【正文】 究的基礎(chǔ)上，分析得出智能手機(jī)充電器必須具備的基本特征。 33 致 謝 本論文是在李巖老師的悉心指導(dǎo)下完成的。 5） 本課題有效地解決了對(duì)不同手機(jī)進(jìn)行在線充電的問(wèn)題。從控制端口輸出控偉叢信號(hào)，向電 池充電 ； (5)清中斷標(biāo)志位 ， 輸出 PWM 信號(hào)完成后，清中斷標(biāo)志位，為下一中斷做好準(zhǔn)備。反復(fù)試湊多組 KP， KI值，從中確定合適的參數(shù) 【 22】 。 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 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)。 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)。 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】 。該電路可以穩(wěn)定輸出 電壓。當(dāng) PWM輸出低時(shí) ， 電感兩 端的電壓反向 ，電流由二極管提供 。如果變化較大，說(shuō)明穩(wěn)定性差，則要從電源及接地布線等方面查找原因。 AD574 的狀態(tài)由 CE、 CS 、 R/C 、 12/8 、 A0五個(gè)控制信號(hào)決定。當(dāng)執(zhí)行調(diào)用指令 CALL 或者 CPU〔響應(yīng)中斷而發(fā)生程序跳轉(zhuǎn)時(shí)，將 CP 值自動(dòng)壓入堆棧 。通過(guò)編程，可以清晰地顯示各種字符和漢字。全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字接口，可與單片機(jī)直接相連，大大縮短研發(fā)時(shí)間、 簡(jiǎn)化外圍電路并降低費(fèi)用。 PIC16F877更為實(shí)用。 以 SMT 為例，編制一份 DFM作業(yè)指導(dǎo)書至少應(yīng)包括以下內(nèi)容 :器件選用標(biāo)準(zhǔn)；7 CPB 尺寸和形狀要求；焊接區(qū)結(jié)構(gòu)、間 距尺寸的要求；標(biāo)記和命名規(guī)則；印刷和配方的考慮 ； 插裝和再流的考慮 ； 波峰焊和清洗的考慮 ； 檢測(cè)和返修的考慮 ； 器件排布方向的要求 ； 器件的間隔要求 ； 基準(zhǔn)孔和工裝孔的考慮 ； PCB板邊緣空間要求 ； 測(cè)試盤尺寸和空間的要求 ； 基板的排布和切割要求引線寬度、形狀和間距要求 ； 阻焊膜和絲網(wǎng)印刷的考慮 ； 環(huán)境保護(hù)的考慮 。傳統(tǒng)產(chǎn)品的研制方法通常是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和銷售各個(gè)階 段串行完成。而鏗離子電池對(duì)充電電流的吸收是100%的，即便是很小的電流依然也存在過(guò)充電問(wèn)題。所以，幾 乎所有鋰離子里有安裝防止過(guò)充過(guò)放的保護(hù)電路。而市場(chǎng)上幾十元 (實(shí)際成本恐怕不到 10 元 )的“萬(wàn)能手機(jī)充電器”采用了什么新技術(shù)，能自動(dòng)根據(jù)不同的電池提供適合的電流和適合的門限電壓，從而達(dá)到“萬(wàn)能”的功效 ? “萬(wàn)能手機(jī)充電器”三大質(zhì)疑 質(zhì)疑一 仔細(xì)研究手頭上的這款“萬(wàn)能手機(jī)充電器”，發(fā)現(xiàn)它只有兩根輸出線，而設(shè)計(jì)完善的充電器至少要有三線輸出。目前，在鋰離子電池充電器的設(shè)計(jì)中，對(duì)手機(jī)充電結(jié)束后由于某種因素放電的情況而專門設(shè)計(jì)了檢測(cè)電路，一旦檢測(cè)到電池電壓降低，就會(huì)重新啟動(dòng)充電過(guò)程 。但這些充電器存在共 同的缺點(diǎn) — 通用性差，一個(gè)廠家出產(chǎn)的充電器只能適用于本廠家的手機(jī)電池。另外，一些產(chǎn)品的低溫性能、額定容量、放電性能、安個(gè)保護(hù)性能等方面存在質(zhì)量問(wèn)題 【 1】 。 介紹了當(dāng)前手機(jī)充電器的發(fā)展現(xiàn)狀。 目前，市場(chǎng)上手機(jī)充電器種類繁多，但其中也有很多質(zhì)量低劣的不合格產(chǎn)品。而如果用戶電池充電時(shí)間長(zhǎng)一些，則易造成過(guò)充。 目前，手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)要求大致如下 ： 目前一些大的廠家生產(chǎn)的手機(jī)充電器都具有以下特點(diǎn) ： 具備限流保護(hù)，電流短路與反充保護(hù)線路設(shè)計(jì)；體積小、重量輕；自動(dòng)、快速充電，充滿電后自動(dòng)關(guān)斷等等。筆者采訪了一些業(yè)內(nèi)人士，他們普遍對(duì)“萬(wàn)能手機(jī)充電器”表示質(zhì)疑 :采用標(biāo)準(zhǔn)的恒流轉(zhuǎn)恒壓充電方式，不同容量的電池的額定充電電流不同，又怎能達(dá)到 。所以，這樣的蛋型充電器的成本幾乎是兩者之和，而市面的蛋型充電器幾乎都很廉價(jià)。 3） 鋰離子電池是非常非常嬌氣的，準(zhǔn)確和穩(wěn)定的門檻電壓控制對(duì)電池壽命有很大影響。 2)實(shí) 現(xiàn)充電器具備功能擴(kuò)展 功能，以便為該充電器的后續(xù)功能升級(jí)提供平臺(tái)。