【正文】 : 圖 14 信號(hào)采樣與放大模塊電路圖 （ 1）電壓采樣信號(hào)處理電路 如圖 14所示，信號(hào)采樣與放大模塊由電流和電壓信號(hào)的采樣電路和放大電路組成。 J2為繼電器用于在充滿電時(shí)斷開(kāi)電源， R4和D12為繼電器 線圈的吸收電路，光電耦合器 NEC2501(U10)和 PNP三極管 Q4來(lái)控制和驅(qū)動(dòng)繼電器。如圖 11所示： 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 14 圖 11 交流 220V整流濾波電路 充電主電路設(shè)計(jì) 本課題是基于單片機(jī)技術(shù)和 RFID技術(shù)的電動(dòng)車(chē)充電站設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)內(nèi)容把射頻識(shí)別技術(shù)與電動(dòng)車(chē)充電站結(jié)合起來(lái)，以 AT89C51單片機(jī)為核心進(jìn)行控制， 主要包括電量檢測(cè)功能、 RFID電子錢(qián)包功能以及充電功能三部分，各部分功能模塊及外圍接口模塊連接成了一個(gè)功能齊全的電動(dòng)車(chē)充電站系統(tǒng)。它通過(guò)電 — 光 — 電這種轉(zhuǎn)換，利用“光”這一環(huán)節(jié)完成隔離功能，因?yàn)楣庑盘?hào)的傳送不受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾，可以有效地隔離電信號(hào)，提高電路的抗干擾能力。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反； Vi+為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 ? 中斷方式 ： 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（ EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。 如下圖所示： 8路模擬量開(kāi)關(guān)8路A / D轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存器 I N 0 I N 1 I N 2 I N 3 I N 4 I N 5 I N 6I N 7D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7S TC L KE O C地 址 鎖 存與 譯 碼 器ABCA L EV R E F ( + )V R E F ( )O E 圖 10 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 3）外部特性 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說(shuō)明各引腳功能 ： ? IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 12 ? 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端 ? ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ? ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效 ? START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換） ? EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端 輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平） ? OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。在本設(shè)計(jì)中采用 DIP 方式，其引腳功能如表 2所示： 表 2 AT89C51的引腳功能 符號(hào) 引腳 功能 P0口 39~32 P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O口， 每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LS型 TTL負(fù)載 P1口 1~8 P1口是一個(gè)內(nèi)部 有 上拉電阻的 8位 準(zhǔn) 雙向 I/O口， 可驅(qū)動(dòng)4個(gè) LS型 TTL負(fù)載， T2（ ）， T2EX（ ） P2口 21~28 P2口為一個(gè)內(nèi)部 有 上拉電阻的 8位 I/O口 。如圖 9所示： 圖 9 電路總體設(shè)計(jì)方框圖 芯片選擇 AT89C51 型單片機(jī) 在本設(shè)計(jì)中控制部分的單片機(jī)是核心，它作為本系統(tǒng)的微控制器，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制和監(jiān)控任務(wù) . ATMEL 公司生產(chǎn)的 89 系列單片機(jī)是市場(chǎng)上比較常見(jiàn)，也是比較具有代交流 220V 繼電器 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換 單片機(jī) （ MCU） 指示電路 開(kāi)關(guān)管 DC— DC 整流 濾波 直流 5V電源 高頻變壓器 整流濾波 電壓采樣 低通濾波 低通濾波 蓄電池 電流采樣 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 10 表性的 MCS51 單片機(jī)。 方案三需要的成本最高，技術(shù)復(fù)雜，編寫(xiě) VHDL 語(yǔ)言程序復(fù)雜，在此不選用這種方案。數(shù)字信號(hào)送入 FPGA，由 FPGA的有限狀態(tài)機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理。這個(gè)脈沖寬度調(diào)制（ PWM）信號(hào)送給開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)管，從而調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時(shí)間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。 