【正文】 從選題到查閱資料，從論文提綱的確定到開題報告的完成，從中期論文的修改到后期論文格式的調(diào)整，每個環(huán)節(jié) 王 老師一直都耐心地給予我指導(dǎo)和意見，使我有了很大的提高， 同時 王 老師嚴謹?shù)膶W(xué)術(shù)作風，精益求精的精神，兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度，也給我留下了深刻的印象，對我今后的學(xué)習和工作中起到了很好的指導(dǎo)作用。 畢業(yè)設(shè)計 31 致 謝 首先感謝 內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 給予我學(xué)習的機會，使我得以完成大學(xué)學(xué)業(yè)。系統(tǒng)的可編程功能還可以準確判斷充電的不同階段、設(shè)定充電電流和對充電模式及時調(diào)整。該智能充電器能按照涓流充電、大電流充電、過充電和浮充電四個模式給電池進行充電，還可隨時改變充電電流的大小，并具有超溫報警的功能。 根據(jù) 新型多模式充電技術(shù)， 提出了一種新型電動自行車電池充電器 ——單片機控制的多模式智能充電器。 畢業(yè)設(shè)計 30 結(jié) 論 通過對蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和充電特性的了解和學(xué)習，分析各種常規(guī)充電法、快速充電法的優(yōu)缺點之后，探討一種新充電技術(shù) ——新型多模式充電技術(shù) ，即根據(jù)電池容量的多少及電池端電壓的大小，使充電 過程按照涓流充電、大電流充電、過充電和浮充電四個模式進行。由于用單片機實現(xiàn)，可通過軟件靈活地改變參數(shù)設(shè)置，從而獲得良好的充電性能，使蓄電池具有較高的使用容量和較長的循環(huán)壽命，可滿足不同電動自行車動力電池的復(fù)雜充電要求，具有良好的應(yīng)用前景。 (8)略微修改電路參數(shù)可任意調(diào)整充電電流和浮充電壓，以滿足不同規(guī)格電池需要。 (6)充電時，可以通過按鍵調(diào)整充電電流的大小。 (4)采用 PWM 脈寬調(diào)制 [19]輸出控制功率管 MOSFET 的導(dǎo)通時間，達到對電池充電電流的控制。 (3)獨特的軟件、硬件設(shè)計，能夠精確的檢測電池的四個充電狀態(tài)避免錯誤判斷，保證電池百分百充足電。 在 其他充電器 基礎(chǔ)上 ，它進 行了以下改進： (1)與傳統(tǒng)充電器相比，提高了充電性能?；趩纹瑱C控制的電動自行車充電器，以 Microchip 美國微芯公司的 PIC16F73 單片機作為控制芯片，在電池充電過程中，運用四模式充電技術(shù)，在運行中單片機會根據(jù)對被充電池的數(shù)據(jù)采樣和事先設(shè)定的程序來決定何時進行涓流充電、大電流充電、過充充電、浮充充電。若系統(tǒng)未檢測到任何滿足終止充電的條件，則會隨著充電的繼續(xù)，重新開始充電終止控制法的判斷。若電池電壓高于 15V，系統(tǒng)就認為電池已充滿電，即轉(zhuǎn)入浮充維護狀態(tài)。 充電終止判別流程框圖見圖 43 所示。系統(tǒng)在充電過程中即時判斷電池溫度及電池端電壓，是否己超過預(yù)定的閾值或保護值作為電池充滿的檢測手段。在浮充電狀態(tài)下，以 20mA 的較小電流給電池維持充電，保證電池容量保持在滿充狀態(tài)。同時系統(tǒng)繼續(xù)檢測電池端電壓，當檢測到電池端電壓超過最大門限電 壓 15V 時，電池充電容量已經(jīng)恢復(fù)到 90%左右，此時大電流充電狀態(tài)結(jié)束，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入過充電狀態(tài)，以 140mA 的過充電電流給電池充電。如果檢測到電池端電壓小于閾值電壓 ，則系統(tǒng)進入涓流充電狀態(tài)，以 40mA的小電流給電池進行涓流充電 。 