單片機的智能電源管理系統(tǒng)

1、q260046902 專業(yè)做論文中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：單片機的智能電源管理系統(tǒng)學習中心： 重慶信息工程專修學院奧鵬學習中心年級專業(yè)：0404 級 電氣工程及自動化學生姓名：黃大吉學 號：0451480125 指導教師：韓亞軍職 稱：講師導師單位：重慶信息工程專修學院中國石油大學 （華東）遠程與繼續(xù)教育學院論文完成時間：2007 年12 月24 日q260046902 專業(yè)做論文中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書發(fā)給學員 黃大吉1設(shè)計 (論文)題目：單片機的智能電源管理系統(tǒng)2學生完成設(shè)計 (論文)期限：年月日至年月日3設(shè)計 (論文)課題要求：本

2、論文詳以理論聯(lián)系實際，詳細闡述了基于單片機的智能電源管理系統(tǒng)。以嚴密的邏輯思維對本設(shè)計進行了全面的論證，所引用的文獻都進行過仔細篩選。最后嚴格按照學校規(guī)定格式排序。對于不熟悉的知識點，也在指導老師的指導下完成。4實驗（上機、調(diào)研）部分要求內(nèi)容：在完成論文的過程中，利用所學的電路設(shè)計軟件protel99 ，設(shè)計論文中需要用到的圖形，用學習過的c或者 vb語言編寫相應(yīng)程序。最后用office 2003排版論文版面和圖象處理軟件加工文中圖表。5文獻查閱要求：在學校圖書館查閱到的相關(guān)資料、文獻都經(jīng)過嚴格篩選，以確保其準確性、真實性。本論文的完成過程中還充分利用了當今資源豐富的互聯(lián)網(wǎng)。在網(wǎng)上查找了很多符

3、合題材的相關(guān)資料。本著尊重他人成果，以及避免侵權(quán)，本論文中對所有查閱引用到的資料都詳細注明了出處。6發(fā)出 日 期：年月日7學員完成日期：年月日指導教師簽名：學生 簽 名：q260046902 專業(yè)做論文i 摘 要本文介紹了基于cygnalc8051f020 單片機為主控單元的智能電源管理系統(tǒng)，詳細闡述了該系統(tǒng)的工作原理、控制策略及其硬件、軟件實現(xiàn)。本系統(tǒng)具有配置靈活、可擴展性強等特點，適用于便攜式設(shè)備和無人值守設(shè)備的電源管理。隨著對移動性要求的提高，以及使用便利性的要求，多數(shù)電子產(chǎn)品采用可充電電池作為主要供電方式。通常來說，設(shè)計者一般會使用專用電池管理芯片來控制充電電壓、電流及整個充電流程。

4、但使用專用芯片，會帶來設(shè)計成本增加， pcb 板面積增大的問題， 同時所設(shè)計的電路只能針對于選定的電池，如更換不同型號的電池則需要重新設(shè)計電路。針對于此，本文提出了一種利用單片機剩余資源的電池管理電路，具有電路簡單、成本低、功耗小、可靠性強、靈活性高的特點。關(guān)鍵詞： 電源管理； cygnal 單片機；電量監(jiān)測q260046902 專業(yè)做論文i 目 錄摘 要 . i目 錄 . i第 1 章前言 . 1第 2 章c8051fxxx 系列單片機的特點 . 3第 3 章 電源管理系統(tǒng)的工作原理與硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計. 63.1 電池充電特性 . 63.2 補償轉(zhuǎn)換器工作特性 . 83.3 補償轉(zhuǎn)換器電感的確定

5、. 93.4 電壓與電流檢測 . 103.5 電能狀態(tài)檢測 . 113.6 電源輸入輸出控制 . 113.7 鍵盤與 lcd 顯示 . 113.8 通訊擴展 . 12第 4 章 電源管理控制策略 . 134.1 涓流充電階段 . 144.2 容積充電階段 . 144.3 定壓充電階段 . 15第 5 章 電源管理軟件設(shè)計 . 16第 6 章 結(jié)論 . 17致謝. 18參考文獻： . 19q260046902 專業(yè)做論文1 第 1 章前言隨著人們生活質(zhì)量的提高及工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)不再滿足于樓上樓下，電燈電話的生活，各種簡單、易用、智能化的電子產(chǎn)品成為人們的迫切需求。而近幾年迅速發(fā)展起來的便

