智能充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述一、課題研究背景進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著越來(lái)越多的便攜式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對(duì)充電過程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，縮短充電時(shí)間、達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。與此同時(shí)，對(duì)充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。從20世紀(jì)60年代的商用鍥鎘和密封鉛酸電池到近幾年的鍥氫和鋰離子技術(shù)，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展2o由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，電池有自己的特性，目前各種電器使用

2、的充電電池主要有鍥鎘電池（NiCd）、鍥氫電池（NiMH）、鋰電池（Li-Ion）和密封鉛酸電池（SLA）四種類型。近年來(lái)，鍥氫電池、鋰離子電池已逐漸取代鍥鎘電池，密封鉛酸電池不僅價(jià)格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定，而且無(wú)泄漏、無(wú)污染、容量大，廣泛應(yīng)用于通信、鐵路、交通、電力、石油、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等部門12。電池充電是通過逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲(chǔ)到化學(xué)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的。由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，電池有自己的特性。為了滿足各類電池快速充電的不同要求，設(shè)計(jì)充電器時(shí)要仔細(xì)了解這些特性以防止過度充電而損壞電。因此，智能型充電電路通常包括了恒流/恒壓控制環(huán)路、電池電壓監(jiān)測(cè)電路、電池溫度檢測(cè)電路、外部顯示電路（LE

3、D或LCD顯示）等基本單元14。二、研究的目的和意義由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是采用AV加片機(jī)來(lái)控制并要求對(duì)于LCD顯示程序要用C語(yǔ)言來(lái)編寫，所以所參考的資料主要為AVR單片機(jī)和C語(yǔ)言的相關(guān)書籍上。早期單片機(jī)主要由于工藝及設(shè)計(jì)水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因，所以采取穩(wěn)妥方案：即采用較高的分頻系數(shù)對(duì)時(shí)鐘分頻，使得指令周期長(zhǎng)，執(zhí)行速度慢。以后的CMOSI片機(jī)雖然采用提高時(shí)鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施，但這種狀態(tài)并未被徹底改觀（51以及51兼容）。此間雖有某些精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)（RISC）問世，但依然沿襲對(duì)時(shí)鐘分頻的作法50AVR單片機(jī)的推出，徹底打破這種舊設(shè)計(jì)格局，廢除了機(jī)器周期，拋棄復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)（CI

4、SC）追求指令完備的做法；采用精簡(jiǎn)指令集，以字作為指令長(zhǎng)度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中（指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此），取指周期短，又可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。當(dāng)然這種速度上的升躍，是以高可靠性為其后盾的10。AVRI片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取8位機(jī)與16位機(jī)的折中策略，即采用局部寄存器存堆（32個(gè)寄存器文件）和單體高速輸入/輸出的方案（即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯）。提高了指令執(zhí)行速度（1Mips/MHz）,克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能；同時(shí)又減少了對(duì)外設(shè)管理的開銷，相對(duì)簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。故AVRI片機(jī)在軟/硬件開銷、速度、性能

5、和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價(jià)比的單片機(jī)5。AVR單片機(jī)內(nèi)嵌高質(zhì)量的Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫方便，支持ISP和IAP,便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)、生產(chǎn)、更新。內(nèi)嵌長(zhǎng)壽命的EEPROMT長(zhǎng)期保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)，避免斷電丟失。片內(nèi)大容量的RAM僅能滿足一般場(chǎng)合的使用，同時(shí)也更有效的支持使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)系統(tǒng)程序,并可像MCS-51單片機(jī)那樣擴(kuò)展外部RAMAVR片機(jī)的I/O線全部帶可設(shè)置的上拉電阻、可單獨(dú)設(shè)定為輸入/輸出、可設(shè)定（初始）高阻輸入、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)（可省去功率驅(qū)動(dòng)器件）等特性，使的得I/O口資源靈活、功能強(qiáng)大、可充分利用9。AVRi1片機(jī)片內(nèi)具備多種獨(dú)立白時(shí)鐘分頻器，分別供URATI2C、SPI

6、使用。其中與8/16位定時(shí)器配合的具有多達(dá)10位的預(yù)分頻器，可通過軟件設(shè)定分頻系數(shù)提供多種檔次的定時(shí)時(shí)間。AVRm片機(jī)獨(dú)有的“以定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（單）雙向計(jì)數(shù)形成三角波，再與輸出比較匹配寄存器配合，生成占空比可變、頻率可變、相位可變方波的設(shè)計(jì)方法（即脈寬調(diào)制輸出PWM）更是令人耳目一新。增強(qiáng)性的高速同/異步串口，具有硬件產(chǎn)生校驗(yàn)碼、硬件檢測(cè)和校驗(yàn)偵錯(cuò)、兩級(jí)接收緩沖、波特率自動(dòng)調(diào)整定位（接收時(shí)）、屏蔽數(shù)據(jù)幀等功能，提高了通信的可靠性，方便程序編寫，更便于組成分布式網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用，串口功能大大超過MCS-51/96單片機(jī)的串口，加之AV如片機(jī)高速，中斷服務(wù)時(shí)間短，故可實(shí)現(xiàn)高波特率通

