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電動(dòng)車(chē)充電站畢業(yè)論文(完整版)

  

【正文】 迅速把握核心問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力為我展示了一名學(xué)者的風(fēng)范,也潛移默化的成為激勵(lì)我求知上進(jìn)的動(dòng)力。 在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我也遇見(jiàn)了很多的問(wèn)題,一開(kāi)始以為這個(gè)設(shè)計(jì)目的和方法很清晰,但開(kāi)始著手做的時(shí)候,很多具體的細(xì)節(jié)問(wèn)題便出現(xiàn)了,許多東西都需要自己先去摸索,再搜集相關(guān)的資料,例如: 要 去設(shè)計(jì) ADC0809 模 塊時(shí), 就必需要熟習(xí)其詳細(xì)資料和功能用途以及在具體的電路中應(yīng)該注意的問(wèn)題。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中增加了一個(gè)電源閉合與關(guān)斷的控制電路,并用軟件控制其關(guān)斷與閉合。 充電電路軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用 8位的 ATMEL 單片機(jī) AT89C51 來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理,當(dāng)上電復(fù)位后單片機(jī)首先對(duì) ADC0809 進(jìn)行初始化, 測(cè)量蓄電池的電壓 , 讀取由 ADC0809 轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)字信號(hào) [12]。由于在本電路中既有強(qiáng)電部分的電路,又有弱電部分的電路,而弱電電路又分為數(shù)電部分和模電部分,為提高各部分電路之間的抗干擾能力,在電源電路設(shè)計(jì)時(shí),將強(qiáng)電的地與弱電的地進(jìn)行隔離,將數(shù)字地與模擬地進(jìn)行隔離,并將數(shù)字電源與模擬電源隔離。電解電容用于抑制芯片的自激振蕩,瓷介電容用于壓縮芯片的高頻帶寬,減少高頻噪聲。 START(6 腳 )—轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。 EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換; EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。當(dāng)充電電流為 1000mA~ 2250mA 時(shí),引腳 9和 10所接的線圈通電,最右邊的繼電器導(dǎo)通。其電路如圖 15所示: 圖 15 繼電器陣列驅(qū)動(dòng)電路 ( 5)后級(jí)放大電路 后級(jí)放大電路由低噪聲高精度運(yùn)放 OP07 對(duì)前置放大電路輸出的信號(hào)進(jìn)行放大,而放大倍數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換則由繼電器陣列所構(gòu)成 。 ( 3)高精度自動(dòng)換擋比例運(yùn)放電路 從前置放大電路輸出電流信號(hào)的幅值為 20mA~ 3A,變化的范圍很大,為了方 便對(duì)電流信號(hào)的處理,在本設(shè)計(jì)中采用了高精度自動(dòng)換擋比例運(yùn)放電路,將前置放大電路輸出電流信號(hào)分成了四個(gè)量程 :第一檔為 20mA~ 100mA;第二檔為 100mA~ 500mA;第三檔為500mA~ 1000mA;第四檔為 1A~ 5A,在這范圍內(nèi)的電流信號(hào)放大 1倍,放大后的信號(hào)幅值為 1V~ 5V;高精度自動(dòng)換擋比例運(yùn)放電路分為電壓比較電路。對(duì)于頻率大于 的干擾信號(hào)經(jīng)電容 C24流入地,而對(duì)頻率小于 中,再將信號(hào)送進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中。如圖 12所示 : 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 15 圖 12 充電主電路模塊 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)小系統(tǒng)電路如圖 13所示: 圖 13 單片機(jī)電路模塊 單片機(jī)采用的是 AT89C51型芯片,在 18和 19腳上接一個(gè) 12MHz晶振,并聯(lián)兩個(gè) 30PF的瓷介電容,為單片機(jī)提供時(shí)鐘基準(zhǔn)。其中,光電耦合器 NEC2501(U11)用于隔離強(qiáng)電與弱電,防止強(qiáng)電部分干擾單片機(jī)系統(tǒng), PNP三極管 Q2用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管 DFF4N60,確保開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通, R8~ R11為限流電阻。整流濾波電路由四個(gè)二極管D1~ D四個(gè)電容 C31~ C34和一個(gè)濾波電容 C1組成,電容 C31~ C34()對(duì)交流 50Hz阻抗很大,而對(duì)高頻干擾的阻抗很小,基本上可以通過(guò)它順利入地。 由于 LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛用在各種電路中。 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 13 LM324 是四運(yùn)放集成 芯片 LM324系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四 運(yùn)算放大器 。 ? 定時(shí)傳送方式 : 對(duì)于一種 A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō),轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。作為一般 I/O口 使用時(shí) , 為準(zhǔn) 雙向 I/O口 可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型TTL負(fù)載 RST 9 復(fù)位輸入 ,高電 平有效。 