【文章內(nèi)容簡介】 和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。 軟件 PWM 法具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。簡化了 PWM 的硬件電路，降低了硬件的成本。利用軟件 PWM不用外部的硬件 PWM 和電壓比較器，只需要功率 MOSFET、續(xù)流磁芯、儲(chǔ)能電容等元 器件，大大簡化了外圍電路?？煽刂其噶鞔笮?。在 PWM 控制充電的過程中 ,單片機(jī)可實(shí)時(shí)檢測(cè) ADC端口上充電電流的大小，并根據(jù)充電電流大小與設(shè)定的涓流進(jìn)行比較，以決定PWM 占空比的調(diào)整方向。電池喚醒充電。單片機(jī)利用 ADC 端口與 PWM 的寄存器可以任意設(shè)定充電電流的大小，所以，對(duì)于電池電壓比較低的電池，在上電后，可以采取小電流充一段時(shí)間的方式進(jìn)行充電喚醒，并且在小電流的情況下可以近似認(rèn)為恒流，對(duì)電池的沖擊破壞也較小。 缺點(diǎn)：電流控制精度低。充電電流的大小的感知是通過電流采樣電阻來實(shí)現(xiàn)的，采樣電阻上的壓降傳 到單片機(jī)的 ADC 輸入端口，單片機(jī)讀取本端口的電壓就可以知道充電電流的大小。若設(shè)定采樣電阻為 Rsample（單位為Ω），采樣電阻的壓降為 Vsample（單位為 mV）， 10 位 ADC的參考電壓為 。則 ADC的 1 LSB 對(duì)應(yīng)的電壓值為 5000mV/1024≈ 5mV。一個(gè) 5mV的數(shù)值轉(zhuǎn)換成電流值就是 50mA，所以軟件 PWM 電流控制精度最大為 50mA。 17 若想增加軟件 PWM 的電流控制精度，可以設(shè)法降低 ADC 的參考電壓或采用 10 位以上 ADC的單片機(jī)。 PWM 采用軟啟動(dòng)的方式。在進(jìn)行大電流快速充電的過程中，充電從停止到 重新啟動(dòng)的過程中，由于磁芯上的反電動(dòng)勢(shì)的存在，所以在重新充電時(shí)必須降低 PWM 的有效占空比 ,以克服由于軟件調(diào)整 PWM 的速度比較慢而帶來的無法控制充電電流的問題。充電效率不是很高。在快速充電時(shí)，因?yàn)椴捎昧顺潆娷泦?dòng)，再加上單片機(jī)的 PWM 調(diào)整速度比較慢，所以實(shí)際上停止充電或小電流慢速上升充電的時(shí)間是比較大的。為了克服 2和 3缺點(diǎn)帶來的充電效率低的問題，我們可以采用充電時(shí)間比較長，而停止充電時(shí)間比較短的充電方式，例如充 2s 停 50ms，再加上軟啟動(dòng)時(shí)的電流慢速啟動(dòng)折合成的停止充電時(shí)間，設(shè)定為 50ms，則實(shí)際充電效率為（ 2021ms－ 100ms） /2021ms＝ 95％，這樣也可以保證充電效率在 90%以上。 純硬件 PWM 法控制充電電流。由于單片機(jī)的工作頻率一般都在 4MHz 左右，由單片機(jī)產(chǎn)生的 PWM的工作頻率是很低的，再加上單片機(jī)用 ADC 方式讀取充電電流需要的時(shí)間，因此用軟件 PWM 的方式調(diào)整充電電流的頻率是比較低的，為了克服以上的缺陷，可以采用外部高速 PWM的方法來控制充電電流?，F(xiàn)在智能充電器中采用的 PWM 控制芯片主要有 TL494等 ,本 PWM 控制芯片的工作頻率可以達(dá)到 300kHz 以上，外加阻容元件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池充電過程中的恒流限壓作用，單片機(jī)只須用一個(gè)普通的 I/O 端口控制 TL494 使能即可。另外也可以采用電壓比較器替代 TL494，如 LM393 和 LM358 等。采用純硬件 PWM 具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn)：電流精度高。充電電流的控制精度只與電流采樣電阻的精度有關(guān)，與單片機(jī)沒有關(guān)系。不受軟件 PWM的調(diào)整速度和 ADC 的精度限制。充電效率高。不存在軟件 PWM的慢啟動(dòng)問題，所以在相同的恒流充電和相同的充電時(shí)間內(nèi)，充到電池中的能量高。對(duì)電池?fù)p害小。由于充電時(shí)的電流比較穩(wěn)定，波動(dòng)幅度很小，所以對(duì)電池的沖擊很小，另外TL494還具有限壓作用，可以很好地保護(hù)電池。 缺點(diǎn)：硬件的價(jià)格比較貴。 TL494 的使用在帶來以上優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，增加了產(chǎn)品的成本，可以采用 LM358 或 LM393 的方式進(jìn)行克服。涓流控制簡單，并且是脈動(dòng)的。電池充電結(jié)束后，一般采用涓流充電的方式對(duì)電池維護(hù)充電，以克服電池的自放電效應(yīng)帶來的容量損耗。單片機(jī)的普通 I/O 控制端口無法實(shí)現(xiàn) PWM 端口的功能，即使可以用軟件模擬的方法實(shí)現(xiàn)簡單的 PWM功能，但由于單片機(jī)工作的實(shí)時(shí)性要求，其軟件模擬的 PWM 頻率也比較低，所以最終采用的還是脈沖充電的方式，例如在 10%的時(shí)間 是充電的，在另外 90%時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行充電。這樣對(duì)充滿電的電池的沖擊較小。單片機(jī) PWM控制端口與硬件 PWM 融合。對(duì) 18 于單純硬件 PWM的涓流充電的脈動(dòng)問題，可以采用具有 PWM 端口的單片機(jī)，再結(jié)合外部PWM 芯片即可解決涓流的脈動(dòng)性。