-電動車智能充電系統(tǒng)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）I-摘要我國是電動車最多的國家，電動車已經(jīng)離不開我們的生活，電動車方便快捷，是人們短途出行的工具，但是續(xù)航問題一直是困擾我們的問題，很多情況下我們都需要尋找電源才能夠?qū)﹄妱榆囘M(jìn)行充電，很是不方便，因此人們希望能夠利用太陽能來為我們提供能量，在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行電動車的智能充電系統(tǒng)課題的研究。系統(tǒng)采用單片機(jī)設(shè)計，具有RFID用戶識別，充電控制電路設(shè)計，充電電流、電壓顯示，充電量計算，顯示和結(jié)算。系統(tǒng)將變壓器轉(zhuǎn)換后的電壓直接輸出到DC/DC轉(zhuǎn)換電路中，得到可以操作的電壓值，然后再通過單片機(jī)控制電路實(shí)現(xiàn)充放電電路對電動車的電池進(jìn)行充電，通過液晶來顯示系統(tǒng)的充電狀態(tài)，包括對輸出電壓和電流的檢測和顯示，保證系統(tǒng)的安全電壓，電動車智能充電器是一個閉環(huán)系統(tǒng)，通過電路將交流電能轉(zhuǎn)換成可以為電動車充電的直流電能，并設(shè)計保護(hù)電路和電壓轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化和計費(fèi)使用。關(guān)鍵詞：RFID；充電器；單片機(jī)；DC/DCAbstractChinaisthecountrywiththelargestnumberofelectricvehicles,whichcan'tbeseparatedfromourlife.Electricvehiclesareconvenientandfast,andtheyareatoolforpeopletotravelforashortdistance.However,theproblemofendurancehasalwaysbeenaproblemthatpuzzlesus.Inmanycases,weneedtofindapowersourcetochargeelectricbicycles,whichisveryinconvenient,sopeoplehopetousesolarenergytoprovideenergyforus.Onthisbasis,theresearchofintelligentchargingsystemofelectricbicycleiscarriedout.Thesystemisdesignedwithsinglechipmicrocomputer,RFIDuseridentification,chargingcontrolcircuitdesign,chargingcurrentandvoltagedisplay,chargingamountcalculation,displayandsettlement.ThesystemdirectlyoutputsthevoltageconvertedbythetransformertotheDC/DCconversioncircuittoobtainthevoltagevaluethatcanbeoperated,andthenrealizesthecharginganddischargingcircuittochargethebatteryoftheelectricvehiclethroughtheMCUcontrolcircuit,anddisplaysthechargingstateofthesystemthroughthedigitaltube,includingthedetectionanddisplayoftheoutputvoltageandcurrent,soastoensurethesafetyvoltageofthesystemandtheintelligenceoftheelectricvehicle.Thechargerisaclosed-loopsystem,whichconvertsthealternatingcurrentenergyintothedirectcurrentenergywhichcanbeusedtochargetheelectricvehicle,anddesignstheprotectioncircuitandthevoltageconversioncircuittorealizetheconversionandbillingoftheelectricenergy.Keywords：RFID；charger；MCU；DC/DC