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能: 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器, 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM,32 個(gè) I/O 口線,兩個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器,一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。在蓄電池的出口處分別的進(jìn)行電壓和電流的采樣 ,采樣信號(hào)送入低通濾波器以濾掉諧波的干擾。當(dāng)蓄電池充電滿后,由單片機(jī)輸出信號(hào)控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)電源,充電電路便停止對(duì)蓄電池的充電。方案圖如圖 7所示: 蓄電池 PWM波形發(fā)生器 電流電壓反饋 高頻變壓器 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 8 圖 7 方案二 ( 3)方案三:用 VHDL 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是,技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟、有多年的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)、所需的元器件少、 成本低,但其在沒(méi)充滿電的情況下就會(huì)產(chǎn)生過(guò)充電的現(xiàn)象,增加蓄電池的損耗,使蓄電池的壽命減少,方案圖如圖 6所示: 圖 6 方案一 ( 2)方案二:用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的方案。從而控制充電電壓和電流的大小。 ( 4) 浮充電 此階段主要用來(lái)補(bǔ)充蓄電池自放電所消耗的能量,只要電池接在充電 電路 上并且接通電源,充電 電路 就會(huì)給電池不斷補(bǔ)充電荷,這樣可使電池總處于充足電狀態(tài)。根據(jù)鉛酸蓄電池的上述特點(diǎn), 鉛酸蓄電池的充電過(guò)程一般分為四個(gè)階段: 預(yù)充電、脈沖快速充電、補(bǔ)足充電、浮充電 。首先,以恒電流充電至預(yù)定的電壓值,然后,改為恒電壓完成剩余的充電。充電曲線如下圖所示 : 圖 3 恒流充電曲線 恒壓充電法 恒壓充電又叫定電壓充電法,在充電過(guò)程中,始終保持一個(gè)恒定的充電電壓,絕大多數(shù)汽車(chē)都采用這種充電方法對(duì)車(chē)載蓄電池進(jìn)行充電。一般來(lái)說(shuō),常規(guī)充電有 恒流充電、恒壓充電法、階段充電法。原則上把這條曲線稱(chēng)為最佳充電曲線,從而奠定了快速充電方法的研究方向 [2]。鉛酸電池在環(huán)境溫度為 25℃ 時(shí)工作 在理想狀態(tài) ,當(dāng)環(huán)境溫度降到 0℃ 時(shí),電池就不能充足電,當(dāng)環(huán)境溫度上升到 50℃ 時(shí),電池將因嚴(yán)重的過(guò)充電而縮短壽命 。只有充電速率小于 C/100,才能使電池在容量恢復(fù)到 100%后,出現(xiàn)過(guò)充電反應(yīng)。 2 充電原理 蓄電池與充電技術(shù) 蓄電池通常是指鉛酸蓄電池,屬于 二次電池 。鉛酸蓄電池自發(fā)明以來(lái),至今已有 150年的歷史,技術(shù)十分成熟。storagebattery。 電動(dòng)車(chē)充電站畢業(yè)論文 電動(dòng)車(chē)充電站 畢業(yè) 論文 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 學(xué) 院: 電子與電氣工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè): 電子信息工程 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) I 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) [摘 要 ] 隨 著電動(dòng)車(chē)的普及,電動(dòng)車(chē)充電技術(shù)也受到人們的關(guān)注。singlechip microputer。在現(xiàn)階段,以電動(dòng)助力車(chē)為主的小型電動(dòng)車(chē)輛目前也主要以鉛酸蓄電池作為動(dòng)力電源,在這一市場(chǎng)上,鉛酸蓄電池由于具備突出的性電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 2 價(jià)比優(yōu)勢(shì),占據(jù)了 95%以上的市場(chǎng)份額。它的工作原理:充電時(shí)利用外部的電能使內(nèi)部活性物質(zhì)再生,把電能儲(chǔ)存為化學(xué)能,需要放電時(shí)再次把化學(xué) 能轉(zhuǎn)換為電能輸出。為了使電池容量恢復(fù)到 100%,必須允許一定的過(guò)充電反應(yīng)。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。 圖 2 最佳充電曲線 t i 0 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 4 由圖 2可以看出:初始充電電流很大,但是衰減很快。 恒流充電法 恒流充電,又叫定電流充電法, 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(qiáng)度不變的充電方法,如圖 3所示。充電初期,由于蓄電池的端電壓較低,充電電路輸出電壓與蓄電池的電壓差較大,所以充電電流也大。一般兩 階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。 ( 1)預(yù)充電 對(duì)長(zhǎng)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(shí),一開(kāi)始就采用快速充電會(huì)影響電池的壽命。此時(shí)也標(biāo)志著充電過(guò)程已結(jié)束。當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到額定值后,說(shuō)明蓄電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 7 電池已經(jīng)充滿電,單片機(jī)控制開(kāi)關(guān),斷開(kāi)電源,停止充電。