【正文】 的原理和技術(shù)，進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和編碼實(shí)現(xiàn)。而外出手機(jī)電池沒(méi)電，又沒(méi)有適用的手機(jī)電池充電器，是造成手機(jī)無(wú)法使用的最常見(jiàn)原因?；谝陨显颍袌?chǎng)呼喚一種能適用目前市場(chǎng)所售的所有手機(jī)，且物美價(jià)廉，便于管理的通用手機(jī)電池充電器。其主要問(wèn)題出現(xiàn)在與交流電網(wǎng)電源的連接，電源端子騷擾電壓，輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)和充電電壓幾個(gè)方面。這些充電器由于價(jià)格非常低，攜帶方便，有許多手機(jī)用戶更愿意使用這些充電器來(lái)對(duì)電池進(jìn)行充電。沒(méi)有保護(hù)電路的充電器，由于不能保證充電時(shí)電流的穩(wěn)定，因而會(huì)有燒壞電池甚至爆炸的危險(xiǎn)。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過(guò)充一般充電到90%就停止大電流快充，采用小電流涓流補(bǔ)充充電。車(chē)載充電器可以方便用戶在汽車(chē)上為手機(jī)充電，一端插入點(diǎn)煙器，另一端連接手機(jī)，但不宜在汽車(chē)中長(zhǎng)期充電，因?yàn)槠?chē)中溫度較高。標(biāo)準(zhǔn)型充電器，是指可以連接所有手機(jī)底端電源插座(端口)的充電器。3)手機(jī)充電器的待機(jī)耗電量的降低逐步成為充電器的設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。另外，還可以在輸入交流100V中設(shè)置切換電路。一般來(lái)說(shuō)，恒壓充電結(jié)束時(shí)的小電流充電過(guò)程中，電流的大小一般為恒流充電時(shí)電流的十分之一?！叭f(wàn)能手機(jī)充電器”到底有何乾坤?專家對(duì)此作了實(shí)地調(diào)查。一名商家告訴調(diào)查人員，一些商場(chǎng)上賣(mài)的80元一個(gè)的“萬(wàn)能手機(jī)充電器”，其實(shí)就是從他們這里批出去的，利潤(rùn)相當(dāng)可觀。目前，手機(jī)電池最常見(jiàn)的類型有鋰離子電池、鎳氫離子電池。但是要想生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品必須采用專門(mén)的運(yùn)算芯片和檢測(cè)電路，這樣的產(chǎn)品的綜合成本起碼在100元。也只有這樣做才‘能實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的“萬(wàn)能”。等于電池容量減少了，導(dǎo)致充電次數(shù)的增加，也導(dǎo)致了電池壽命的縮短。最佳的充電方法是直充充電器對(duì)手機(jī)進(jìn)行關(guān)機(jī)充電—直充提供恒定直流電壓，再經(jīng)手機(jī)內(nèi)帶有精密參考電壓源、同時(shí)受軟件控制的帶溫度補(bǔ)償功能和數(shù)據(jù)交換功能的可編程超大規(guī)模手機(jī)電源芯片對(duì)電池進(jìn)行充電，可以達(dá)到理想的效果。這是因?yàn)殇囯x子優(yōu)點(diǎn)很多，但也有一個(gè)最致命缺點(diǎn)，就是非常脆弱。充滿是指燈變色后多充電20%50%的時(shí)間。那么安全性如何保障?鋰離子電池對(duì)充電的電流尤其是充電的幾個(gè)門(mén)檻電壓要求很高，而目前幾乎所有“蛋充”都未使用精密電壓源，而只是使用精度和溫度穩(wěn)定性都非常差的廉價(jià)Zener管做參考電壓源，導(dǎo)致門(mén)限電壓離散性很大，飄移嚴(yán)重。2）鋰離子電池充電電流必須根據(jù)電池容量大小而定。4）－()轉(zhuǎn)恒壓充電數(shù)小時(shí)后，充電電流并未完全關(guān)死而存在較大漏電流。所以，現(xiàn)階段真正達(dá)到兼容幾乎是不可能的。大部分設(shè)計(jì)所選用是廉價(jià)的運(yùn)放集成塊，且只能作為專用充電器使用。利用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)目前市場(chǎng)上出售的手機(jī)電池的萬(wàn)能充電【2】。本課題采用可制造性設(shè)計(jì)(DFM)的基本理念1)DFM的誕生設(shè)計(jì)卓越(DFX)的概念是20世紀(jì)90年代中期由美國(guó)表面貼裝理事會(huì)首次提出的，它的目的就是提倡產(chǎn)品的可制造性設(shè)計(jì)及相關(guān)論題。