在充電過程中可以這樣控制充電電流：采用恒流大電流快速充電時(shí)，可以把單片機(jī)的 PWM 輸出全部為高電平（ PWM 控制芯片高電平使能）或低電平（ PWM 控制芯片低電平使能）；當(dāng)進(jìn)行涓流充電時(shí)，可以把單片機(jī)的 PWM 控制端口輸出PWM 信號(hào)，然后通過測(cè)試電流采樣電阻上的壓降來調(diào)整 PWM 的占空比，直到符合要 求為止。 程序功能 ( 1 ) 檢測(cè)電池的電壓 , 如果低于一個(gè)閾值電壓 , 就要進(jìn)行涓流充電。 ( 2 ) 電池充到一定電壓 ( 一般設(shè)置為 2 .9 V ) 時(shí) , 進(jìn)行全電流充電。 ( 3 ) 當(dāng)電池電壓達(dá)到預(yù)置電壓 ( 鋰離子電池一般為 4 . 2 V ) 時(shí) , 開始恒壓充電 , 同時(shí)充電電流降低。 ( 4 ) 當(dāng)電流逐漸減小到規(guī)定的值時(shí) , 充電過程結(jié)束。 單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì) 對(duì)于不同的電池 , 單片機(jī)需要設(shè)定不同的充電參數(shù) , 選擇不同的充電策略。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們選用了以鋰電池為主的充 電器設(shè)計(jì)。 程序需要在電池過電流、過電壓等異常情況下強(qiáng)制終止充電。其充電控制程序流程圖如圖 所示。 19 圖 程序流程圖 首先需判斷是哪一種電池的充電，由于時(shí)間問題，我們只采用了，鋰電池為主的設(shè)計(jì)。下面是設(shè)計(jì)步驟（判斷為鋰電池）： （ 1）對(duì)通過采集電路采集的參數(shù)用單片機(jī)進(jìn)行比較判斷， （ 2）當(dāng)比較到 的電壓小于 3V時(shí)，單片機(jī)就發(fā)送指令給 PWM 控制電流進(jìn)行小電流充電，跳至步驟（ 1） 20 （ 3）當(dāng)比較到的電壓大于 3V而小于 時(shí)，單片機(jī)就發(fā)送指令給 PWM 控制電流進(jìn)行大電流充電，跳至步驟（ 1） （ 4）當(dāng)比較到的電壓等于 時(shí)，單片機(jī)就發(fā)送指令給 PWM 控制電流進(jìn)行恒壓充電，當(dāng)電流 I1/21C 時(shí)，跳至步驟（ 1） （ 5）當(dāng)比較到的電壓大于 并且電流 I1C 時(shí)，單片機(jī)就發(fā)送指令給 PWM 控制電流進(jìn)行關(guān)斷充電，電流逐漸減小，充電完成結(jié)束。 （ 6）如有異常，則重新啟動(dòng)電路，跳至步驟（ 1） 定時(shí)器 0 和外部 0 程序設(shè)計(jì) 當(dāng)恒壓充電時(shí)，得利用定時(shí)器和中斷進(jìn)行處理，首先用單片機(jī)的定時(shí)器設(shè)定定時(shí) , 最大充電時(shí)間為 5小時(shí)。再根據(jù)不同的情況判斷不同的執(zhí)行方法。其流程框圖見圖 。 圖 (a)等待外部信號(hào)輸入 21 圖 (b) 外部中斷程序 22 圖 (c)定時(shí)器程序 程序開始，系統(tǒng)初始化進(jìn)入系統(tǒng)無限循環(huán)。 外部中斷 0 服務(wù)子程序模塊：包含定時(shí)器 T0 中斷服務(wù)子程序， TR0=0 時(shí)停止計(jì)數(shù)，將TH0=5000/256 TL0=5000/256 設(shè)置 5ms 計(jì)數(shù)初值；當(dāng) T_count1000 時(shí)，第一次外部中斷產(chǎn)生后 GATE=0， 5小時(shí)已到關(guān)閉充電源。 定時(shí)器 0服務(wù)子程序模塊： TH0=5000/256 TL0=5000/256； 5ms 定時(shí)， TR0=1 時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器， EA=1；打開 CPU 中斷 0； GATE=1，正常輸出電源。 23 心得體會(huì) 上個(gè)學(xué)期期中 ，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時(shí)至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn) ，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 在與 指導(dǎo)老 師的交流討論中我的題目定了下來，是： 基于單片機(jī) 智能充電器系統(tǒng) ，開題報(bào)告定下來的時(shí)候，我當(dāng)時(shí)便立刻著手資料的收集工作中 。 在搜集資料的過程中。我在學(xué)校圖書館， 自然文獻(xiàn)閱覽室 搜集資料，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細(xì)整理分類，及時(shí)拿給導(dǎo)師進(jìn)行溝 通。 在上個(gè)學(xué)期末 ，資料已經(jīng)查找完畢了，我開始著手論文的寫作。在寫作過程中遇到困難我就及時(shí)和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請(qǐng)教 指導(dǎo) 老師。在大家的幫助下，困難一個(gè)一個(gè)解決掉，論文也慢慢成型。 當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對(duì)的任務(wù)后整個(gè)人都很累，但同時(shí)看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件我的心里是甜的，我覺 得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。 