基于a89c59的手機(jī)鋰電池?zé)o線(xiàn)充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于a89c59的手機(jī)鋰電池?zé)o線(xiàn)充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0當(dāng)前手機(jī)充電的狀況在現(xiàn)代社會(huì)，手機(jī)在人們的日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。人們可以通過(guò)手機(jī)聊天、通訊、股票投機(jī)、視頻等。手機(jī)不僅豐富了人們的生活，而且給人們帶來(lái)了問(wèn)題。如果手機(jī)不能正常的使用,那將對(duì)個(gè)人的工作、生活造成巨大的影響,甚至造成經(jīng)濟(jì)損失。一般情況下,手機(jī)能夠得到充足的電源供應(yīng),但是外出時(shí)由于手機(jī)電池電量有限,同時(shí)因?yàn)椴荒芸焖俚恼业匠潆姷膱?chǎng)所,是造成手機(jī)無(wú)法使用的最常見(jiàn)原因。而且在日常生活中,人們的生活節(jié)奏越來(lái)越快,而目前手機(jī)充電的電池使用時(shí)間普遍不是很長(zhǎng),大部分人面臨一日一充的困境,這就容易造成手機(jī)充電很難做到用盡充足的原則,給手機(jī)電池的壽命帶來(lái)?yè)p害。另外,市場(chǎng)上的手機(jī)充電產(chǎn)品良莠不齊,一些產(chǎn)品在額定電容,放電性能,安全性保護(hù)性能方面存在質(zhì)量問(wèn)題,這些質(zhì)量問(wèn)題會(huì)影響到手機(jī)的正常使用,還會(huì)影響手機(jī)的使用壽命,嚴(yán)重時(shí)還可能給消費(fèi)者帶來(lái)人身傷害。基于這樣的情況,本文提出了一種結(jié)合51單片機(jī)和智能充電芯片MAX1898的充電器軟硬件設(shè)計(jì)方案,充分利用單片機(jī)的控制能力,對(duì)手機(jī)進(jìn)行智能化的充電,同時(shí)賦予應(yīng)急充電方案,在能夠圓滿(mǎn)完成充電任務(wù)的同時(shí),又可以最大限度地去保護(hù)電池的壽命,方便人們的生活。1各組成電路該充電器主要由單片機(jī)控制電路、液晶顯示電路、手機(jī)充放電電路、機(jī)械發(fā)電裝置、太陽(yáng)能發(fā)電電路和電源電路等組成。其功能:(1)預(yù)充功能(2)充電保護(hù)功能(3)自動(dòng)斷電功能(4)充電完成提示功能。充電器原理框圖如圖1-1所示。2電池預(yù)充電過(guò)程該設(shè)計(jì)中單片機(jī)控制模塊需要提供5V電壓,手機(jī)充電電壓為4.2V,整個(gè)充電過(guò)程分為四個(gè)過(guò)程:A.預(yù)充電。如果充電開(kāi)始電池板電壓低于2.5V,則進(jìn)行預(yù)充電過(guò)程,充電電流一般是快速充電電流的10%,直至充電達(dá)到2.5V,預(yù)充電過(guò)程結(jié)束。B.恒流充電。預(yù)充電結(jié)束后即開(kāi)始恒流充電,期間電池電壓不斷上升。C.恒壓充電。當(dāng)電池上升到4.1V后轉(zhuǎn)入恒壓充電,期間充電電流不斷減小。D.充電結(jié)束。當(dāng)充電設(shè)置的時(shí)間達(dá)到或者此時(shí)充電電流小于快速充電電流的20%,則表示充電結(jié)束。有時(shí)會(huì)在延遲一段時(shí)間結(jié)束充電。2.1鋰電池充電時(shí)間的日系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)充電控制電路的核心器件是MAX1898EUB42,其充電狀態(tài)輸出引腳/CHG與單片機(jī)INT0相連,從而觸發(fā)外部中斷。MAX1898外接限流型充電電源和P溝道場(chǎng)效應(yīng)管或PNP三極管,可以對(duì)鋰電池進(jìn)行安全有效的快充,MAX1898最大的特點(diǎn)就是可以在不使用電感的情況下仍能保持很低的功率耗散,可以實(shí)現(xiàn)預(yù)充電的功能,具有過(guò)壓保護(hù)和溫度保護(hù)功能以及為鋰電池提供安全保護(hù)的功能。