畢業(yè)設(shè)計 25 圖 42 主程序流程圖 檢測電池端電壓是否等于 15V 上電 檢測電池端電壓是否等于 聲音告知 浮充電 N Y 程序初始化 檢測電網(wǎng)電壓是否正常 檢 測 是否 接上電池 檢測電池端電壓是否小于 涓流充電 檢測 電池端電壓是否大于 大電流充電 過充電 Y N Y Y N N 進入充電終止判別 子程序 畢業(yè)設(shè)計 26 系統(tǒng)上電后，程序初始化 [18]，檢測電網(wǎng)電壓是否正常，電網(wǎng)電壓正常后，則檢測充電器輸出端是否接入電池，如果沒有接入電池，則系統(tǒng)不工作 。主程序根據(jù)系統(tǒng)所獲得的相關(guān)電壓、電流、溫度等信息，確定具體的工作狀態(tài)，從而采取相應(yīng)的方式來控制程序的具體執(zhí)行，達到控制合理進行四種模式充電過程的功能，并具有實時進 畢業(yè)設(shè)計 24 行終止條件的檢測，及時給顯示與按鍵部分傳遞 信息等功能。具體軟件程序見附件。 軟件總體設(shè)計 軟件設(shè)計在本系統(tǒng)中與硬件設(shè)計一樣占十分重要的部分，基本充電功能大部分是由軟件完成，功能發(fā)揮部分同樣需要軟件的密切配合才能順利實現(xiàn)。 PICC 編譯器可以直接掛接在 MPLABIDE 集成開發(fā)平臺下，實現(xiàn)一體化的編譯連接和原代碼調(diào)試。這些工具大部分 MPLAB IDE 調(diào)試操作擬器相同，但與模擬器不同的是，它們都允許目標 PICmicro 單片機在實際目標應(yīng)用中全速運行。然而，模擬器可以準確地測量在應(yīng)用中實時運行這些代碼所消耗間。調(diào)試是在執(zhí)行程序時用來檢查代碼的軟件或硬件工具，本設(shè)計中使用了 MPLAB SIM 模擬器。最后，編譯和測試代碼。在 MPLAB IDE 中，管理器負責管理這一過程。 注 :MPLAB 也支持某些第三方工具。 II 器件編程器燒寫固件。 畢業(yè)設(shè)計 23 ? 使用 MPLAB ICD PICSTART174。 ? 用模擬器或仿真器測量時間。 ? 匯編、編譯和鏈接源代碼。 操作系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境。 圖 41 所示是 MPLAB IDE 的主窗圖 IDE 功能 MPLAB IDE 是適用于 PICmicro174。 畢業(yè)設(shè)計 22 4 電動自行車智能充電器的軟件設(shè)計與實現(xiàn) 軟件開發(fā)環(huán)境簡介 IDE 主窗 MPLAB 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)是綜合的編輯器、項目管理器和設(shè)計平臺， 適用于使用Microchip 的 PICmicro 系列單片機進行嵌入式設(shè)計的應(yīng)用開發(fā)。 (7) 充滿電量時，具有聲光報警裝置。 (5) 充電過程中，能夠顯示充電電流的大小和充滿電量的百分比。 (4) 采用 PWM 脈寬調(diào)制輸出控制功率管 MOSFET 的導(dǎo)通 時間。 (3) 獨特的軟、硬件設(shè)計，能精確的檢測電池的四個充電狀態(tài) (涓流充電、大電流充電、過充電、浮充電 )避免誤判斷，保證電池 100%充足電。 表 35 Dn 和 up確定的四種充電電流 模式 最大充電電流 過充電電流 Mode1 700mA 140mA Mode2 500mA 100mA Mode3 300mA 60mA Mode4 100mA 20mA 畢業(yè)設(shè)計 21 本電路設(shè)計的優(yōu)點 本設(shè)計無須進行硬件修改，通過軟件設(shè)計，電路可以容易的改變充電模式和 各項充電參數(shù)，實現(xiàn)對不同容量電池的快速充電，和其它充電器相比，它進行了以下的改進 : (1) 與傳統(tǒng)充電器相比，提高了充電性能。即用戶可根據(jù)需要確定充電時的最大電流值。 圖 312 按鍵 電路 按鍵 DP 和 UN 的作用：用戶可以通過 按鈕來切換充電狀態(tài)并引發(fā)中斷。當控制器檢測到電池己充足電，RC7 腳變?yōu)楦唠娖?，?9014 管導(dǎo)通，發(fā)光二極管 LED 亮，揚聲器 SP 發(fā)出報警信號，同時充電控制器自動轉(zhuǎn)入浮充電狀態(tài)。 