我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回 憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對(duì)無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時(shí)的激動(dòng)和興奮 。為了這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很多單片機(jī) 的 知識(shí)，讓我對(duì)我所學(xué)過的知識(shí)有所鞏固和提高，并在整個(gè)過程中，我學(xué)到了新知識(shí)，增長了見識(shí)。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。 腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工 作有很大的幫助。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 24 致謝 在 此 要感謝我的 指 導(dǎo)師，是你的 悉 心指導(dǎo)，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。 在 在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式 從 而解決一個(gè)一個(gè)難題 ， 我也因此 我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，在此我要向我的 指 導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 25 參考文獻(xiàn) [1] 楊 寧，胡學(xué)軍．單片機(jī)與控制技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社， 202103:306322 [2] 劉建清 . 單片機(jī)技術(shù) . 國防工業(yè)出版社， : 104105 [3] 戴佳 . 單片機(jī) C51 語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) . 電子工業(yè)出版社， :168169 [4] 朱民雄 .計(jì)算機(jī)語言技術(shù) . 北京航空航天大學(xué)出版社， :103105 [5] 李鴻 . 單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 湖南大學(xué)出版社 . 2021:8:7273 [6] 李鄧化，彭書華，許曉飛．智能檢測(cè)技術(shù)及儀表．科學(xué)出版社， 2021： 194201 [7] 鄭毛祥 .單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) .人民郵電出版社， ： 2142 26 附錄 1： 27 附錄 2： 定時(shí)器 0 與外部中斷 0 程序 define uchar unsigned char define uint unsigned int Sbit GATE= Uint T_count ,Int0_count。 /*定時(shí)器 0終端服務(wù)子程序 */ Void time0() interrupt 1 using 1 {TR0=0。//停止計(jì)數(shù) TH0=5000/256。//設(shè)定 5ms 計(jì)數(shù)初值 TL0=5000/256。 T_ount++。 If (T_count1000)//第一次外部中斷 0 產(chǎn)生后 {If (Int0_count==1)//還沒有出現(xiàn)第二次外部中斷 GATE=0。關(guān)閉充電源 Else GATE=1。} ET0=0。 EX0=0。 Int0_count=0。 T_count=0。} Else TR0=1。//T0 開始計(jì)數(shù) /*外部中斷 0服務(wù)子程序 */ Void int0() interrupt 1 using 1 If (Int0_count==0) {TH0=5000/256。//5ms 定時(shí) TL0=5000/256。 TR0=1。//啟動(dòng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 T_ount++。} /*初始化 */ Void init() {EA=1。//COU 開中斷 PT0=1。//T0 中斷設(shè)置為高優(yōu)先級(jí) TMOD=0X00。//方式一， T0 為 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ET0=1。//打開外部中斷 0 GATE=1。//正常輸出電源 Int0_count=0。//產(chǎn)生外部中斷 0的計(jì)數(shù)器清零 } Void main() {/*調(diào)用初始化函數(shù) */ Init() /*無限循環(huán) */ While(1) } 28 項(xiàng) 目 經(jīng) 理項(xiàng) 目 副 經(jīng) 理 項(xiàng) 目 總 工 質(zhì) 安 總 監(jiān)工程管理部物資管理部技術(shù)管理部檢測(cè)試驗(yàn)室質(zhì)安管理部監(jiān) 督 工 程 管 理部 、 物 資 管 理部 、 檢 測(cè) 試 驗(yàn) 室現(xiàn) 場 質(zhì) 檢 員 、 施 工 員