6、攜式產(chǎn)品更是受到人們的熱烈追捧，致使便攜式產(chǎn)品設(shè)計方案在電子產(chǎn)品設(shè)計中被廣泛采用。其具備移動性強、便于攜帶、易操作等優(yōu)點。在這些設(shè)備中，單片機扮演著重要的角色。它是一種廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品的半導體器件，它是在一枚芯片上集成了一個完整的計算機（常被稱為“系統(tǒng)級芯片”） ，而普通臺式計算機則是由機箱內(nèi)的不同部分協(xié)同操作所構(gòu)成的。無論臺式計算機還是大型主機系統(tǒng)，任何計算機都有共通之處。它們都有運行程序的中央處理器（ cpu） 、儲存可變數(shù)據(jù)的隨機存取存儲器（ram ） 、可擦除的編程制度存儲器（ eprom） 、輸入 /輸出(i/o)、定時器和中斷控制器。臺式機屬于“通用計算機” ，可運行數(shù)以千計的成

7、訊。單片機則屬于“專用計算機” ，經(jīng)編程后可以執(zhí)行若干特殊任務(wù)。特別是當需要把所有或大部分內(nèi)部元件都集中在一枚芯片上的時候，單片機便可大顯身手。單片機還具有的特點包括：單片機通常嵌入在某些其他設(shè)備中，負責控制產(chǎn)品的功能或動作；專門針對一項具體任務(wù)，并負責運行某一具體程序。 該程序存儲于片上程序存儲器中，通常不會改變，新型單片機的存儲器均為閃存，可進行多達百萬次的重新編程；通常情況下都是低功耗器件。臺式計算機通常需要連接電源適配器，耗電為50瓦左右；但以電池供電的單片機卻只需耗費用千分之一的電力，即 50 毫瓦； 配備專用輸入裝置，而且在大多數(shù)情況下會附設(shè)作為輸出的小型led或 lcd 屏幕?？?/p>

8、以從所控制的電子設(shè)備中獲得輸入信號，然后把信號發(fā)送至設(shè)備的不同組件，確保設(shè)備正常運行呢。有的甚至能連接互聯(lián)網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)，用于自動售貨機等設(shè)備，以確保用戶可以遠程檢查庫存；體q260046902 專業(yè)做論文2 積小、成本低并且經(jīng)久耐用。例如大多數(shù)的廚房電器中都有單片機，最常見的是一些配備發(fā)光二極管（led）或液晶顯示屏（ lcd）的小鍵盤的產(chǎn)品（如微波爐）。即使像烤面包爐結(jié)和攪拌機這種沒有屏幕顯示的新型家電，往往也用到了單片機。時至今日，所有的現(xiàn)代汽車內(nèi)都可能配備少則 1 個，多則 70多個單片機。 新推出的汽車平均使用25至 35個單片機，應(yīng)用范圍涉及引擎控制、防抱死剎車系統(tǒng)、衛(wèi)星導航控制及安

9、全氣囊系統(tǒng)?？梢哉f差不多任何帶遙控功能的電子設(shè)備或電器都有單片機的應(yīng)用。單片機是大部分消費類電子產(chǎn)品不可或缺的元件，這些產(chǎn)品包括：數(shù)碼相機、手機、攝像機、自動應(yīng)答系統(tǒng)、激光打印機、特殊功能電話、尋呼機、新型電冰箱、洗碗機及洗衣干衣機等等。但很多便攜式設(shè)備需要自身獨立的內(nèi)置電源管理系統(tǒng)，保證其在移動或無人職守狀態(tài)下工作，它們一般采用可充電的鋰離子電池或鎳氫電池作為設(shè)備內(nèi)置電源(連續(xù)使用三到五年不更換， 甚至更長時間 )。 因為蓄電池的使用和保護方法及剩余電量監(jiān)測對電池壽命有著重大的影響，是產(chǎn)品性能的一個重要方面。所以合理的充電策略對維持畜電池性能延長其使用壽命都有重要的意義。電源管理是一個完整的

