【正文】 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。在此，對(duì)幫助過我的同學(xué)、和教誨過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、迅速把握核心問題和解決問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。 本文的研究還存在不足和疏漏之處，將在未來的研究和實(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。 在本次設(shè)計(jì)的過程中，我也遇見了很多的問題，一開始以為這個(gè)設(shè)計(jì)目的和方法很清晰，但開始著手做的時(shí)候，很多具體的細(xì)節(jié)問題便出現(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)該注意的問題。而此設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)充電功能，將 220V市電通過一系列的轉(zhuǎn)換與控制輸出穩(wěn)定的電壓對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行充電。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。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)。 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， 測量蓄電池的電壓 ， 讀取由 ADC0809 轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號(hào) [12]。若存在， 在天線所覆蓋的范圍內(nèi)，讀寫器開始檢測響應(yīng)沖突，進(jìn)而使用命令來處理存在的沖突，即通過發(fā)送命令可以記錄讀寫器天線覆蓋范圍內(nèi)的標(biāo)簽的用戶識(shí)別信息，然后利用其唯一性，讀寫器和標(biāo)簽開始建立獨(dú)立的通道進(jìn)行通信，從而消除沖突。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。 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。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。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)。 START(6 腳 )—轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。 Vref(1 16腳 )—— 參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。 EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 CLK(10 腳 )—— 時(shí)鐘信號(hào)。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。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。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 。 （ 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。 （ 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。 （ 2）前置放大電路 對(duì)電流信號(hào)的處理經(jīng)過一個(gè)低通濾波器和兩級(jí)電路放大電路。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。單片機(jī)的地址鎖存輸出引腳經(jīng)過四分頻后為 ADC0809提供時(shí)鐘信號(hào)， ADC0809的地址線， ～ ， (WR)和 (RD)為 ADC0809的讀寫控制引腳， (INT0)用于接收來自 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束的中斷 [5]。如圖 12所示 ： 電動(dòng)車充電站充電電路設(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)。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。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)開關(guān)管 DFF4N60，確保開關(guān)管的導(dǎo)通， R8～ R11為限流電阻。保護(hù)電路的 熔斷器用保護(hù)電路過流，壓敏電阻 RT1用于保護(hù)電路的過壓。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，基本上可以通過它順利入地。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)場強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到單片機(jī)系統(tǒng)。 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。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。 電動(dòng)車充電站充電電路設(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 。因此可以用查詢方式，測試 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。 ? 定時(shí)傳送方式 ： 對(duì)于一種 A/D轉(zhuǎn)換器來說，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。當(dāng) OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 （ 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)換起停控制端 ? 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路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(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。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。 （ 2）管腳說明 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。 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向量兩級(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。同時(shí)蓄電池通過 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。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。 并不是理想的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)蓄電池充電滿后，由單片機(jī)輸出信號(hào)控制開關(guān)斷開電源，充電電路便停止對(duì)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(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)。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)。然后單片機(jī)調(diào)整 PWM 輸出信號(hào)的占空比。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是，技術(shù)簡單、成熟、有多年的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)、所需的元器件少、 成本低，但其在沒充滿電的情況下就會(huì)產(chǎn)生過充電的現(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。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。從而控制充電電壓和電流的大小。系統(tǒng)可以分為控制部分和信號(hào)檢測部分。 （ 4） 浮充電 此階段主要用來補(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)。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)象及過充電問題。根據(jù)鉛酸蓄電池的上述特點(diǎn)， 鉛酸蓄電池的充電過程一般分為四個(gè)階段： 預(yù)充電、脈沖快速充電、補(bǔ)足充電、浮充電 。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。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。如果充電電路輸出電壓過高，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，充電電流仍然純在，充電始終在進(jìn)行，勢必導(dǎo)致蓄電池過充電，加快電解液的消耗，使用壽命縮短。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，在充電過程中，始終保持一個(gè)恒定的充電電壓，絕大多數(shù)汽車都采用這種充電方法對(duì)車載蓄電池進(jìn)行充電。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。一般來說，常規(guī)充電有 恒流充電、恒壓充電法、階段充電法。 充電方法研究 常規(guī)充電制度是依據(jù) 1940年前國際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向 [2]。充電過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。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)重的過充電而縮短壽命 。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。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)過充電反應(yīng)。當(dāng)正負(fù)極板上的硫酸鉛完全生成鉛和二氧化鉛后，電池開始發(fā)生過充電反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和氧氣。 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 。本文通過六部分電路的設(shè)計(jì)來實(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。鉛酸蓄電池自發(fā)明以來，至今已有 150年的歷史，技術(shù)十分成熟。 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)車充電站結(jié)合起來，以 AT89C51單片機(jī)為核心，利用 RFID技術(shù)電子錢包功能實(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 ， 來電續(xù)充 ，付費(fèi)合理，并加上 LCD顯示費(fèi)用余額方便簡單 。storagebattery。 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)蓄電池充電過程中出現(xiàn)的種種問題，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