發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛重視的并行工程(CE，即Coneurrent Engineering)已成為制造企業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，可制造設(shè)計(jì)(DFM，即Design For Manufacture)是并行工程中的主要應(yīng)用工具。DFM的實(shí)施戰(zhàn)略應(yīng)包括以下部分:其必須成為企業(yè)文化的一部分；DFM必須由用戶的需求驅(qū)動(dòng)；DFM必須有集體精神和創(chuàng)造性思維；DFM必須具備可供衡量和判斷的定量目標(biāo)；DFM必須簡(jiǎn)單適用。為了解決上述問(wèn)題，在電路設(shè)計(jì)和物理布線中必須考慮制造工藝后期所出現(xiàn)的問(wèn)題。組裝生產(chǎn)線的建立、機(jī)器性能、文件編制。電氣制約包括信號(hào)屏蔽、信號(hào)延遲等。而服務(wù)商需要的是一種物美價(jià)廉的手機(jī)電池充電器，以便能得到更好的效益，因此，市場(chǎng)急需微電腦控制的充電器，以滿足人們的需要。從而很好地填補(bǔ)智能手機(jī)電池充電器這一市場(chǎng)領(lǐng)域的空白。【3】單片機(jī)控制具有體積小，功耗低，編程靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。采用28腳雙立直插式封裝。其主要功能特性如下：1)分辨率：12位；非線性誤差：小于177。10V兩檔四種；電源電壓：177。因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中需要精確的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換時(shí)間且啟停要迅速，所以在本設(shè)計(jì)中我們選擇方案二 溫度傳感器的選擇與論證方案一：SHT75數(shù)字溫濕度傳感器，測(cè)量精度高，低能耗，尺寸小，每次測(cè)量溫度前都要進(jìn)行復(fù)位，每秒鐘最多測(cè)量三次數(shù)據(jù)，而且時(shí)序要求較高，程序不易編寫(xiě)，具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。范圍內(nèi)精度為177。雖然液晶顯示器的編程較為復(fù)雜，但是它可以滿足提出的設(shè)計(jì)要求直觀便捷的進(jìn)行操作編程和進(jìn)行多種漢字、字符以及圖形的顯示，可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并具有良好的“人機(jī)對(duì)話”界面。為讀寫(xiě)以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。【5】方案二：12864液晶顯示器具有液體的流動(dòng)性和晶體的某些光學(xué)特性，它本身不發(fā)光，而只是調(diào)制環(huán)境光，越是亮的地方顯示越清晰，黑暗中不能顯示。圖31電源電路 PIC16F877主要技術(shù)參數(shù)介紹1)PIC單片機(jī)選用依據(jù)PIC16F877是由Microchip公司所生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，屬于PICmicro系列單片微機(jī)，具有Flash program程序內(nèi)存功能，可以重復(fù)燒錄程序，適合教學(xué)、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品等用途；而其內(nèi)建ICD(In Circuit Debug)功能，可以讓使用者直接在單片機(jī)電路或產(chǎn)品上，進(jìn)行如暫停微處理器執(zhí)行、觀看緩存器內(nèi)容等，讓使用者能快速地進(jìn)行程序除錯(cuò)與開(kāi)發(fā)。普林斯頓體系結(jié)構(gòu):單片機(jī)的ROM和RAM存儲(chǔ)器位于同一個(gè)邏輯空間中，這種架構(gòu)的微控制器、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器或者微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為普林斯頓體系結(jié)構(gòu)?！?】(2)表31 PDIP40引腳的PIC16F877單片機(jī)其引腳功能說(shuō)明引腳名稱引腳序號(hào)引腳類型功能說(shuō)明OSC1/CLKIN13I時(shí)鐘振蕩器晶體連接端/外部時(shí)鐘源端輸入端OSC2/CLK140時(shí)鐘振蕩器晶體連接端/時(shí)鐘信號(hào)端輸出端VCLR /VP1I/P人工復(fù)位輸入端（低電平有效）/編程電壓輸入端基本功能：RA是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向端口。