目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1電動車充電器背景及意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3課題的設(shè)計目標(biāo) 21.4課題研究的主要內(nèi)容 3第2章系統(tǒng)設(shè)計與方案論證 52.1系統(tǒng)方案設(shè)計 52.2關(guān)鍵部件選用 62.2.1主控芯片的選擇 62.2.2A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇 72.2.3數(shù)據(jù)顯示模塊的選擇 82.2.4電壓電流采集芯片的選擇 92.3開關(guān)電源控制方式的選擇 102.4開關(guān)電源器件的選擇 112.4.1MOSFET的選擇 112.4.2電感的選擇 112.4.3濾波電容的選擇 122.4.4二極管的選擇 12本章小結(jié) 13第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 143.1單片機(jī)控制電路設(shè)計 143.2DC-DC電路設(shè)計 153.3系統(tǒng)外圍電路設(shè)計 163.3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 163.3.2液晶顯示電路設(shè)計 173.3.3電壓電流采樣電路設(shè)計 173.3.4UC3843調(diào)節(jié)電路設(shè)計 183.3.5RFID電路設(shè)計 193.3.6單片機(jī)電源設(shè)計 20本章小結(jié) 20第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 214.1系統(tǒng)主程序設(shè)計 214.2模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計 224.3顯示程序設(shè)計 234.4充放電控制程序設(shè)計 24本章小結(jié) 24第5章系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試 255.1電池充放電調(diào)試 255.2整機(jī)調(diào)試 25本章小結(jié) 26結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29附錄1電路圖 30第1章緒論1.1電動車充電器背景及意義進(jìn)入現(xiàn)代，人類的經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展迅速，科技也日新月異，各類電子產(chǎn)品層出不窮，各類取代人類勞動力的機(jī)器也越來越發(fā)達(dá)，包括汽車在內(nèi)，越來越多的能源產(chǎn)品也開始轉(zhuǎn)而使用清潔高效的能源，也有越來越多的人開始倡導(dǎo)新能源的使用，這就是電能，最近幾年新能源汽車站在了時代的風(fēng)口浪尖，它的低排放十分可觀，且續(xù)航能力也可以滿足城市內(nèi)的使用，而且相對于其他方式來講，成本要低一些，也有越來越多的電動汽車產(chǎn)品走進(jìn)我們的生活，影響著我們的生活，而這些電能都來源于電池鋰電池等，沒有充電設(shè)備很多設(shè)備就無法長時間連續(xù)的工作，它是電能和電池之間的紐帶，因此，電池的充電技術(shù)和管理技術(shù)也越來越被重視，很多重要行業(yè)都需要以電池為基礎(chǔ)，例如電力、通訊、交通等，它的作用已經(jīng)廣泛應(yīng)用到很多重要的領(lǐng)域中，雖然電池的充放電裝置很早就開始研究了，但是，隨著積水不斷進(jìn)步和不能領(lǐng)域、設(shè)備的需求，基于電池的各種設(shè)備也開始更新?lián)Q代，因此，電池的充放電技術(shù)是一個重要的領(lǐng)域，通過各種技術(shù)的結(jié)合，使得系統(tǒng)具有更高的效率和更好的性能，有些設(shè)備使用的是由電池組，將很多的電池串聯(lián)起來，組成電池組來為設(shè)備供電，這就涉及到電池的統(tǒng)一性，也會考驗(yàn)充電裝置的穩(wěn)定性，一旦充電設(shè)備發(fā)生問題就很可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)性能下降甚至崩潰，還有一些設(shè)備也用到了基于電池的供電系統(tǒng)，其實(shí)這也是電池充放電系統(tǒng)的擴(kuò)展或者改進(jìn)，因此研究好電池的充放電是為設(shè)備設(shè)計供電模塊的基礎(chǔ)，因此，在各類環(huán)境、指標(biāo)各不相同的背景下，研究電池充放電技術(shù)可以更好的服務(wù)于設(shè)備。