二、聲光 報警電路見圖 311 所示。 畢業(yè)設(shè)計 19 圖 310 數(shù)碼管顯示電路圖 圖中所示 74LS595 是雙列直插式封裝 (DIP)的 8 位移位寄存器 /鎖存器，串行輸入并行輸出方式，利用其能夠?qū)?shù)據(jù)鎖存的功能來驅(qū)動 LED 顯示管工作。該部分信息交換以中斷方式進行。 主要功能是接收按鍵信息并傳遞給主控單片機，同時接收來自系統(tǒng)的電壓、溫度、電流大小、電池充滿百分比以 及故障信息，并按要求給予實時顯示。 溫度取樣電路見圖 39。當電池充滿電后，若繼續(xù)充電，所有的電能都將轉(zhuǎn)化為電池的熱能，在快速充電時這將使電池快速升溫，若不及時停止充電，會造成電 池損壞。 三、溫度取樣電路 Rt 為熱敏電阻，在硬件電路中應(yīng)與電池靠近焊接，輸出端與單片機 RA2 管腳連接，以電壓形式輸入到單片機， RA2 檢測充電時電池的最高溫度，當檢測到高于額定溫度后，停止充電，并進行聲光報警。圖 28 所示電路中，在充電器串聯(lián)調(diào)整管與輸出端之間串入一只二極管 Dl，可以防止蓄電池輸出電流流入充電器。由于 RA0 口的輸入電壓范圍為 0~5V，電池端電壓的范圍為 0~15V，通過計算，可確定電阻的取值為R3=150kΩ， R4=50kΩ，取樣電壓的計算公式： 4431U RRR VE ??? (37) 各轉(zhuǎn)折點取樣輸入電壓情況見表 34。電壓檢測電路見圖 38 所示。當沒有接入電池時， MOSFET 沒有電流輸出，充電器不工作。根據(jù)集成運放的特點，可得到集成運放的輸出電壓計算公式為： 要想獲得更高的電壓，只要簡單地加上分壓電阻，使被測電壓限制在單片機 0~5V電壓范圍內(nèi)即可。 充電電流通過采用電流轉(zhuǎn)換比為 1:1000 的霍爾傳感器 (LA55P 型 )獲得。 檢測取樣電路 設(shè)計 一、電流檢測電路 電阻 R5 輸出端接入單片機 RA0 管腳， RA0 是充電時的電流取樣輸入端，該電路設(shè)置了過流保護，能達到恒流充電目的。端口引腳的功能由 ADCON1寄存器配置。 畢業(yè)設(shè)計 16 A/D 模塊具有三個寄存器。采樣電路的輸出與轉(zhuǎn)換器的輸入相連， A/D 轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近法產(chǎn)生轉(zhuǎn)換結(jié)果。 PWM 輸出頻率設(shè)定為 20kHz。 PWM 芯片包含內(nèi)部和外部線路，當脈寬調(diào)制要做周期循環(huán)時將由它來決定這個頻率的快慢，當一個信號要發(fā)送到每一個 MOSFET 用以接通這些 MOSFET 時它就可以直接控制進行速度調(diào)節(jié)。 在目前廣泛采用的開關(guān)電源供電方式中，由 PWM 控制器提供脈寬調(diào)制，并 發(fā)出脈沖信號，使 MOSFET 管導(dǎo)通。 BUCK 變換器的主要參數(shù)見表 32。當充電電流與給定值之間存在誤差時，可通過改變微調(diào)電位器 RP 來調(diào)節(jié)該電源的輸出電流，以獲得所需要的充電電流。圖中二極管 D 是用來防止在斷電時電池向微處理器供電。反之輸出電壓增加。當開關(guān)管打開時，如圖 (B)所示，電感試圖保持 電流，從而導(dǎo)致電流流過二極管、電感和電容，這是一個 BUCK 變換器的工作周期。 BUCK 變換器包括由 NPN 晶體管驅(qū)動的 P 溝道 MOSFET 開關(guān)管與電感、二極管和電容相連，工作原理圖見圖 35。本電路選用型 號為 IRF630 的高頻率開關(guān)管，其最大電流為 9A，耐壓為 200V，導(dǎo)通后的電阻只有 ，線性轉(zhuǎn)換特性好。主控電路圖見圖 34 所示。因此選用了專用的高頻耐高溫電容器，同時對電容容量和電容溫度系數(shù)要求也較高，從而保證電路的穩(wěn)定運行。C4 選擇 100nF 的小電容。性能穩(wěn)定，輸出電流 1A 以上，無需外部元件，具有輸出晶體管安全范圍保護。 LM7805 集成穩(wěn)壓器的選用 LM7805 是固定輸出正電壓的串聯(lián)型三端集成穩(wěn)壓器，它把調(diào)整管、穩(wěn)壓管、比較放大