10、系統(tǒng)，它不僅包含對畜電池的電量檢測和充放電管理和為設(shè)備提供標準電壓等級和定制電壓等級的電源輸出，還應(yīng)有人機交互的功能。因此我們將使用單片機來實現(xiàn)這一系統(tǒng)的各種功能。本文利用 cygnalc8051fxxx 系列單片機作為核心構(gòu)成的控制器，實時檢測電源輸入、蓄電池電壓、充放電電流等參數(shù)，自動完成電源管理過程，并將電源信息通過lcd顯示以便用戶及時了解設(shè)備狀態(tài)。本設(shè)計還具有人機交互接口和通訊接口，可實現(xiàn)控制功能的擴展。q260046902 專業(yè)做論文3 第 2 章c8051fxxx系列單片機的特點cygnalc8051fxxx 系列單片機 c8051fxxx 單片機采用流水線結(jié)構(gòu)，機器周期由標準的

11、12 個系統(tǒng)時鐘周期降為1 個系統(tǒng)時鐘周期， 處理能力大大提高，峰值性能可達 25mips。c8051fxxx 單片機是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)（ soc）。每個mcu 都能有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉單個或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。flash 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新8051固件。應(yīng)用程序可以使用 movc 和 movx 指令對 flash 進行讀或改寫，每次讀或?qū)懸粋€字節(jié)。這一特性允許將程序存儲器用于非易失性數(shù)據(jù)存儲以及在軟件控制下更新程序代碼。片內(nèi)jtag 調(diào)試支持功能允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品mcu 進行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、

12、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、單步、運行和停機命令。在使用jtag 調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運行。 每個 mcu 都可在工業(yè)溫度范圍 （-45到+85）內(nèi)用2.7v-3.6v （f018/019為 2.8v-3.6v） 的電壓工作。端口 i/o、 /rst 和 jtag引腳都容許 5v 的輸入信號電壓。 c8051fxxx 系列器件使用 cygnal 的專利 cip-51 微控制器內(nèi)核。 cip-51 與 mcs-51tm 指令集完全兼容，可以使用標準 803x/805x 的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。cip-51 內(nèi)核具有標準 8052 的

13、所有外設(shè)部件，包括3個 16 位的計數(shù)器 /定時器、一個全雙工 uart、256 字節(jié)內(nèi)部 ram 空間、 128 字節(jié)特殊功能寄存器（ sfr）地址空間及 4 個 8 位的 i/o 端口。 cip-51 還另外有增加的模擬和數(shù)字外設(shè)或功能部件。 cip-51 采用流水線結(jié)構(gòu)， 與標準的 8051結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。 在一個標準的 8051中，除 mul 和 div 以外所有指令都需要 12 或 24 個系統(tǒng)時鐘周期。而對于cip-51 內(nèi)核， 70%的指令的執(zhí)行時間為 1 或 2 個系統(tǒng)時鐘周期，只有4 條指令的執(zhí)行時間大于4q260046902 專業(yè)做論文4 個系統(tǒng)時鐘周期。

14、 c8051fxxx 系列 mcu 在與標準 8051 相比，在 cpu內(nèi)核的內(nèi)部和外部有幾項關(guān)鍵性的改進提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。擴展的中斷系統(tǒng)向cip-51 提供 22（c8051f3xx 為 12）個中斷源（標準 8051 只有 7 個中斷源），允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。一個中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的mcu 干預(yù)，卻有更高的執(zhí)行效率。在設(shè)計一個多任務(wù)實時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。mcu 可有多達 7 個復(fù)位源：一個片內(nèi)vdd 監(jiān)視器、一個看門狗定時器、一個時鐘丟失檢測器、一個由比較器0 提供的電壓檢測器、一個強制軟件復(fù)位、 cnvstr 引腳及 /rs