我國定義的新能源包括很多種類，包括風(fēng)能，水能太陽能，其中太陽能只能在白天才可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，風(fēng)能水能則需要特定的場景和環(huán)境，相比之下，風(fēng)能水能更適合企業(yè)發(fā)電，因?yàn)樗募茉O(shè)成本高，需要在風(fēng)量比較大或者水量比較豐富的地方才可以運(yùn)營，而太陽能只需要有陽光直射的地方就可以，因此對環(huán)境的要求較低，同時也方便使用，綜合考慮，太陽能將成為新能源中重點(diǎn)發(fā)展的能源，同時這種能源也很符合國家的戰(zhàn)略方針，有電能的地方就離不開能量的轉(zhuǎn)換和存儲，就離不開儲能器件，蓄電池作為高效的儲能器件長期備受青睞，而本課題就是通過對蓄電池的充放電過程的研究來使其能應(yīng)用到各種場合和設(shè)備中，使各家各戶都可以用上綠色高效的能源，同時降低成本和復(fù)雜性，設(shè)計一個穩(wěn)定的充放電系統(tǒng)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀能源無國界，無論是當(dāng)今社會的哪個國家都需要能源來驅(qū)動，我國地廣人多，雖然礦產(chǎn)資源、石油資源等資源豐富，但是人口基數(shù)大，平均到每個人身上所剩不多，再加上能源使用所帶來的污染，環(huán)境日益惡化，因此，新能源也備受矚目，很多國家也早就開始了對新能源的研究和利用，其中蓄電池的應(yīng)用和管理是一個細(xì)分領(lǐng)域，蓄電池的自動化監(jiān)測系統(tǒng)等就是基于這種需求，在監(jiān)測系統(tǒng)中，以蓄電池為核心，對其進(jìn)行過/欠壓監(jiān)測，過/欠流監(jiān)測等，保證蓄電池的工作狀態(tài)，這個階段主要是研究對單體蓄電池進(jìn)行監(jiān)測，測定的參數(shù)有電壓，電流，內(nèi)部溫度等。國內(nèi)研制并投產(chǎn)的ZXJ24/2-1型蓄電池組智能監(jiān)測儀，采用浮動地技術(shù)測量蓄電池組中各單體電池電壓，測量結(jié)果比較準(zhǔn)確，但也存在模擬開關(guān)切換以及各器件的不一致性問題對浮動地的電位的影響，從而使測量結(jié)果偏差加大。美國BMS（BatteryMonitoringSystem）電池充電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展于電力應(yīng)用工業(yè)。1989年，美國電力研究所與國家電能研究公司合作，共同研究了無人值守場站（PBWC）電池充電裝置綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。經(jīng)過4年的研究與開發(fā)，耗資200萬美元，于1994年完成樣機(jī)的現(xiàn)場試驗(yàn)。測定的參數(shù)包括：電池組電壓、單體電壓、（浮充電）維持電流、電池內(nèi)部溫度、電池組環(huán)境溫度、電解液比重、電解液液面高度以及電極利用情況等。韓國的科學(xué)家們研究光伏系統(tǒng)中的蓄池狀態(tài)的監(jiān)測。鉛酸蓄電池作為獨(dú)立光伏系統(tǒng)的能量的儲存設(shè)備，可防止過度放電和過度充電，對延長整個系統(tǒng)的服務(wù)壽命非常重要。蓄電池組的監(jiān)測內(nèi)容有：單電池電壓、電池組電壓、通過電池組的電流及電解液的比重等。他們采用了一種“電流中斷技術(shù)”，以測量電池組充電時電池的內(nèi)部電阻。根據(jù)單電壓和電流的關(guān)系，通過連續(xù)測量內(nèi)部電阻以監(jiān)測電池的老化趨勢。1.3課題的設(shè)計目標(biāo)本次設(shè)計的目標(biāo)是通過智能充電系統(tǒng)為電動車的電池進(jìn)行充電，這種智能充電系統(tǒng)簡單易用，可以滿足多種環(huán)境下的使用，并提高系統(tǒng)的可靠性、抗擾性，為設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。因此在對變壓器輸入的電壓進(jìn)行處理時，系統(tǒng)必須要提供穩(wěn)定的電壓，因此，本設(shè)計采用BUCK-BOOST開關(guān)電源電路，通過開關(guān)電源電路輸出穩(wěn)定的24V電壓，同時設(shè)計還帶有24V的輸出電路，24V電壓經(jīng)過穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成單片機(jī)工作的電壓。在系統(tǒng)中單片機(jī)是整體的控制中心，控制信號根據(jù)電源電路的回饋信號產(chǎn)生，在電池的充電過程中，通過與理想曲線做對比，調(diào)節(jié)占空比，使充電曲線達(dá)到最好的狀態(tài)，單片機(jī)電路負(fù)責(zé)輸出控制信號，同時接收前端傳感器檢測的電壓值和電流值，通過液晶顯示模塊和指示燈來表達(dá)系統(tǒng)的狀態(tài)，系統(tǒng)還帶有過壓保護(hù)電路，短路保護(hù)電路，通過這些電路對整個系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和控制，達(dá)到保護(hù)電動車充電器和電池的目的。這種智能電動車充電器與普通的充電器相比，它更加穩(wěn)定，同時可以滿足大部分用戶的需求，充分利用單片機(jī)的智能性，設(shè)有完備的電壓電流檢測保護(hù)電路，并通過顯示電路顯示電路狀態(tài)，通過開關(guān)電源可以保證電路輸出，為電動車對的電池提供電源。