PIC16F877單片機(jī)采用硬件堆棧方式，具有8層13位的獨(dú)立空間，不占用存儲(chǔ)器空間，無(wú)需專用堆棧操作指令。而且是一個(gè)12位的ADC。是我國(guó)目前應(yīng)用最廣，價(jià)格較穩(wěn)定ADC，加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無(wú)須附加邏輯接口電路，內(nèi)部設(shè)置的高精度參考電壓源和時(shí)鐘電路，使它不需要任何外部電路和時(shí)鐘信號(hào)，就能完成A/D轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用十分廣泛。STS：工作狀態(tài)輸出端?？刂埔_配合方式AD574模擬量輸入電路外部連接AD574通過(guò)外部適當(dāng)連線可以實(shí)現(xiàn)單極性輸入，也可以實(shí)現(xiàn)雙極性輸入。經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)換周期TC后STS跳回低電平，表示A/D轉(zhuǎn)換完畢，可以從數(shù)據(jù)輸出端讀取新的數(shù)據(jù)【10】。該電路采用單極性輸入，可對(duì)010V或020V模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀寫(xiě)時(shí)，A1設(shè)置為低電平；AD574的CE信號(hào)由單片機(jī)和A7經(jīng)一級(jí)或非門(mén)產(chǎn)生，可見(jiàn)在讀寫(xiě)時(shí)，A7也應(yīng)為低電平。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)也應(yīng)穩(wěn)定。在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，AD574電源要進(jìn)行濾波調(diào)整，還要避開(kāi)高頻噪聲源，這對(duì)AD574來(lái)說(shuō)是非常重要的。在發(fā)熱量較大的應(yīng)用場(chǎng)合，還應(yīng)采取一定的散熱措施。BUCK變換器是用PWM信號(hào)控制的通過(guò)控制PWM的占空比來(lái)控制BUCK變換器輸出電壓或者電流。在這一階段，電感吸收能量，電容被充電。當(dāng)負(fù)載電流上升或者下降，整個(gè)鋸齒波同樣上升或者下降。圖36 采樣電路為了降低成本,設(shè)計(jì)中對(duì)于電流采集不外加傳感器。2）基準(zhǔn)穩(wěn)壓器A/D轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)基準(zhǔn)電壓為參照來(lái)完成模擬電壓信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的量化。由TL431構(gòu)成的電壓基準(zhǔn)電路見(jiàn)圖37。電池容量1800mAh,充電效率：Q =(1115/60)==%，而在充電過(guò)程中不關(guān)閉輸入電壓的情況下采集到的電壓波動(dòng)非常大,。充990ms,關(guān)閉10ms后再采樣數(shù)據(jù)【12】。提高PWM的頻率可以減小紋波電壓,PIC16F877采用最高的4MHz晶振,輸出的頻率設(shè)置成了最大20kHz,仍無(wú)法滿足要求。在快速充電的過(guò)程中，電池的溫度會(huì)隨著充電容量的增加而上升，尤其在接近充電終止時(shí)，溫度變化率T/t最大，該特性是判斷電池是否充滿的主要條件之一，因此，及時(shí),快速和準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)電池的溫度變化是本電路的關(guān)鍵【13】。當(dāng)沖電結(jié)束后指示為電池充電完成，請(qǐng)及時(shí)更換充電電池。但對(duì)于一些緊急情況，則需以特殊的方式，提醒現(xiàn)場(chǎng)操作人員注意或采取緊急措施?？梢杂靡粋€(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)，采用P1端子用來(lái)在出現(xiàn)故障時(shí)，可以人為的停止蜂鳴器報(bào)警。圖313 放電電路當(dāng)單片機(jī)端口Discharger為低電平時(shí)，三極管基極通過(guò)電阻分壓足以導(dǎo)通三極管，電池處于放電狀態(tài)?！?8】PID控制規(guī)律的基本作用：PID調(diào)節(jié)器是一種線形調(diào)節(jié)器，其框圖如下：KPKP/TISKP TDS控制對(duì)象圖41 PID調(diào)節(jié)器控制方框圖下面分別討論比例調(diào)節(jié)器P，積分調(diào)節(jié)器I，微分調(diào)節(jié)器D的作用：1)比例調(diào)節(jié)器（P）式中，KP為比例系數(shù)，u0為偏差e=ry=0時(shí)的控制作用（如原始閥門(mén)開(kāi)度，基準(zhǔn)電壓等）。