15、t 引腳。 /rst 引腳是雙向的，可接受外部復(fù)位或?qū)?nèi)部產(chǎn)生的上電復(fù)位信號輸出到/rst 引腳。除了vdd監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個復(fù)位源都可以由用戶用軟件禁止。mcu 內(nèi)部有一個能獨立工作的時鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認為系統(tǒng)時鐘。如有需要，時鐘源可以在運行時切換到外部振蕩器。外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、rc 或外部時鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。這種時鐘切換功能在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許mcu 從一個低頻率（節(jié)電）外部晶體源運行，當需要時再周期性地切換到高速（可達16mhz 的內(nèi)部振蕩器。 是完全集成的高速高集成度具有獨立工作的片上系統(tǒng)的混合信號系統(tǒng)級芯片5，特別適用于電池供電

16、的場合及便攜式設(shè)備中，其特點如下：1、低功耗：在 2.7v電壓32khz 條件下工作電流僅為 20ua ，這時單片機所有外設(shè)模塊都可使用， 關(guān)閉flash 更可使功耗降低至 10ua，正在達到了微安級。 25m 的高速功耗也僅 10ma 。2、硬件資源豐富：在 f02x 系列單片機內(nèi)集成了片內(nèi)看門狗定時器、vdd 監(jiān)視器和溫度傳感器、 64kbflash、4kbram、2個串行通信總線、 5個16位定時器、可編程計數(shù)器陣列（ pca ） 、8個12位adc 帶pga 和模擬多路開關(guān)、2個可編程 12位dac 、32個i/o 口。q260046902 專業(yè)做論文5 3、先進的非侵入式在系統(tǒng)調(diào)試技

17、術(shù)：所有信號都支持 jtag 標準測試接口，方便進行片上在線仿真， 固化flash 存儲器內(nèi)的程序易于在線升級和調(diào)試。4、專用 ide集成開發(fā)環(huán)境，提供全系列單片機配置向?qū)?，方便用戶使用匯編和 c 語言編程。綜上所述， c8051f02x 系列單片機具有極低的功耗、強大的處理能力、豐富的片上資源、高效的開發(fā)環(huán)境。q260046902 專業(yè)做論文6 第 3 章 電源管理系統(tǒng)的工作原理與硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計本文所述的電源管理系統(tǒng)采用混合信號設(shè)計技術(shù)，以單片機為核心的數(shù)字電路對電源進行動態(tài)管理，以模擬電路實現(xiàn)對電路的控制驅(qū)動及電源電壓的轉(zhuǎn)換和監(jiān)測。電源管理系統(tǒng)由單片機、電能狀態(tài)檢測電路、電源輸入輸出控制電路

18、、鍵盤與lcd 顯示模塊和遠程通訊模塊等構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。圖 3-1 電源管理模塊結(jié)構(gòu)圖3.1 電池充電特性對于不同化學特性的電池（鋰電池、鎳氫電池、鎳鎘電池），充電方式各不相同。 然而，大多數(shù)電池的充電過程都可以歸納為以下三個階段，q260046902 專業(yè)做論文7 示意圖如圖 3.1-1 所示。涓流充電階段；定流充電階段；定壓低電流充電階段以及充電終止。電池充電過程是將電能經(jīng)過轉(zhuǎn)化以后存儲到電池內(nèi)。電池的充電電流由電池的額定容量所決定，單位為c 。例如，一塊容量為 1000mah的電池，如果充電電流為1000ma 的話，則可以說電池以1c（1 倍于電池容量）進行充電。通常所說的

19、涓流充電，一般是指電池以1/50c，甚至更低的電流進行充電?？焖俪潆?，一般不使用涓流充電方式。充電器在對電池進行充電時，一般使用涓流和恒流（容積）充電兩種方式。自發(fā)熱通常是導致充電過早結(jié)束的主要原因，因此充電的初始階段采用涓流充電，以最大程度上控制電池的自發(fā)熱。在到達電池的大部分能量已經(jīng)恢復(fù)的中間階段時，采用容積充電。一般采用測量充電電壓和充電電流來判斷充電過程是否結(jié)束，具體方法與電池的化學特性有關(guān)。例如，大多數(shù)鋰電池充電器將充電電壓設(shè)定為恒值，用檢測充電的最小電流的方法來判斷充電是否結(jié)束，而鎳鎘電池需要根據(jù)電壓及溫度的變化來判斷充電是否結(jié)束。對電池充電時，絕大部分的電能都被轉(zhuǎn)化為化學能存儲起