MAX1898芯片不僅能限制總輸入電流,還可以通過(guò)外接電容和電阻來(lái)設(shè)定快速充電時(shí)間和最大充電電流。充電時(shí)間和定時(shí)電容C(nF)的關(guān)系滿(mǎn)足:最大充電電流Imax和限流電阻rset的關(guān)系式滿(mǎn)足:系統(tǒng)充電控制電路原理圖如圖2-1所示。所用芯片MX1898引腳功能如下:MAX1898充放電電路的LED指示燈狀態(tài)說(shuō)明,如表2-2所示。本設(shè)計(jì)還提供了放電電路,雖然鋰電池沒(méi)有記憶功能,但最好隔一段時(shí)間即應(yīng)當(dāng)進(jìn)行充放電維護(hù),即充滿(mǎn)放盡,更好的維護(hù)電池,放電電路如圖2-2所示。充電實(shí)物如圖2-3。2.2單根導(dǎo)線(xiàn)的控制2.2.1單根導(dǎo)線(xiàn)的控制單片機(jī)控制電路主要由電源、A/D轉(zhuǎn)換、CPU、I/O擴(kuò)展、顯示單元模塊等構(gòu)成。單片機(jī)芯片選擇的是89c58。2.2.2集成壓電電路電源模塊為5V電源,需要進(jìn)行全波整流,具體原理為系統(tǒng)采用220V交流電對(duì)系統(tǒng)直接供電,先使用交流變壓器將220V的交流電轉(zhuǎn)換為12V的交流電,通過(guò)橋式整流電路進(jìn)行整流后,接一只1000μF/25V的電解電容和一個(gè)104的陶瓷電容,再將經(jīng)過(guò)濾波后的輸出直接接到7805集成穩(wěn)壓電路,為系統(tǒng)提供+5V的電源。供電電源電路原理圖如圖2-4所示。2.2.3tlc1543的軟件設(shè)計(jì)該模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換模塊、AT89C58和液晶顯示等模塊構(gòu)成。AD轉(zhuǎn)換模塊原理說(shuō)明:TLC1543A/D轉(zhuǎn)換模塊的電路原理如圖2-5所示。TLC1543的三個(gè)控制輸入端CS、I/OCLOCK、ADDRESS和一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端DATAOUT遵循串行外設(shè)接口SPI協(xié)議,要求微處理器具有SPI接口。由于試驗(yàn)儀的STC89C58RD+單片機(jī)沒(méi)有SPI接口,需通過(guò)軟件模擬SPI協(xié)議以便和TLC1543接口。芯片的三個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端與單片機(jī)的I/O可直接連接。軟件設(shè)計(jì)中,程序編寫(xiě)應(yīng)注意TLC1543通道地址必須為寫(xiě)入字節(jié)的高四位,而CPU讀入的數(shù)據(jù)是芯片上次A/D轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)箱采用TL431提供基準(zhǔn)電壓,TL431是三端可調(diào)電壓基準(zhǔn)芯片,具有很好的精度,輸出噪聲小,溫度穩(wěn)定性也很好,輸出電壓為:TLC1543SPI接口軟件設(shè)計(jì)流程如圖2-7所示。AT89C58單片機(jī)通過(guò)片選信號(hào)選通8155芯片,然后將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過(guò)D0~D7送8155芯片,8155芯片把輸入的地址進(jìn)行譯碼并通過(guò)PA、PB、PC口輸出。(I0/M端接單片機(jī)的P2.0腳,CE端接單片機(jī)的P3.1腳)信號(hào)采集來(lái)自充電模塊的MX1898芯片的2、3引腳CHG、EN/OK引腳,加到A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入端,A/D轉(zhuǎn)換后經(jīng)DATAOUT進(jìn)入單片機(jī)芯片AT89C58進(jìn)行處理,送至液晶延時(shí)模塊進(jìn)行顯示。2.3機(jī)械發(fā)電充電使用手動(dòng)發(fā)電,經(jīng)電路進(jìn)行變化后給充電系統(tǒng)供電。