焊接方法再流焊、波峰焊 。5% 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 充電器 充電電壓檢測(cè) 信號(hào)處理 多路選擇開關(guān) 充電電流檢測(cè) 信號(hào)處理 單片機(jī) 電池溫度檢測(cè) 充電控制 放電控制 充電指示 故障報(bào)警 A/D 鍵盤設(shè)定 10 方案選擇與論證 主控芯 片的選擇與論證 方案一：采用 8031控制，具有 I/O多等功能，但是體積大，不宜攜帶，編程繁瑣。 2)引腳功能： V： +5V 電源輸入端 ； 12/8： 數(shù)據(jù)模式選擇端，通過(guò)此引腳可選擇數(shù)據(jù)總線是 12 位或 8位輸出 ； A/O：節(jié)地址短周期控制端 ， 與 12/8 端用來(lái)控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式 ， 須注意的是， 12/8 端 TTL 電平不能直接 +5V 或 0V 連接 ； CE：片使能信號(hào) ； DOVO~DO11：數(shù)字量輸出端，三態(tài)輸出所 存 ； STS：狀態(tài)輸出信號(hào)，啟動(dòng)后， STS為高電平表示正在轉(zhuǎn)換； 25us后轉(zhuǎn)換結(jié)束，STS為低電平。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測(cè)建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制， 適合此項(xiàng)產(chǎn)品制作。 基本功能： RC 是一個(gè)輸入 /輸出可編程的雙向端口，財(cái)務(wù)還有第 2,3 功能 RC0/T10S0/T1CK1 15 I/O RC0 還可作為定時(shí)器 1 的振蕩器輸入端或時(shí)鐘輸出端 RC1/T10S/ 16 I/O RC1 還可作為定時(shí)器 1 的震蕩輸出端 或捕捉器 2 輸入端或比較器 2 輸入端或脈寬調(diào)制器 PWM2 的輸出端 RC2/CCP1 17 I/O RC2 還可作為捕捉器 1 輸入端或比較器 1輸入端或脈寬調(diào)制器 PWM1 的輸出端 RC3/SCK/SCL 18 I/O RC3還可作為 SPI和 IC串口的數(shù)據(jù)輸入端和 IC 串口的輸入 /輸出端 RC4/SDI/SDA 23 I/O RC4 還可作為 SPI串口的數(shù)據(jù)輸入端和 IC串口的輸入 /輸出端 RC5/SD0 24 I/O RC5 還可作為 SPI 串口的數(shù)據(jù)輸入端 RC6/TX/CK 25 I/O RC6 還可作為通用同步 /異 步收發(fā)器USART 的全雙工異步發(fā)送腳或半雙工同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)腳 RC7/RX/DT 26 I/O RC7 還可作為通用同步 /異步收發(fā)器USART 的全雙工異步發(fā)送腳或半雙工同步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)腳 基本功能： RD 是一個(gè)輸入 /輸出可編程的雙向端口，此外還有第 2 功能 RD0 ~ RD7 19~22 I/O 可作為從動(dòng)并行接口與其它微處理器總線連接 PSP0~PSP7 27~30 I/O 可作為從動(dòng)并行端口與其它微處理器總線的連接 基本功能： RE 是一個(gè)輸入 /輸出可編程的雙向 3 線端口，此外還有第 2,3 功能 RD0/ RD /AN5 8 I/O RE0 還可作為并口讀出控制線或者第 5 路模擬信號(hào)輸入端 RE1/WR /AN6 9 10 I/O RE2 還可作為并口片選控制線或者第 5 路模擬信號(hào)輸入端 VSS 1 31 P 接地端 VDD11/32 P 正電源端 15 PIC16F877 單片機(jī)的程序計(jì)數(shù)器 PC為 13 位寬，可尋址 8K? 14 位。 BIP OEF：雙極性補(bǔ)償。 12/8 端接地， AD574 的 A0端由地址總線最低位 A0控制，以實(shí)現(xiàn) A/D全 12 位轉(zhuǎn)換，并將 12位數(shù)據(jù)分為兩次送 至 數(shù)據(jù)總線上。 圖 34 PUCK變換電路 其中 PWM由單片機(jī)提供 ， Vi是輸入電壓 ,Vo表示輸出電壓 ， D是二極管。雖然 AD574內(nèi)部集成可編程選擇的 ,但考慮到準(zhǔn)確性 ,設(shè)計(jì)中采用外部的穩(wěn)壓源。 脈沖充電和改進(jìn)濾波 。 圖 311 報(bào)警電路 按鍵電路的設(shè)計(jì) 鍵盤相應(yīng)電路是 ，單片機(jī)平時(shí)處于低電平狀態(tài)，當(dāng)有按鈕按下時(shí)，單片機(jī)端口實(shí)現(xiàn)充放電，變?yōu)楦唠娖?，通過(guò)檢測(cè)單片機(jī)相應(yīng) IO 的狀態(tài)檢測(cè)相應(yīng)的控制命令，從而達(dá)到目的。 