PWM 信號(hào)發(fā)生器對(duì)反饋回來(lái)的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行分析，然后調(diào)整 PWM 輸出信號(hào)的占空比。 控制部分則包括單片機(jī)模塊、電源通斷控制模塊、開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊三個(gè)基本部分。 （ 3） 補(bǔ)足充電 快速充電終止后，電池并不一定充足電，為了保證電池充入 100％的電量，對(duì)電池還要進(jìn)行補(bǔ)足充電。 四階段充電法 目前 ， 電動(dòng)自行車(chē)主要以鉛酸蓄電池為動(dòng)力。 與恒流充電法相比，其充電過(guò)程更接近于最佳充電曲線。但是各個(gè)蓄電池的容量應(yīng)當(dāng)盡可能相同，否則應(yīng)當(dāng)以容量最小的蓄電池計(jì)算充電電流。其中最著名的就是 “ 安培小時(shí)規(guī)則 ” ：充電電流安培數(shù)，不應(yīng)超過(guò)蓄電池待充電的安培時(shí)數(shù)。隨著放電狀態(tài)、使用和保存期的不同 ,即使是相同型號(hào)、相同容量的同類(lèi)蓄電池的充電也大不一樣。浮充電壓不能過(guò)高，以免因嚴(yán)重的過(guò)充電而縮短電池壽命。這樣 ， 在密封鉛酸蓄電池中，采用中等充電速率時(shí)，氫氣和氧氣能夠重新化合為水。該電路能夠 采用 單片機(jī) (MCU)實(shí)時(shí)檢測(cè)充電 電流 和蓄電池電壓的實(shí)際值， 分級(jí) 控制開(kāi)關(guān)電源的脈沖頻率和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)脈沖占空比，從而調(diào)節(jié)充電電流和電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的分級(jí)慢脈沖充電 。 電動(dòng)車(chē)蓄電池按電極材料和工作原理的不同，應(yīng)用最廣泛的包括鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等四類(lèi)?？刂崎_(kāi)關(guān)電源的脈沖頻率和占空比，從而調(diào)節(jié)充電電流和電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的分級(jí)慢脈沖充電。 基于此，本文提出了一種用于全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池的智能充電設(shè)計(jì)方案， 針對(duì)蓄電池充電過(guò)程中出現(xiàn)的種種問(wèn)題，分析 解決方法 ，提出一種可對(duì)鉛酸蓄電池實(shí)現(xiàn)四段式慢脈沖充電的智能充電設(shè)計(jì)方案。 RFID的研究和應(yīng)用都得到了前所未有的發(fā)展，本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容把射頻識(shí)別技術(shù)與電動(dòng)車(chē)充電站結(jié)合起來(lái)，以 AT89C51單片機(jī)為核心，利用 RFID技術(shù)電子錢(qián)包功能實(shí)現(xiàn)用戶身份 識(shí)別 和電子支付充電 費(fèi)用功能， 防盜報(bào)警，安全可靠 ； 充滿自停 ， 來(lái)電續(xù)充 ，付費(fèi)合理，并加上 LCD顯示費(fèi)用余額方便簡(jiǎn)單 。本文通過(guò)六部分電路的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)充電的功能，即交流 220V整流濾波電路、充電主電路、單片機(jī)電路、信號(hào)采樣與放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電源模塊電路。當(dāng)正負(fù)極板上的硫酸鉛完全生成鉛和二氧化鉛后，電池開(kāi)始發(fā)生過(guò)充電反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和氧氣。浮充電壓下，充入的電流應(yīng)能補(bǔ)充電池因自放電而失去的能量。充電過(guò)程中影響充電的因素很多 ,諸如電解液的濃度、極板活性物的濃度、環(huán)境溫度等的不同 ,都會(huì)使充電產(chǎn)生很大的差異。 充電方法研究 常規(guī)充電制度是依據(jù) 1940年前國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的。采用恒流充電法，可以將不同容量的蓄電池串聯(lián)在一起進(jìn)行充電。如果充電電路輸出電壓過(guò)高，充電電流將顯著增大，即使蓄電池已經(jīng)充足電，但端電壓仍然低于充電器的輸出電壓，充電電流仍然純?cè)?，充電始終在進(jìn)行，勢(shì)必導(dǎo)致蓄電池過(guò)充電，加快電解液的消耗，使用壽命縮短。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為充電電流 充電電壓 0 恒流 恒壓 t u,i 充電電壓 充電電流 u,i t 0 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 6 一種快速充電方法使用，受到一定的限制。采用這種方法可以消除充電接近充滿時(shí)易出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象及過(guò)充電問(wèn)題。系統(tǒng)可以分為控制部分和信號(hào)檢測(cè)部分。蓄電 池充電時(shí)，電壓、電流采樣電路將蓄電池的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣的信號(hào)經(jīng)過(guò)各種處理后，分別送進(jìn) PWM 信號(hào)發(fā)生器的電壓和電流反饋引腳。然后單片機(jī)調(diào)整 PWM 輸出信號(hào)的占空比。