為了方便用戶，還可以通過系統(tǒng)的顯示裝置了解當(dāng)前充電的電壓，電流，充電量以及所產(chǎn)生的的費(fèi)用，通過RFID模塊來進(jìn)行收費(fèi)，使人們能夠更方便的為電動車充電。系統(tǒng)分為兩部分，每個部分實(shí)現(xiàn)不同的功能，一個是以電源電路為核心的充放電電路，另一個是傳感器和單片機(jī)組成的控制電路，包括對電壓電流的采集，控制電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、傳遞，電源開關(guān)芯片的的控制，模擬量數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，通過程序的控制等，通過這些電路的實(shí)現(xiàn)智能充電系統(tǒng)。1.4課題研究的主要內(nèi)容本課題設(shè)計了一種基于單片機(jī)的電動車充電器系統(tǒng)，對系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和軟件編程，實(shí)現(xiàn)了對電動車電池充放電的控制，一共分為兩部分電路，每個部分電路又由子電路構(gòu)成，最終實(shí)現(xiàn)課題目標(biāo)。同時為了滿足電池的充電曲線，本文將對電池的充放電過程進(jìn)行深入分析，保證電池壽命和安全性的同時，高效的對電池進(jìn)行充電。課題中通過控制充電電源對24V/5AH的電池進(jìn)行充放電，同時設(shè)計有過/欠壓保護(hù)電路，過/欠流保護(hù)電路，還有顯示電路等，通過程序?qū)@些子電路進(jìn)行編程，其實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。1.通過主電路對電池進(jìn)行各個階段的充電；2.當(dāng)電池電壓高于26.4V，自動關(guān)斷負(fù)載和充電電路；4.通過液晶電路和串口電路對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和傳輸；5.設(shè)計過壓欠壓保護(hù)電路，過流保護(hù)電路，保證電路的可靠性；6.通過單片機(jī)進(jìn)行輸出信號控制電源轉(zhuǎn)換電路改變輸出電壓，提高系統(tǒng)靈活性。第2章系統(tǒng)設(shè)計與方案論證首先確定系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和功能，再通過方案論證來對系統(tǒng)中所需的器件和模塊進(jìn)行選型，通過方案的對比選擇合適的型號和模塊，并對其性能和電路進(jìn)行分析，調(diào)節(jié)參數(shù)使其符合設(shè)計要求融合在系統(tǒng)中，通過第二章的器件選型來完成系統(tǒng)的各個組成部分。2.1系統(tǒng)方案設(shè)計本設(shè)計主要有DC/DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)的控制電路、電壓電流采集電路、顯示電路，穩(wěn)壓電路等幾部分組成，交流轉(zhuǎn)換電路在系統(tǒng)中將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，DC開關(guān)電源電路將波動的電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓，并初步將電壓轉(zhuǎn)換成所需的電壓，調(diào)壓電路由電源管理芯片和MOS管組成，它們將可控制電壓的輸出，單片機(jī)輸出電壓與基準(zhǔn)電壓做比較，改變芯片的脈沖輸出，從而間接的控制電源電路。A/D轉(zhuǎn)換電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片組成，它主要是對輸出的電壓電流進(jìn)行采集和反饋，并將采集到的電壓發(fā)送給單片機(jī)完成對電壓的采集和轉(zhuǎn)換，作為開關(guān)電源的輸入電壓，經(jīng)過開關(guān)電源的降壓作用，輸出一個可以為電動車電池供電的電壓，再經(jīng)過單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)對電壓的轉(zhuǎn)換和監(jiān)控，在系統(tǒng)中開管電源需要實(shí)現(xiàn)電壓的降壓，因此需要明確開關(guān)電源的輸入和輸出，根據(jù)電壓值選出MOS管和合適的電阻電容等器件，計算出數(shù)值后，在對單片機(jī)電路和外圍電路進(jìn)行設(shè)計，包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)，供電電路，采集電路，轉(zhuǎn)換電路等電路，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電路的控制和檢測，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，對電動車的電池實(shí)現(xiàn)充電，達(dá)到智能充電器的功能，總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)首先通過變壓器和整流橋等裝置對交流電進(jìn)行初步的轉(zhuǎn)換，這時電路輸出的電壓并不穩(wěn)定，它的電壓會隨著交流紋波的變化而發(fā)生波動，因此，在這里加了一個開關(guān)電源電路，開關(guān)電源電路先初步的對電壓進(jìn)行改造，改造后輸出的電壓為24V，再經(jīng)過濾波電容進(jìn)行輸出濾波，就可以得到穩(wěn)定的電壓了。