20、來，然而轉(zhuǎn)換效率卻不可能達到100。未被轉(zhuǎn)化為化學能的電能被轉(zhuǎn)化為熱能，致使電池溫度上升。當電池接近充滿狀態(tài)時，幾乎所有的電能都被轉(zhuǎn)化為熱能，造成電池的溫度上升，在這種情況下，如果沒有及時終止充電，將會損壞電池甚至徹底毀壞電池?？焖俪潆姡▋尚r內(nèi)將電池充滿）通常使用大電流進行充電，以盡量縮短充電時間。此時，對電池溫度的檢測就顯得極其重要，特別是鋰電池，如果過充可能導致爆炸。因此，在整個充電期間都應(yīng)該檢測電池溫度。一旦檢測到溫度超限，應(yīng)該立即終止充電。相對于別的電池，由于鋰電池較高的能量體積比以及能量重量q260046902 專業(yè)做論文8 比，已成為大多數(shù)便攜式系統(tǒng)設(shè)計的首選（本文后續(xù)介紹都以以

21、鋰電池為例） 。 多數(shù)鋰電池充電器在充電結(jié)束階段采用充電電流極小的遞減充電方式。鋰電池充電示意圖如圖3-2 所示圖 3-2 鋰電池充電階段示意圖3.2 補償轉(zhuǎn)換器工作特性圖 3-3 所舉例子為補償轉(zhuǎn)換器示意圖。 通過單片機的片上 8 位 pwm（脈寬調(diào)制）的pca 輸出控制旁路開關(guān)。開關(guān)閉合時，電流流向如圖3.2-1a 所示，輸入的電流對電容和電感充電。開關(guān)打開時如圖 3.2-1b 所示，電感的特性會保持流過自身的電流不會突變。電流隨即會流過續(xù)流二極管，同時繼續(xù)對電容充電。以上兩個階段進行循環(huán)。總體說來，如果pwm 控制信號中占空比減少的話，平均電壓會下降，反之亦然。因此，通過控制占空比的大小

22、，可調(diào)節(jié)電壓和電流的大小。q260046902 專業(yè)做論文9 a b 圖 3-3 補償轉(zhuǎn)換器示意圖3.3 補償轉(zhuǎn)換器電感的確定由于在占空比為 50狀態(tài)下，轉(zhuǎn)換器工作效率最高，因此在計算補償轉(zhuǎn)換器的電感時設(shè)定pwm 輸出信號在該狀態(tài)。占空比計算公式如公式3-4 所示，t 為 pwm 周期（設(shè)定 t = 10.5s） 。占空比 ton/t 公式 3-4 選擇上述設(shè)定 50的 pwm 占空比，電感的計算公式如公式3-5 所示ltontmax2)(oosatiitonvvvl公式 3-5 pwm 周期 ton 電感量l。設(shè)定單片機采用8 位的pwm 模式，使用 24.5mhz 時鐘，進行 256 分頻

23、后可以產(chǎn)生 95.7khz 的q260046902 專業(yè)做論文10 18851.07740.0)1()1()1()1()1()1(rrrrvrrrviainain開關(guān)頻率。充電電壓vi為 15v；飽和電壓 vsat為 0.5v；輸出電壓 vo為4.2v；最大輸出電流 iomax為 1500ma，由公式 3-5 可計算出電感約為18h。電路中的電容的作用用來減少電壓波紋，效果與電容的大小成正比。3.4 電壓與電流檢測ain0.0 和 ain0.1 與單片機的 ad 口相連。電池電壓經(jīng)r5 和 r8 分壓后送單片機 ad 端檢測。 r5 與 r8 的分壓比應(yīng)根據(jù)電池電壓的不同來選擇，使得 ain0