由 AT89C51 系列單片機(jī)代替 PWM 信號(hào)發(fā)生器輸出 PWM 波形控制開(kāi)關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通與斷開(kāi)。用 VHDL 設(shè)計(jì)主要是利用有限狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這是充電電路目前比較新的一種方法,這種方案的特點(diǎn)是,技術(shù)最復(fù)雜、使用 VHDL 編程較復(fù)雜,成本比上兩個(gè)方案都要高。低通濾波器輸出的信號(hào)送入 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)中。同時(shí), AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可 選的節(jié)電工作模式。 當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 ALE 30 當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié) PSEN 29 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào) EA 31 當(dāng) EA保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器( 0000H~FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 XTAL1 19 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 XTAL2 18 來(lái)自反向振蕩器的輸出 VCC: 40 該引腳接 5V電源正端 VSS 20 該引腳接 5V電源地端 電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 11 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8通道, 8位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。例如 ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128μs ,相當(dāng)于 6MHz的 MCS51單片機(jī)共 64個(gè)機(jī)器周期。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比,它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。 應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器, 有源帶通濾波器,測(cè)溫電路,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器, 直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器 。此外, C31~ C34對(duì)整流二極管也有保護(hù)作用,在電路剛接通的瞬間,大電容 C1的充電電流很大,在沒(méi)有C31~ C34的情況下,將全部通過(guò)二極管。 R C D6和 C R D7構(gòu)成開(kāi)關(guān)管 DFF4N60的保護(hù)電路,在變壓器的初級(jí)繞組上電的瞬間,如果沒(méi)有 C R D7,則就會(huì)有一個(gè)階躍的電壓加在開(kāi)關(guān)管的漏源極 ,產(chǎn)生一個(gè)過(guò)高的 du/dt加在開(kāi)關(guān)管的兩端,使開(kāi)關(guān)容易被擊穿。單片機(jī)的復(fù)位電路為上電復(fù)位, 電源通過(guò) 22UF的電解電容加到單片機(jī)的復(fù)位腳 9腳上一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào), RC常數(shù) t為 t=22 106 10電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 16 103==220mS,因此,上電復(fù)位電路能給單片機(jī)提供高電平的時(shí)間遠(yuǎn)大于 2個(gè)機(jī)械周期的時(shí)間 (即 2mS),即單片機(jī)在加電后,單片機(jī)能完成復(fù)位。電壓跟隨器具有電壓隔離的作用,也稱(chēng)為電壓隔離電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 17 器, 電壓隔離器輸出電壓近似輸入電壓幅度,并對(duì)前級(jí)電路呈高阻狀態(tài),對(duì)后級(jí)電路呈低阻狀態(tài),因而對(duì)前后級(jí)電路起到 “ 隔離 ” 作用。由四電壓比較器 LM339構(gòu)成的電壓比較電路組成,在電壓比較器的同相輸入端接一個(gè)基準(zhǔn)電壓,在反相輸入端輸入采樣的電流信號(hào) [7]。其中電位器 RTR2 用于調(diào)零,以提高運(yùn)放的精度, R45 為限流電阻,電容 C28 為濾波電容,用于濾去諧波信號(hào)提高電路的抗干擾能力。此時(shí),由R49 和 R56 構(gòu)成運(yùn)放 OP07 的反饋電路,放大兩倍。 在本設(shè)計(jì)中將該引腳經(jīng)反相后 作為中斷請(qǐng)求信號(hào) 送給單片機(jī)的外部中斷 0(即 INT0, 12引腳 ),用于電動(dòng)車(chē)充電站充電電路設(shè)計(jì) 19 觸發(fā)單片機(jī)的中斷 。 START 上升沿時(shí),復(fù)位 ADC0809; START 下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片,開(kāi)始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換;在 A/D 轉(zhuǎn)換期間, START 應(yīng)保持 低電平。在輸入端與地之間接有一個(gè) 3K的電阻和一個(gè)發(fā)光二極管,用于指示有無(wú)電源的輸入,便于調(diào)試和維修 [9]。它們之間的隔離均采用了 LC 緩沖電路,防止各部分電路之間的相互串入干擾。由單片機(jī)換算出蓄電池的實(shí)際電壓值,由實(shí)際的電壓值決定對(duì)蓄電池進(jìn)行預(yù)充電還是恒流充電,并計(jì)算出 PWM 波形占空比
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