一般情況下,手機(jī)都能及時(shí)擁有足夠的電量,但是偶爾也會(huì)有找不到充電插座的尷尬,如果此時(shí)有急事要處理,往往是不方便的,因此該充電器具有機(jī)械發(fā)電的功能,在緊急情況下,能通過(guò)手搖的方式給手機(jī)電池進(jìn)行充電。機(jī)械發(fā)電部分整機(jī)采用ABS工程塑料注塑而成,通過(guò)手把轉(zhuǎn)動(dòng),齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),使小型發(fā)電機(jī)發(fā)電,空載時(shí)輸出電壓:6.3V,輸出電流0.2A,經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)母脑旖尤腚娐?為電池進(jìn)行充電。2.4手機(jī)供電模塊使用太陽(yáng)能電池板,經(jīng)電路進(jìn)行直流電壓變換后給充電系統(tǒng)供電。眾所周知,太陽(yáng)能是為數(shù)不多的清潔能源之一,合理的利用太陽(yáng)能不僅是對(duì)資源的合理利用也是對(duì)環(huán)境保護(hù)的具體體現(xiàn)。目前太陽(yáng)能電池的發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但是在手機(jī)充電方面太陽(yáng)能還沒(méi)能得到很好的開(kāi)發(fā),所以,本設(shè)計(jì)增加了能夠利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能對(duì)手機(jī)電池進(jìn)行充電的充電器。對(duì)于室外活動(dòng)者在享受陽(yáng)光的同時(shí)能夠?yàn)樽约旱氖謾C(jī)充電,對(duì)于商旅人士或者戶(hù)外活動(dòng)者在沒(méi)有插座充電的情況下能應(yīng)急。由于單片機(jī)控制電路功耗較大,在緊急供電情況下,此模塊可以單獨(dú)給手機(jī)供電?；驹韴D如2-10。太陽(yáng)能電池在使用時(shí)由于太陽(yáng)光的變化較大,其內(nèi)阻又比較高,因此輸出電壓不穩(wěn)定,輸出電流也小,這就需要用一個(gè)直流變換電路變換電壓后供手機(jī)電池充電,再通過(guò)單片機(jī)控制電路為手機(jī)充電。把太陽(yáng)能輸出端接到充電模塊的輸入端即可完成緊急充電。3實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和結(jié)果3.1keel想法編程工具和各種程序?yàn)閷?shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)充電的控制,利用工具進(jìn)行編程,項(xiàng)目主要程序由AD轉(zhuǎn)換模塊,顯示模塊組成,主要介紹如下:3.1.1程序13.1.2一些接口定義3.1.4顯示一些函數(shù)3.2系統(tǒng)編程特性設(shè)計(jì)采用STC單片機(jī)調(diào)試程序進(jìn)行下載程序,STC89系列單片機(jī)具有在系統(tǒng)可編程特性,單片機(jī)在用戶(hù)系統(tǒng)上即可下載/燒寫(xiě)程序,而無(wú)須將單片機(jī)從已生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下,再用通用編程器將程序代碼燒錄進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部。3.3識(shí)別前形狀態(tài)充電過(guò)程整體連接后進(jìn)行調(diào)試。實(shí)驗(yàn)LCD顯示主要包括:insertbattery,charging等狀態(tài),觀察結(jié)果如圖3-1所示。3.4外部電路的顯示信息如果電池?fù)p壞,充電電路板上的藍(lán)色發(fā)光二極管會(huì)以1.5Hz的頻率閃爍。4led燈及太陽(yáng)能充電過(guò)程監(jiān)控本設(shè)計(jì)主要借助所學(xué)的單片機(jī)知識(shí),研究單片機(jī)對(duì)手機(jī)充電過(guò)程的控制,通過(guò)硬件構(gòu)造,編程調(diào)試,最后實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過(guò)程的控制,包括充電提醒,充電過(guò)程監(jiān)控,充電完成提醒,應(yīng)急發(fā)電,充電保護(hù)等功能,綜合了現(xiàn)有的手機(jī)充電技術(shù),完善了充電器的使用功能。