3)比例積分微分調(diào)節(jié)器（ PID） 比例積分調(diào)節(jié)消除系統(tǒng)誤差需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間，為進(jìn)一步改進(jìn)控制器，可以通過(guò)檢測(cè)誤差的變化率來(lái)預(yù)報(bào)誤差，根據(jù)誤差變化趨勢(shì)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快的消除在萌芽狀態(tài)，數(shù)學(xué)上描述這個(gè)概念用微分，因此在 PI 調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入微分調(diào)節(jié)，就構(gòu)成了比例積分微分調(diào)節(jié)器，其控制規(guī)律為： u=KP（ e+1/Ti∫ 0T dt+de/dtTd） +u0 () 式中 Td為微分常數(shù)， Td 越大微分作用越強(qiáng)。 增量型 PID 算法的優(yōu)點(diǎn) ： 1)位置型算式每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差；而在增量型算式中 由于消去了積分項(xiàng)，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時(shí)，計(jì)算誤差對(duì)控制量影響較小，容易取得較好的效果。 采用比例控制， KP由小變大。 【 28】 本程序?yàn)橹袛嘧映绦? (1)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。并對(duì)軟件按軟件工程的方法，進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。更重要得是，我從他那里不僅學(xué)習(xí)到了更多的知 識(shí)，而且，掌握了許多學(xué)習(xí)方法，增長(zhǎng)了學(xué)習(xí)的能力。按上款得出的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成了硬件設(shè)計(jì) 。 采樣子程序用于采集從 A/D 轉(zhuǎn)換電路采集的模擬信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，存入相應(yīng)的緩沖器，供量化子程序量化之用。 【 19】 而 PID 參數(shù)的整定有很多種方法，如：臨界比例度法，擴(kuò)充相應(yīng)曲線法和試湊法等。利用 微機(jī)軟件的靈活性，就可以實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種控制規(guī)律。提高放大系數(shù) KP 雖然可以減小靜差，但永遠(yuǎn)不會(huì)使之減小到零，而且無(wú)止境地放大系數(shù) KP 最終將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。隨時(shí)提供信息 ， 操作人員參考。 輸入的電壓采樣 ， 為準(zhǔn)確采集電池電壓 ， 須暫時(shí)關(guān)閉電池的輸入。 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。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。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 。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。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)。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。 其主要功能特性如下： 1)分辨率： 12 位 ； 非線性誤差：小于 177。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。 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。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。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)致門限電壓離散性很大，飄移嚴(yán)重。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。一名商家告訴調(diào)查人員，一些商場(chǎng)上賣的 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。 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)。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)。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。如果某人的手機(jī)沒(méi)法使用，將對(duì)他的工作、生活造成巨大影響，甚至損失。這些假冒偽劣充電器由于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，采用 劣質(zhì)材料，加工手段粗糙，對(duì)手機(jī)電池的性能和壽命有很大損害。由此可見(jiàn)，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時(shí)，也開始向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的方向發(fā)展。據(jù)稱假如行家拿貨更會(huì)低至 5元一8元。這樣做使充電本身安全了，但電池卻永遠(yuǎn)