24、.1 端的電壓最高不能高于單片機ad 采樣的參考電壓。電流的測量采用分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的方法。r1 為阻值為 1 歐的功率電阻， 其兩端的電壓差即為充電電流。設(shè)定r1 左端電壓為 v0，右端電壓為 v1。則充電電流 i 由如下公式 3-6 確定。假設(shè) r4-r7 電阻的精度為 ，則最大的測量電流如公式3-7 所示。經(jīng)計算，測量電流的誤差與電阻精度相當，對于電池電流的測量采用1的電阻已足夠。如需更加精確地測量電壓、電流，可使用插值算法。由于測量電阻兩端的分壓網(wǎng)絡(luò)無非線性器件，因此可認為電壓、電流呈線性特性。如公式3-8 所示。bvki因此需要首先測量出兩點的電壓和電流值來確定公式中的兩個未知數(shù) k、b

25、。一點應(yīng)接近零值，另一點接近于滿幅電壓。求得的k、b 值存儲在單片機片上 flash中，后續(xù)的電流值可由公式3-8 計算求得。18851.07740.0110rrrrvrrrvrvviainainq260046902 專業(yè)做論文11 3.5 電能狀態(tài)檢測狀態(tài)檢測模塊主要采集輸入電源電壓、電池電壓、電池電流等信號。電壓信號從電阻分壓器獲得，無須放大；電流信號來自采樣電阻，采樣電阻串聯(lián)在系統(tǒng)地回路，采樣信號要求小于0.1v，需要一單端放大電路對信號進行調(diào)理。所有信號送到單片機的a/d 輸入端， a/d 轉(zhuǎn)換器的基準電壓設(shè)定為 +2.5v。3.6 電源輸入輸出控制電源輸入接口性能對電源管理系統(tǒng)及設(shè)備

26、的穩(wěn)定工作是十分重要的， 基于國家半導體公司生產(chǎn)的dc/dc 可調(diào)電壓變換器 lm2678 的電源接入方式可為設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的工作電源。lm2678 的優(yōu)點在于可以接受 8-40v 寬范圍的直流電壓輸入，減少外界電壓波動和不穩(wěn)定造成對設(shè)備的不利影響；可提供最高達60w 輸出功率時轉(zhuǎn)換效率仍可高達92%3?？紤]到鋰電池的充電飽和電壓為8.4v，在電路設(shè)計時將lm2678 的輸入電壓設(shè)為 9v。 輸入電源再通過一級線性穩(wěn)壓器后直接轉(zhuǎn)換為標準的+3.3v 和+5v 電源供給設(shè)備。以三極管和場效應(yīng)管組成的可控復(fù)合開關(guān)為電源管理系統(tǒng)輸出非標準電壓等級電源留出擴展接口，以實現(xiàn)單片機對電能輸出的完全可控。

27、3.7 鍵盤與 lcd 顯示鍵盤與 lcd 顯示是進行人機交互的重要手段。單片機具有豐富的io，擴展鍵盤不需要增加成本，本系統(tǒng)采用低電平中斷方式設(shè)置了6 個按鍵。系統(tǒng)狀態(tài)信息顯示采用點陣式液晶顯示屏，本系統(tǒng)采用24065點陣 mobi2007 模塊，可顯示圖形及各種字符， 使用 1616 字庫可顯示q260046902 專業(yè)做論文12 4 行，每行 15個漢字符。電源狀態(tài)信息以圖文結(jié)合的方式顯示在屏上。3.8 通訊擴展單片機的兩個串行通訊接口為電源管理系統(tǒng)提供了擴展功能，結(jié)合鍵盤與 lcd 顯示模塊， 可結(jié)合設(shè)備的整體設(shè)計完成特殊的擴展功能，方便的實現(xiàn)多 cpu 協(xié)同工作體系，也使得硬件資源得

