【正文】 信號幅值變?yōu)?mA～，為此在本設計中對采樣電流信號進行兩級放大，既前置放大電路和后級放大電路。電壓跟隨器具有電壓隔離的作用，也稱為電壓隔離器，電壓隔離器輸出電壓近似輸入電壓幅度，并對前級電路呈高阻狀態(tài)，對后級電路呈低阻狀態(tài)，因而對前后級電路起到“隔離”作用。、信號采樣與放大模塊電路圖 .信號采樣與放大模塊電路圖、電壓采樣信號處理電路，信號采樣與放大模塊由電流和電壓信號的采樣電路和放大電路組成。單片機的復位電路為上電復位，電源通過22UF的電解電容加到單片機的復位腳9腳上一個高電平復位信號，RC常數(shù)t為t=2210610103==220mS,因此，上電復位電路能給單片機提供高電平的時間遠大于2個機械周期的時間(即2mS),即單片機在加電后，單片機能完成復位。、充電電路 充電電路圖次級繞組接DDD10和D15構(gòu)成二次整流電路， 470UF的電解電容C8電行濾波電容。PNP三極管Q3用于驅(qū)動開關管DFF4N60，確保開關管的導通，R9～R12為限流電阻。光電耦合器NEC2501(U3)由單片機控制，單片機給低電它就會導通，接著PNP三極管導通，從而使直流12V電源加到開關管的柵極上，開關管導通高頻變壓器T1的初級繞組就有電流通過；單片機給高電平光耦就截止，開關管的柵源極之間沒有電壓降，開關管截止高頻變壓器T1的初級繞組沒有電流。由于電容兩端的電壓不能突變，電容C1～C4處于短路狀態(tài)，二極管上不流過很大的電流，從而保護了二極管。三極管Q1用于將光電耦合器NEC2501的信號放大，以確保有效的驅(qū)動繼電器，其中RRR3和R4為限流電阻。當蓄電池充滿電時，單片機先停止向雙向晶閘管的門極發(fā)出觸發(fā)信號，此時雙向晶閘管仍處于導通的狀態(tài)，接著向控制繼電器的光電耦合器發(fā)出低電平，繼電器的線圈導通，繼電器的常閉開關斷開，交流220V電源無法送給雙向晶閘管，從而使雙向晶閘管截止，充電器停止對蓄電池充電。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“”為兩個信號輸入端，“V+”、“V”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。（3）． 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 CLK為時鐘輸入信號線。當EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。通道選擇表如下表所示。 IN0－IN7：8條模擬量輸入通道 ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。IN0～IN7：8路模擬量輸入端。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 6）工作溫度范圍為40～＋85攝氏度 7）低功耗，約15mW。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。在這種模式下，定時器在每一狀態(tài)都會增加，讀或?qū)懢筒粫蚀_。特別強調(diào)，TH2的翻轉(zhuǎn)并不置位TF2，也不產(chǎn)生中斷； EXEN2置位后，T2EX引腳上1～0的下跳變不會使（RCAP2H，RCAP2L）重載到（TH2，TL2）中。定時器2 用于定時器操作與波特率發(fā)生器有所不同，它在每一機器周期（1/12晶振周期）都會增加；然而，作為波特率發(fā)生器，它在每一機器狀態(tài)（1/2晶振周期）都會增加。設置RCLK 和（或）TCLK 可以使定時器2 工作于波特率產(chǎn)生模式。定時器2上溢或下溢，外部中斷標志位EXF2 被鎖死。定時器的溢出也使得RCAP2HRCAP2L中的16位值分別加載到定時器存儲器TH2和TL2中。置位DCEN，允許定時器2向上或向下計數(shù)。計數(shù)溢出也使得定時器寄存器重新從RCAP2H 和RCAP2L 中加載16 位值。DCEN 設置后，定時器2就可以取決于T2EX向上、向下計數(shù)。像TF2 一樣，T2EX 也會引起中斷。如果EXEN2=0，定時器2是一個16位定時/計數(shù)器，溢出時，對T2CON 的TF2標志置位，TF2引起中斷。在檢測到跳變的這個周期的S3P1 期間，新的計數(shù)值出現(xiàn)在寄存器中。由于一個機器周期由12 個晶振周期構(gòu)成，因此，計數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。定時器2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載（向下或向上計數(shù)）和波特率發(fā)生器。＝0 將引起T2EX 的負脈沖。若EXEN2＝0，定時器2將視T2EX端的信號無效TR2開始/停止控制定時器2。TCLK串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時鐘標志位。EXF2 必須如見清“0”。RCLK=1 或TCLK=1 時，TF2不用置位。