電壓、電流采樣電路將蓄電池的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)分別送進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓和電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 并不是理想的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)蓄電池通過(guò) DCDC 變換器經(jīng)整流濾波后給單片機(jī)、 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器、指示電路和其它的電路提供電源。 （ 2）管腳說(shuō)明 AT89C51 有兩種通用的封裝方式，一種是 40 腳的雙列直插（ DIP）方式，另一種是44腳的 PLCC 方形貼片封裝方式。 （ 1）主要 特性 ? 輸入通道， 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8位 ? 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫? ? 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs ? 單個(gè)＋ 5V 電源供電 ? 模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn) ? 工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 ? 低功耗，約 15mW （ 2） 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由 8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開(kāi)關(guān)型 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。當(dāng) OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。因此可以用查詢方式，測(cè)試 EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。它有 5個(gè)引出腳，其中 “+” 、 “ ” 為兩個(gè)信號(hào)輸入端 ， “V+” 、 “V ” 為正、負(fù)電源端， “Vo” 為輸出端。繼電器 J1驅(qū)動(dòng)電路由光電耦合器 NEC250 PNP三極管 Q3和續(xù)流電路構(gòu)成，光電耦合器 NEC2501為了防止現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓通過(guò)輸出通道反串到單片機(jī)系統(tǒng)。保護(hù)電路的 熔斷器用保護(hù)電路過(guò)流，壓敏電阻 RT1用于保護(hù)電路的過(guò)壓。次級(jí)繞組接 D D D10和 D15構(gòu)成二次整流電路，然后用一個(gè) 470UF的大電容進(jìn)行濾波。單片機(jī)的地址鎖存輸出引腳經(jīng)過(guò)四分頻后為 ADC0809提供時(shí)鐘信號(hào)， ADC0809的地址線， ～ ， (WR)和 (RD)為 ADC0809的讀寫(xiě)控制引腳， (INT0)用于接收來(lái)自 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束的中斷 [5]。 （ 2）前置放大電路 對(duì)電流信號(hào)的處理經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器和兩級(jí)電路放大電路。 （ 4）繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路 在后級(jí)放大電路中采用了由繼電器陣列組成的放大倍數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路，由于譯碼器74HC154引腳最大的輸出電流只有幾十毫安，不足以驅(qū)動(dòng)繼電器，所以需要一個(gè)繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路，以驅(qū)動(dòng)繼電器實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)的自 動(dòng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)充電電流為 100mA～ 500mA 時(shí)， 引腳 13 和 14所接的線圈通電，從左邊數(shù)第二個(gè)繼電器導(dǎo)通。 CLK(10 腳 )—— 時(shí)鐘信號(hào)。 Vref(1 16腳 )—— 參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 5V 電源電路采用的是三端固定式穩(wěn)壓器 LM7805，由蓄電池直接接入 LM7805 的輸入端，輸入和輸出端與地之間除接有大容量的 470UF 電解電容濾波外，還并聯(lián)了一個(gè)小容量為 的瓷介電容到地。若存在， 在天線所覆蓋的范圍內(nèi)，讀寫(xiě)器開(kāi)始檢測(cè)響應(yīng)沖突，進(jìn)而使用命令來(lái)處理存在的沖突，即通過(guò)發(fā)送命令可以記錄讀寫(xiě)器天線覆蓋范圍內(nèi)的標(biāo)簽的用戶識(shí)別信息，然后利用其唯一性，讀寫(xiě)器和標(biāo)簽開(kāi)始建立獨(dú)立的通道進(jìn)行通信，從而消除沖突。當(dāng) ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束發(fā)出中斷信號(hào)，單片機(jī)收到中斷后，進(jìn)入中斷子程序，接著向ADC0809 發(fā) 出讀信號(hào)，讀出采樣電壓信號(hào)。而此設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)充電功能，將 220V市電通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換與控制輸出穩(wěn)定的電壓對(duì)電動(dòng)車(chē)進(jìn)行充電。 本文的研究還存在不足和疏漏之處，將在未來(lái)的研究和實(shí)踐中不斷地改進(jìn)和完善，以期望得到更好的設(shè)計(jì)方法和性能。 感謝電子信息工程班的全體同學(xué)，是你們的幫助、支持和勉勵(lì)讓我有了今天的成績(jī)。在此，對(duì)幫助過(guò)我的同學(xué)、和教誨過(guò)我的各位老師表示忠心的感謝，特別是我的指導(dǎo)教師郭老師，郭老 師淵博的學(xué)識(shí)、敏銳的思維、深刻的洞察力、