(1)充電提醒:充電提醒部分是貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)的,其中的標(biāo)志有液晶顯示器、LED燈等,當(dāng)充電開(kāi)始時(shí),電源如沒(méi)準(zhǔn)備好,則LED燈是滅的,同時(shí)顯示器屏幕也是暗的;當(dāng)充電電源準(zhǔn)備就緒時(shí),LED燈亮,但此時(shí),電池并沒(méi)有插入,顯示器顯示insertbattery,提醒使用者插入待充電的電池;插入電池后,電池開(kāi)始充電,并在顯示屏幕上顯示此時(shí)的電池兩端的電壓和正在充電字樣charging,實(shí)時(shí)監(jiān)控;當(dāng)充電結(jié)束后,LED燈會(huì)滅掉;如期間發(fā)生充電故障,LED燈會(huì)以1.5Hz的頻率閃爍?？墒钦f(shuō)這一整個(gè)充電過(guò)程都是人性的、智能的,當(dāng)然這里的智能不是傳統(tǒng)意義上的自我調(diào)節(jié),而是針對(duì)使用者而言“智能”。(2)充電過(guò)程監(jiān)控:充電過(guò)程的監(jiān)控體現(xiàn)在溫度保護(hù)、斷電、報(bào)警上。安裝好電池后,接通輸入的直流電源,當(dāng)充電器檢測(cè)到電池時(shí)將定時(shí)器復(fù)位,單片機(jī)輸入高電平,充電芯片啟動(dòng)。隨后就進(jìn)入了預(yù)充過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中充電器以快速充電電流的1/10給電池進(jìn)行充電,使電池的電壓和溫度恢復(fù)到正常充電的狀態(tài)。預(yù)充時(shí)間由外接電容C確定,如果在預(yù)充時(shí)間內(nèi)電池電壓達(dá)到2.5V,并且電池的溫度正常,則充電會(huì)進(jìn)入快充的過(guò)程;如果超出預(yù)充時(shí)間后,電池電壓還不能達(dá)到2.5V,則表明此電池不可充電,充電器顯示電池故障,LED燈閃爍。可充電的溫度2.5--47.5度,超出此溫度時(shí),電路會(huì)停止充電;同樣的,當(dāng)電池因?yàn)槎搪坊驍嗦凡豢蛇M(jìn)行充電時(shí),也會(huì)由單片機(jī)充電控制器停止充電。太陽(yáng)能、機(jī)械應(yīng)急充電:對(duì)于太陽(yáng)能充電來(lái)說(shuō),特別是在亞熱帶季風(fēng)地區(qū),光能及熱量還是比較充足的,如果人在戶(hù)外,遇到的狀況是手機(jī)電池沒(méi)電,同時(shí)又沒(méi)充電電源,若此時(shí)又處于緊急狀況時(shí),太陽(yáng)能充電就派上用場(chǎng)了,同理利用機(jī)械能發(fā)電也是如此。無(wú)論是太陽(yáng)能還是機(jī)械能,此時(shí)目前手機(jī)充電器市場(chǎng)產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊,由于各種因素,手機(jī)充電器很難統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),但發(fā)展方向是一致的。未來(lái)手機(jī)充電器我們認(rèn)為能夠與移動(dòng)電源相結(jié)合,可以進(jìn)一步優(yōu)化移動(dòng)電源的性能,完成本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的一些功能,進(jìn)而保護(hù)手機(jī)電池。此外,能源清潔度是手機(jī)充電發(fā)展的重要標(biāo)準(zhǔn),在提倡清潔能源的今天,太陽(yáng)能可以大范圍的應(yīng)用到日常生活中來(lái),在手機(jī)充電器方面比如可以利用太陽(yáng)能給移動(dòng)電源充電,這樣在天氣晴朗的時(shí)候,就可以把移動(dòng)電源拿出來(lái)曬一曬,既不影響日常生活,又充分利用能源。其次,可以通過(guò)智