AT89S52單片機與AT89S51單片機有區(qū)別的是P1口，P1口除了作為單片機的并口外，它還具有第二功能。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。單片機通過軟件將送進來的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換為實際值，并將它們與上一次的實際值進行比較，然后再調(diào)節(jié)輸出的PWM波形的頻率和占空比，并控制指示燈的亮滅來指示充電的過程。方案二成本比方案一略高一點，易于接受，而且編程沒有那么的復雜，在本次設計選擇此方案。這是充電器目前比較新的一種方法，這種方案的特點是，技術是最復雜、使用VHDL語言編程比較復雜，沒有實用經(jīng)驗、所需的元器件少、成本比上兩個方案都要高，但是由于FPGA能通過編程構(gòu)造各種功能的模塊，可以大大的減少外圍電路，增加電路的抗干擾的能力，F(xiàn)PGA的晶振頻率一般為幾十MHz，故信號的采樣頻率高。數(shù)字信號送入FPGA，由FPGA的有限狀態(tài)機對數(shù)字信號進行分析和處理。用VHDL設計主要是利用有限狀態(tài)機來實現(xiàn)。當蓄電池充電滿后，由單片機輸出信號控制開關斷開電源，充電器便停止對蓄電池的充電。電壓、電流采樣電路將蓄電池的電壓、電流信號進行采樣，采樣信號分別送進模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓和電流的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這種方法是目前市場充電器流行使用的方法，也是一種很技術非常成熟的方法。方案一：用PWM信號發(fā)生器(比如UC3842)實現(xiàn)的方案。這兩個實時信號反饋給單片機，由單片機判斷后，控制PWM波形的占空比。由市電送來的220V交流電經(jīng)整流、濾波后，經(jīng)脈沖變壓器降壓送給蓄電池進行充電。此時充電電流逐漸減小，當電流下降至某一閾值時，轉(zhuǎn)入浮充階段。采用這種方法可以消除充電接近充滿時易出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象及過充電問題。 鉛酸蓄電池充電過程中的電壓、電流原理示意圖、 預充電對長期不用的電池、新電池或在充電初期已處于深度放電狀態(tài)的蓄電池充電時，一開始就采用快速充電會影響電池的壽命。馬斯三定律說明，在充電過程中，當充電電流接近蓄電池固有的微量析氣充電曲線時，適時地對電池進行反向大電流瞬間放電，以消除電池的極化現(xiàn)象，可以提高蓄電池的充電接受能力。、 四階段充電法1)四階段充電的原理1972年，美國科學家馬斯在第二屆世界電動汽車年會上提出了著名的馬斯三定律，即a)對于任何給定的放電電流，蓄電池充電時的電流接受比”a”與電池放出的容量的平方根成反比，即 式中：K1為放電電流常數(shù)，視放電電流的大小而定；C為蓄電池放出的容量。 恒壓充電法曲線這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過充。3) 恒壓充電法充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓?？刂品椒ê唵?，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過甚，因此，常選用階段充電法。實際上，常規(guī)充電的速度被蓄電池在充電過程中的溫升和氣體的產(chǎn)生所限制。同理，電池正極放電時，電極表面所帶正電荷數(shù)目減少，電極電勢變負。這種表面負電荷減少的狀態(tài)促進金屬中電子離開電極，金屬離子Me＋轉(zhuǎn)入溶液，加速Me－eMe＋反應進行。3）電化學極化這種極化是由于電極上進行的電化學反應的速度，落后于電極上電子運動的速度造成的。2）濃度極化電流流過蓄電池時，為維持正常的反應，最理想的情況是電極表面的反應物能及時得到補充，生成物能及時離去。在離子遷移過程中不可避免地受到一定的阻力，稱為歐姆內(nèi)阻。但是，實踐表明，蓄電池充電時，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行,而這個數(shù)值又因為電極材料，溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過了蓄電池的平衡電動勢值。主要原因是充電過程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。 上世紀60年代中期，美國科學家馬斯對開口蓄電池的充電過程作了大量的試驗研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電曲線，如圖1所示。、充電器充電原理、 蓄電池充電理論基礎 理論和實踐證明，蓄電池的充放電是一個復雜的電化學過程。實踐證明，實際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差５％時，免維護蓄電池的壽命將縮短一半。