2)比例積分調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)的系統(tǒng)存在靜差，為了消除靜差，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)器，組成比例積分調(diào)節(jié)器，其控制規(guī)律為：u= KP（e+1/Ti∫0T dt）+u0 ()式中Ti為積分常數(shù)，Ti越大積分作用越小。因此在實(shí)際生產(chǎn)中往往在積分調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入比例調(diào)節(jié)，把比例作用的及時(shí)性與積分作用的消除靜差的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器【22】。PID調(diào)節(jié)的傳遞函數(shù)為：D（S）=U（S）/E（S）=KP+KP/TI*1/S+KPTD*s （）在工業(yè)過(guò)程控制中，模擬PID調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)，氣動(dòng)，液動(dòng)等類型，PID調(diào)節(jié)規(guī)律用硬件實(shí)現(xiàn)。選擇較大的采樣周期后對(duì)控制質(zhì)量有較高的要求時(shí)，就不能采用數(shù)字控制器的模擬化的設(shè)計(jì)方法，而應(yīng)該選擇數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID的控制算為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程變量，必須將模擬的PID算式進(jìn)行離散化，變?yōu)閿?shù)字PID算式，為此，在采樣周期T遠(yuǎn)小于信號(hào)變化周期時(shí)，作如下近似（T是足夠小時(shí)，如下逼近相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過(guò)程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近）：u(t)≈u(k) ()e(t)≈e(k) ()∫0t edt≈Σe(j)△t=Tσe(j) ()de/dt≈[e(k)e(k1)]/△t=[e(k)e(k1)]/T ()式中T為采用周期，k為采樣序號(hào)，k=0，1，2，……，j，……，k。所以在實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是其增量時(shí)，可以采用增量型PID算法，縣推導(dǎo)如下：u(k)=u(k)u(k1) =KP{e(k)+T/TIΣe(j)+TD/T[e(k)e(k1)]+T/TIΣe(j)+TD/T[e(k1)e(k2)]=KP{e(k)e(k1)+T/TI*e(k)+TD/T[e(k)2e(k1)+e(k2)]} ()令KI=KPT/TI,KD=KPTD/T,則式中可寫(xiě)成：1u(k)=KP[e(k)e(k1)]+KIE(k)+KD[e(k)2e(k1)+e(k2)] ()為了更易于編程，可將上式進(jìn)一步寫(xiě)成：u(k)=a0e(k)+a1e(k1)+a2e(k2) ()式中，a0=KP+KI+KD a1=KP2KD a2=KD當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行期為步進(jìn)電機(jī)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，多圈電位器等具有保持歷史為之的功能的這類裝置時(shí)，一般均采用增量PID的控制算法。PID算法的改進(jìn)在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，控制變量實(shí)際輸出往往受到執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的約束，如放大器的飽和，閥門(mén)旋轉(zhuǎn)角度的限制，而被限制在有限的范圍內(nèi)，即：Umin≤U≤Umax ()其變化也局限在一定的范圍內(nèi)，即由此引起的不期望的效應(yīng)，稱為飽和效應(yīng)。PID控制方式確定后，還要解決參數(shù)整定問(wèn)題。本文采用的是試湊法。根據(jù)上述結(jié)論，可按如下步驟對(duì)參數(shù)是行先比例，后積分，再微分的整定步驟。反復(fù)試湊多組KP，KI值，從中確定合適的參數(shù)【2