2.2.3 鉛酸蓄電池充電過程的電化反應 .7 2.2.4 鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化 .7 2.3 蓄電池的充電工作特性 .7 2.4 充電終止條件控制方法 .12 2.4.1 電壓控制 .12 2.4.2 定時控制 .13 2.4.3 溫度控制 .14 2.5 智能充電器的充電過程 .14 3 智能充電器的硬件設計 .15 3.1 智能充電器的總體設計要求及設計方案 .15 基于單片機的智能電池充電器的設計 3.2 單片機部分 .16 3.2.1 ADuC824 的介紹 .16 3.2.2 單片機電路部分 .21 3.3 充電電路設計部分 .22 3.3.1 充電電路電源部分 .22 3.3.2 控制電路 .22 3.3.3 檢測電路 .25 4 智能充電器的軟件設計 .28 4.1 主程序軟件設計 .29 4.2 子程序軟件設計 .30 5 結論 .32 致謝 .33 參考文獻 .34 附錄 .35 附錄 1 總電路圖 .35 附錄 2 源程序 .36 1 緒論 1.1 研究背景 早在六、七十年代，西方經濟發(fā)達國家為了保護環(huán)境就已經開始研制各種 各樣的綠色能源來代替汽油和柴油，但是，受到蓄電池，電控等關鍵部件的性 能、壽命以及高性能的充放電設備等的制約，一直未得到長足的發(fā)展。到了八、 九十年代，由于大容量、長壽命蓄電池的大批量的生產及大功率晶體管的研制 成功和計算機應用技術的廣泛應用，使綠色能源得到長足的發(fā)展，近期一些公 司聲明他們將首先實現綠色能源計劃，其中就包含大量電動汽車。隨著國際、 國內對環(huán)保要求的越來越高，對內燃車輛的排放要求也越來越高，這樣對綠色 能源的需求越來越迫切，勢必會蓄電池電動車輛的使用量大幅度增加。 1.2 充電技術的發(fā)展概述 對于鉛酸蓄電池來講，傳統(tǒng)的充電方式有恒流限壓充電和恒壓限流充電。 這兩種充電方式的特點及存在的問題如下： （1） 恒流限壓充電 充電時自始至終以恒定不變的電流進行充電，該電流可以通過 PWM 來調 整，這種方式實現起來比較簡單方便，易于做到。特別適合由許多電池串聯(lián)起 來的蓄電池組。蓄電池組中個別落后電池進行完全充電，恢復其容量，這時最 好用小電流長時間的充電模式。 恒流充電方式的不足之處在于：開始充電階段電流過小，在充電中后期電 流又過大，析出氣體多，對危害較大，能耗高。鉛酸蓄電池不宜采用這種方式。 因此，人們在恒流充電方式的基礎上進行了改進，即采用恒流限壓充電方 式。為避免過充電，在充電后期采用限壓措施，減小充電電流，避免損壞電池。 （2） 恒壓限流充電 恒壓充電初期充電電流很大，隨著充電進行，電流逐漸減小，在充電終期 只有很小的電流通過，這樣，在充電過程中就不必要調整電流。隨著蓄電池端 電壓升高，充電電流會自動下降，所以析氣量少，充電時間較長，能耗較低。 它的缺點是：充電初期，如果蓄電池放電深度過大，充電電流會很低，后 期充電電流又過小，充電時間長；此外蓄電池端電壓的變化也很難補償，充電 過程中對落后的電池完全充電也很難完成，為了彌補恒壓充電的不足，在恒壓 充電的基礎上進行了改進，當充電電流較高的時候（如電池嚴重虧電，漏電， 負荷過重等）這時應采取限流措施，保持電流不超過某一設定值而使電壓降低， 待電流降低，電壓升起后再穩(wěn)壓，這就是恒壓限流的含義。 單獨采用恒流充電限壓充電和恒壓限流充電等模式對鉛酸蓄電池進行充電， 蓄電池的充電效果不是很理想。一方面這些充電方式充電時間過長，不能適應 現代生產和生活的需要。另一方面，充電技術不能適應蓄電池的特殊要求，會 嚴重影響蓄電池的使用壽命。國內外多年來的實踐證明，鉛酸蓄電池浮充電壓 偏差 5%，電池的浮充壽命將減少一半。統(tǒng)計數據聲明，國內蓄電池的平均壽命 為 1.5 年（可充 400 次） ，國外同型號蓄電池壽命一般為四年（可充 1000 次） 如果充電質量不好以及用戶使用維護保養(yǎng)跟不上，許多電池在使用一年后即報 廢，造成很大的經濟損失，蓄電池價格占整機價格的 20%，國外同容量電池價 格則為國產蓄電池價格的 23 倍。因此，充電質量的好壞，直接影響到蓄電池 的技術狀態(tài)及使用壽命。 1.3 充電器的技術水平、現狀及發(fā)展趨勢 隨著蓄電池電動車的迅猛發(fā)展，對充電器的要求越來越高，從開始的單純 充足，到目前的延長蓄電池壽命，減少能源消耗，充電器的功能已發(fā)生了質的 飛越。現在國外已研制成功只要用一小時就可以充滿蓄電池的大功率充電器， 在體積上也越來越小，現在最小的大功率充電器只有一個書包大小。 在我國的研究發(fā)展比較晚，因其體積小，動態(tài)響應速度快，輸出紋波小， 效率高等特點，近年來得到國內外的廣泛研究與關注，特別在通信，電力等領 域中，已經得到了普遍的研究和使用，但對于相控電源來說，它的價格比較高， 而且功率器件的發(fā)熱量也較高，所以，在電力系統(tǒng)中的大功率場合，相控式的 充電器仍然占有較大比重。 而國外市場大部分充電器均采用 Wa，WaWo，U sbit current/ain1 =p1.4; sbit voltage/ain3 =p1.6; sbit DA = p1.2; sbit buzzer = p2.0; void delay(int) void pulse_BZ int,int,int); void adinitial (); void dainitial (); unsigned char code led_data = 0 x03,0 x9F,0 x25,0 x0D,0 x99,0 x49, /共陽 段碼 0 x41,0 x1F,0 x01,0 x09,0 xFD,0 xFF; unsigned char t,buf4,bufout2,dispbuf4,i,dis,wei,out_data; unsigned char temh4=0,8,0,0,teml4=2,1,0,0; bit flag; void adinitial () ADCMODE =0011,0000; ADC0CON =0100,0111; ADC1CON =0100,0000; void dainitial () DACCON=0001,0111 void pulse_BZ (int count, int TH, int TL) int i; for ( i=0;Icount;i+ buzzer=1; delay (TH) buzzer=0; dalay(TL); void display(void) unsigned char i; wei=0 xfe; for(i=0;i4;i+) LE=1; if(i=2) P1=led_datadispbuf2 else P1=led_datadispbufi; LE=0; P1=wei; delay(10); P1=0 xff; LE=1; LE=0; wei=_crol_(wei,1); LE=1; void timecsh (void) TMOD=0 x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; void timer0 () interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; t+; void Startchange () buf0=0 xac; buf1=0 x02; Write8bit (); delay(20); buf0=0 xee; WriteAlone (); delay(10); void dalay ( int x) int i,j; for ( i=0;ix;j+); for (j=1;j=150;j+); 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文） ，是我個人在指導教 師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別 加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過 的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位 或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人 或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論 文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和 電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并 提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數字化或其 它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論 文的部分或全部內容。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行 研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本 論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本 文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定， 同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位 論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、 縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導 師 簽 名 ： 日 期 ： 年 月 日 指導教師評閱書 指導教師評價： 一、撰寫（設計）過程 1、學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格 5、完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文（設計）質量 1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三、論文（設計）水平 1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文（設計說明書）所體現的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格 （在所選等級前的內畫“”） 指導教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設計）質量 1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文（設計）水平 1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文（設計說明書）所體現的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格 （在所選等級前的內畫“”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 基于單片機的智能電池充電器的設計 1 教研室（或答辯小組）及教學系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 1、畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、對答辯問題的反應、理解、表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、學生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文（設計）質量 1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三、論文（設計）水平 1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文（設計說明書）所體現的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 評定成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格 （在所選等級前的內畫“”） 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日