由此可知，電池充足電后，維持電容容量的最佳方法就是在電池組兩端加入恒定的電壓。當充電速率大于Ｃ／５時，電池容量恢復到額定容量的８０％以前，即開始發(fā)生過充電反應。當正負極板上的硫酸鉛完全生成鉛和二氧化鉛后，電池開始發(fā)生過充電反應，產(chǎn)生氫氣和氧氣。第一章 充電器原理、蓄電池與充電技術對于鉛酸、鎘鎳、鎳氫3類以水為溶劑的電解液蓄電池，為了使用上的安全、方便、長壽命和免維護，在全世界化學電源工作者數(shù)代人不懈的努力下，終于從大量的實驗中發(fā)現(xiàn)了內(nèi)部氧循環(huán)的理論機制，使得該3類蓄電池所有的充放電反應，能在一個設計完好的帶閥控的密封容器中反復安全進行。然而，由于充電方法不正確，充電技術不能適應免維護電池的特殊需求，造成電池很難達到規(guī)定的循環(huán)壽命。鋰離子電池電動車在深圳已投入試運營，由上海研制的第二代燃料電池轎車“超越二號”也于2004年5月在北京的國際氫能大會上露面，但都還未能得到廣泛的推廣應用。目錄前言 3第一章 充電器原理 蓄電池與充電技術 密封鉛酸蓄電池的充電特性 充電器充電原理 蓄電池充電理論基礎 充電方法的研究 常規(guī)充電法 四階段充電法 充電方法設計 預充電 1 脈沖快速充電 1 補足充電 1 浮充電 12第二章 總體設計方案 122． 系統(tǒng)設計 122．方案比較與方案選擇 12第三章 硬件電路設計 1電路總體設計 1芯片介紹 1 AT889S52型單片機 1功能特性描述 1引腳結(jié)構(gòu) 1ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 2LM324是四運放集成芯片 2功能模塊電路設計 2交流220V整流濾波電路 2充電主電路模塊 3單片機最小系統(tǒng)電路模塊 3信號采樣與放大模塊電路圖 3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路 3電源模塊電路 4單片機AT89S52下載電路 43第四章 軟件設計 4系統(tǒng)設計 4ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換啟動與信號讀取軟件設計 4采樣電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實際電流值軟件設計 4數(shù)據(jù)處理軟件設計 4電源通斷控制軟件設計 50參考文獻 51謝辭 52附錄 53前言以動力蓄電池為能源的電動車被認為是21世紀的綠色工程，它的出現(xiàn)將汽車工業(yè)的發(fā)展帶入了一個全新的領域。當然，也有一些高性能電池，比如鋰電池、燃料電池等。眾所周知，通信設備一般都采用免維護電池作為備用電源，許多電子設備必須的不間斷電源系統(tǒng)（UPS）也離不開免維護電池，此外在應急燈、汽車、游艇中也越來越多的選用免維護電池。在充電過程中，鉛酸電池負極板上的硫酸鉛逐漸析出鉛，正極板上的硫酸鉛逐漸生成二氧化鉛。過充電開始的時間與充電的速率有關。過充電反應發(fā)生后，單格電池的電壓迅速上升，達到一定數(shù)值后，上升速率減小，然后電池電壓開始緩慢下降。采用適當?shù)母〕潆妷?，密封鉛酸蓄電池的壽命可達１０年以上。因此，為了保證在很寬的溫度范圍內(nèi)，都能使電池剛好充足電，充電器的各種轉(zhuǎn)換電壓必須隨電池電壓的溫度系數(shù)而變。隨著放電狀態(tài)、使用和保存期的不同,即使是相同型號、相同容量的同類蓄電池的充電也大不一樣。 最佳充電曲線：初始充電電流很大，但是衰減很快。其放電及充電的化學反應式如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4→2PbSO4＋2H2O理想條件是外加電壓等于電池本身的電動勢。1）歐姆極化充電過程中，正負離子向兩極遷移。隨著充電電流急劇加大，歐姆極化將造成蓄電池在充電過程中的高溫。這種現(xiàn)象稱為濃度極化。電極表面負電荷減少，而金屬溶解的氧化反應進行緩慢Me－eMe＋，不能及時補充電極表面電子的減少，電極表面帶電狀態(tài)發(fā)生變化。也就是電化學極化電壓變高，從而嚴重阻礙了正常的充電電流。其中最著名的就是“安培小時規(guī)則”：充電電流安培數(shù)，不應超過蓄電池待充電的安培時數(shù)。1） 恒流充電法恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保持充電電流強度不變的充電方法。首先，以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。由于充電初期蓄電池電動勢較低，充電電流很大，隨著充電的進行，電流將逐漸減少，因此，只需簡易的控制系統(tǒng)。例如，汽車運行過程中，蓄電池就是以恒壓充電法充電的。綜合馬斯三定律,可以推出，蓄電池的總電流接受比可表示為 α=Ⅰt /Ct（5）式中：Ct=C1＋C2＋C3＋C4＋????為各次放電量的總和，即蓄電池放出的全部電量。根據(jù)蓄電池充電前的殘余電量，進入不同的充電階段。開始充電時采用大電流，隨著電池容量的增加，電壓逐漸升高，電流等級開始降低，使充電電流的脈沖幅度和寬度隨蓄電池端