7、訊。面向字節(jié)的高速硬件串行接口TWISPI。TWI與I2C接口兼容，具備ACK言號(hào)硬件發(fā)送與識(shí)別、地址識(shí)別、總線仲裁等功能，能實(shí)現(xiàn)主/從機(jī)的收/發(fā)全部4種組合的多機(jī)通信。SPI支持主/從機(jī)等4種組合的多機(jī)通信。AVR單片機(jī)有自動(dòng)上電復(fù)位電路、獨(dú)立的看門狗電路、低電壓檢測(cè)電路BOD多個(gè)復(fù)位源（自動(dòng)上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、BODS位），可設(shè)置的啟動(dòng)后延時(shí)運(yùn)行程序，增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。AVRI片機(jī)具有多種省電休眠模式，且可寬電壓運(yùn)行（5-2.7V）,抗干擾能力強(qiáng)，可降低一般8位機(jī)中的軟件抗干擾設(shè)計(jì)工作量和硬件的使用量13。AVRI片機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了單片機(jī)集多種器件（包括FLASHE序存儲(chǔ)

8、器、看門狗、EEPR。M同/異步用行口、TWkSPI、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等）和多種功能（增強(qiáng)可靠性的復(fù)位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、具替換功能的I/O端口）于一身，充分體現(xiàn)了單片機(jī)技術(shù)的從“片自為戰(zhàn)”向“片上系統(tǒng)SoC過渡的發(fā)展方向100此外在傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)中，都是用匯編語(yǔ)言作為系統(tǒng)的編程語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言作為嵌入式系統(tǒng)的編程語(yǔ)言，具有執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，但其本身是一種低級(jí)語(yǔ)言，編程效率低下，且可移植性和可讀性差，維護(hù)極不方便，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性也較差。而C語(yǔ)言以其結(jié)構(gòu)化和能產(chǎn)生高效代碼等優(yōu)勢(shì)滿足

9、了電子工程師的需要。用C語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，具有匯編語(yǔ)言編程所不可比擬的優(yōu)勢(shì)24。AVRI片機(jī)特有的脈寬調(diào)制（PWM功能是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。簡(jiǎn)而言之，PWMI一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM1號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有（ON）,要么完全無(wú)（OFF）。電壓或電流源是以一種通（ON）或斷（OFF）的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的

10、時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠,任何模擬值都可以使用PWM4行編碼。PWMJ一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的,無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。參考文獻(xiàn)：1譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第二版）.北京：清華大學(xué)出版社，1999.21502沈文，Eagle,詹衛(wèi)前.AVR單片機(jī)C語(yǔ)言開發(fā)入門指導(dǎo).北京：清華大學(xué)出版社，2003.32413金春林，邱慧芳，張皆喜.AVR系列單片機(jī)C語(yǔ)言編程與應(yīng)用實(shí)例.北京：清華大學(xué)出版社，2003.52654武鋒，陳新建.PIC

11、單片機(jī)C語(yǔ)言開發(fā)入門.北京：北京航空航天大學(xué)出版社2005.65805夏路易，石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程.北京：北京希望電子出版社，2002.55626郭永貞.數(shù)字電子技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.32907吳國(guó)經(jīng).單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2004.651508徐泳龍.單片機(jī)原理.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.521209陸坤，奚大順.電子設(shè)計(jì)技術(shù).成都：電子科技大學(xué)出版社，1997.30552110盧勝利.智能儀器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).重慶：重慶大學(xué)出版社，2003.10515211王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)（第四版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2

12、002.21142312路秋生.常用充電器電路與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.354213廖春藍(lán).AVR單片機(jī)在測(cè)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究J.北京電子科技學(xué)院學(xué)報(bào).2007年02期1214周志敏，周紀(jì)海.充電器電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用（第二版）.北京：人民郵電出版社，2005.15K.Alexander,N.O.Sadiku.FundamentalsofelectricCircuits.北京：清華大學(xué)出版社，2000.畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一、課題研究的基本要求：智能充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制作：該充電器可以調(diào)節(jié)充電的電壓和電流并可顯示充電的電流、電壓值和充