28、到充分的利用。q260046902 專業(yè)做論文13 第 4 章 電源管理控制策略蓄電池的管理是完全受控于單片機的，電池與輸入電源是備用關(guān)系。充分參考電池參數(shù)與特性定制以下充電控制原則：優(yōu)化充電過程，縮短充電時間；控制充電電流，無損傷充電；減少充電循環(huán)，延長電池壽命。以聚合物鋰電池充放電特性曲線如圖4-1 為依據(jù)，將充電過程分為三個階段，分別是預(yù)充電、快速充電和補充充電4， 在不同階段單片機以pwm波對充電電流進行控制，以剩余電量為判斷依據(jù)實現(xiàn)對電池充電過程自動控制，此過程接受人工干預(yù)，用戶可對充放電過程進行手動控制。圖 4-1 充放電特性曲線充電流程如圖 4-2 所示，分為三個階段。q2600

29、46902 專業(yè)做論文14 圖 4-2 充電流程圖4.1 涓流充電階段當電池已經(jīng)被初始放電后，充電流程控制程序進入涓流充電階段。由于初始狀態(tài)下，對電池充電發(fā)熱量較大，因此為保證安全，充電電流極小，被限制在ilowcurrent。并時刻監(jiān)測電池溫度，如溫度超限，應(yīng)立即停止充電。ilowcurrent的典型值一般為1/50c。涓流充電狀態(tài)一直持續(xù)到電池電壓達到最小容積充電電壓vtminvoltbulk。4.2 容積充電階段當電池電壓達到最小容積充電電壓vtminvoltbulk時，充電進入容積充電階段。根據(jù)圖1 所示的鋰電池充電過程，該階段應(yīng)該保證充電電流為恒值。此時，控制開關(guān)的單片機pwm 信號

30、控制充電電壓，使得充電電流保持為容積充電的恒值ibulk。 （通常來說容積充電電流為1c） 。q260046902 專業(yè)做論文15 4.3 定壓充電階段當充電電壓達到vtop（通常一塊鋰電池的典型值為4.2v） ，充電程序應(yīng)該進入定壓充電階段。此時，應(yīng)通過單片機輸出的pwm 信號來控制充電電壓為恒值。此階段電池繼續(xù)被充電，而充電電流在逐漸下降，直到充電電流將到最小容積充電電流iminibulk1。此后，為保證充電飽和性， 應(yīng)繼續(xù)保持充電狀態(tài)30 分鐘后結(jié)束整個充電過程。通常來說，充電第三階段占用時間較前兩個階段稍長。在大部分實際應(yīng)用中的便攜式嵌入式系統(tǒng)，可能在電池的任何一種狀態(tài)下開始充電。此時

31、充電電路需要首先檢測充電的電流狀態(tài)，判斷電池應(yīng)處于何種充電狀態(tài)，并從該狀態(tài)開始充電。q260046902 專業(yè)做論文16 第 5 章 電源管理軟件設(shè)計軟件采用 c 語言編寫，采用中斷采集與主循環(huán)計算相互配合的雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)主時鐘為24mhz，定時器定時 200ms產(chǎn)生中斷，在中斷處理中采樣電源信息。主循環(huán)計算當前狀態(tài)，控制各開關(guān)動作，并將系統(tǒng)狀態(tài)顯示在液晶屏上。本設(shè)計的一個特色就是用軟件實現(xiàn)電量計量，它是一個動態(tài)的過程，其原理是以一次充放電的最大電量差值做作為電池100%的容量4。每次充放電過程中都會記錄充電量最大值和放電量最大值，兩個量的差作為當前剩余電量百分比的判斷依據(jù)。主程序流程圖如圖5-1 所示。圖 5-1 主程序流程圖q260046902 專業(yè)做論文17 第 6 章 結(jié)論本文所介紹的電源管理系統(tǒng)采用了高性能的單片機，其豐富的片內(nèi)資源使得外圍擴展器件少，體積小，方便制板和安裝，降低了成本，減少了硬件故障率，使之便于應(yīng)用在便攜式移動測試設(shè)備中。本系統(tǒng)以單片機為核心，軟件與硬件相結(jié)合，用動態(tài)的方法對電能的輸入輸出進行智能化的管理，為設(shè)計便攜式設(shè)備提供了安全可靠的電源解決方案。cygn