13、電時(shí)間、并可測(cè)算出電池的內(nèi)阻（電池的好壞）、充電流可以恒定，充電時(shí)間可自動(dòng)開、關(guān)?；疽螅?、可充兩節(jié)節(jié)AA或AAA型鍥鎘（鍥氫）電池，可充鋰離子電池；2、具有過充電保護(hù)、過壓保護(hù)、反接保護(hù)、過熱保護(hù)和短路保護(hù)等多種保護(hù)功能；3、通過LCD顯示電池的節(jié)數(shù)、電池類型、電壓、充電電流、電池溫度和充電時(shí)問等多種實(shí)時(shí)信息；4、具有快充、慢充、涓流充電和放電功能；5、控制單元使用AVR系列單片機(jī)，并預(yù)留升級(jí)接口，用來(lái)更新系統(tǒng)軟件；6、通過至少三種方法提高充電器的效率。二、課題擬采用的硬件實(shí)施方案：硬件部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)電路和電源轉(zhuǎn)換器組成，如圖1所示。外部電源_電源轉(zhuǎn)操裝置1Vwto電流控制V犍盤Y

14、o電壓控制電智能單元41溫度控制Q三-池L市示裝置時(shí)間控制圖1充電器原理圖電源轉(zhuǎn)換器受AVRI片機(jī)的PW嘛沖控制，改變脈沖寬度就可以改變充電的電壓和電流，關(guān)閉脈沖輸出就可以停止充電。單片機(jī)通過總線擴(kuò)展了溫度探頭和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，可以準(zhǔn)確的檢測(cè)溫度和計(jì)時(shí)。內(nèi)置的10位ADCM以采集充電電壓和電流，并在LCD顯示器上實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)。三、課題要解決的問題：1 .充電器的智能識(shí)別功能。內(nèi)容包括：是否連接電池、連接電池的類型、電池的容量等。這些信息將影響充電器的充電方式和充電時(shí)間。2 .充電方式的算法研究。不同類型的電池需要不同的充電方式，而不同容量的電池又需要不同的充電參數(shù)，這就可以組合出很多種充電模式

15、。為了減小編程的工作量和程序的可靠性，需要對(duì)各種電池的充電特性曲線歸納成統(tǒng)一的算法。3 .AVRI片機(jī)模數(shù)接口電路的設(shè)計(jì)。AVRI片機(jī)具有內(nèi)部ADC?口PWMfo能，可以方便的實(shí)現(xiàn)模擬量的接入和控制，但在精度和速度方面不是令人滿意，經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)外部電路完全可以用在充電器電路中。4 .充電器功能設(shè)計(jì)。充電器可以調(diào)節(jié)充電的電壓和電流并可顯示充電的電流、電壓值和充電時(shí)間、并可測(cè)算出電池的內(nèi)阻（電池的好壞）、充電流可以恒定，充電時(shí)間可自動(dòng)開、關(guān)，具有過充電保護(hù)、過壓保護(hù)、反接保護(hù)、過熱保護(hù)和短路保護(hù)等多種保護(hù)功能。四、本課題擬采用的軟件設(shè)計(jì)思路：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是用AVRI片機(jī)來(lái)控制的智能充電器。根據(jù)題目

16、可以采用兩種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)：方案1是基于充電電流和充電時(shí)間的電量管理充電控制方法，這種方法可以有效的管理電池充電電量的多少，可以靈活地配置充電參數(shù)；方案2是基于實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)算好各種電池的充電特性曲線（V/C）圖，通過不斷檢測(cè)電池的電壓實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的判斷，并用查表的方法做相應(yīng)的控制，這種技術(shù)也稱為模糊技術(shù)。模糊算法以實(shí)驗(yàn)參數(shù)為基礎(chǔ)，最優(yōu)化的充電方案由編程者事先計(jì)算好，單片機(jī)只需做簡(jiǎn)單的運(yùn)算就可以實(shí)施控制，降低了開發(fā)難度。因此本設(shè)計(jì)采用方案2。程序在編譯時(shí)要確定電池類型。軟件可以進(jìn)行擴(kuò)展以支持多個(gè)電池同時(shí)充電。一個(gè)直接的方案是在進(jìn)行涓流充電時(shí)對(duì)各個(gè)電池進(jìn)行分時(shí)充電。若每個(gè)電池的電池單元數(shù)目一樣，則SLA電池和Li-Ion電池可以恒定電壓的方式并行充電。每個(gè)電池單元的充電電流是受限的，電壓也一樣。“電池特性"（bcar.h）的所有數(shù)據(jù)都根據(jù)標(biāo)度因子計(jì)算得到。這些數(shù)據(jù)在包含文件里定義，在編譯時(shí)計(jì)算，在程序運(yùn)行時(shí)以常數(shù)方式處理所有從ADC輸出的數(shù)據(jù)都可以直接與這些常數(shù)進(jìn)行比較。也就是說(shuō)，在程序運(yùn)行過程當(dāng)中不需要進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，從而節(jié)省了計(jì)算時(shí)間和程序空間。計(jì)算公式以及數(shù)據(jù)都是從“測(cè)量電路”一節(jié)獲取的。對(duì)于NiCd電池，如果電池溫度在允許范圍之內(nèi)，充電程序就會(huì)啟動(dòng)。在溫