系統(tǒng)中的單片機(jī)主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和輸出電壓的控制，首先單片機(jī)通過A/D芯片采集輸出電壓，并將采集到的信息發(fā)送給單片機(jī)，例如單片機(jī)檢測到輸出電壓為24.5V，液晶則顯示24.5V的電壓，A/D轉(zhuǎn)換芯片的前一級需要通過轉(zhuǎn)換芯片來對電壓和電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的模擬量發(fā)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，最終將轉(zhuǎn)換值發(fā)送給單片機(jī)，系統(tǒng)通過這些電路實(shí)現(xiàn)了交流市電的轉(zhuǎn)換并經(jīng)過系統(tǒng)的控制轉(zhuǎn)換成可以為電動車充電的系統(tǒng)。2.2關(guān)鍵部件選用2.2.1主控芯片的選擇方案一：采用STC89C51單片機(jī)作為主控芯片。它常用于簡單的嵌入式系統(tǒng)中，可以滿足大部分中低端設(shè)備的要求。方案二：采用MSP430F149單片機(jī)。這種單片機(jī)是16位的單片機(jī)，而且芯片內(nèi)配置12位ADC，不需外接ADC，但它的價格比較貴，封裝不利于焊接，在某種程度上延長了開發(fā)時間。方案三：采用STC12系列單片機(jī)。STC12系列單片機(jī)片內(nèi)資源豐富，功能強(qiáng)大，自帶內(nèi)部ADC，常用于嵌入式開發(fā)?？紤]到智能充電系統(tǒng)系統(tǒng)需要用到外部ADC，傳感器，液晶顯示等功能，因此需要多個I/O口，這種ADC的價格適中，性能也可以滿足課題的需求，因此選擇STC89C51作為智能充電器的控制芯片。1.芯片介紹：STC89C51單片機(jī)可以保存4K的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)可多次擦除，供電電壓低、性能好，采用CMOS電平，是現(xiàn)在流行的8位微處理器。它的內(nèi)部的只讀存儲器連續(xù)擦除后，只能擦除100次左右。不同作用的功能電路被集成在8位的CPU內(nèi)部，而且內(nèi)部還帶有存儲器，存儲器被嵌入到芯片中。STC89C51是效率很高的8位的微型控制器。這種STC89C51單片機(jī)在應(yīng)用中為很多的嵌入式系統(tǒng)的用戶提供了合理、高效，性價比很高的方案。2.主要特性：（1）完全可以兼容51系列單片機(jī)各種指令。（2）內(nèi)部有4KB的FLASH存儲器。（3）可以反復(fù)擦寫程序次數(shù)達(dá)1000次，內(nèi)部數(shù)據(jù)可長時間保留。（4）標(biāo)準(zhǔn)的工作電壓：4.0-5.5V之間均可以。（5）完全的靜態(tài)穩(wěn)定工作的頻率范圍：0HZ-33MHz。（6）內(nèi)部有128×8B的RAM，4×8個I/O口，T0和T1兩個16位的定時器/計數(shù)器，而且內(nèi)部還帶有5個中斷。（7）空閑工作狀態(tài)和掉電工作狀態(tài)：單片機(jī)使用的是內(nèi)部的振蕩器和時鐘計數(shù)電路。2.2.2A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇方案一：使用ADC0809轉(zhuǎn)換芯片，它可以支持8路模擬量的輸入，并對輸入口逐個的進(jìn)行檢測和轉(zhuǎn)換，它的精度可以達(dá)到1/256的單位電壓，單片機(jī)通過8個數(shù)據(jù)口與轉(zhuǎn)換芯片相連接，且輸入的電壓不能超過5V，在AD芯片中，ADC0809的輸入通道可以滿足大部分的系統(tǒng)。方案二：使用TLC2543轉(zhuǎn)換芯片，它通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對模擬量的轉(zhuǎn)換，控制精準(zhǔn)，可以分辨10mV的模擬電壓，轉(zhuǎn)換速度快，精度高，有很高的采樣和轉(zhuǎn)換速度，耐高溫高壓等特點(diǎn)。方案三：ADC0832也是8位的模擬轉(zhuǎn)換芯片，相比于其他轉(zhuǎn)換芯片，它占用的單片機(jī)的IO資源比較少，有兩路的模擬量輸入，通過IIC的方式很大偏激相連接，可以輸入單個模擬量也可以實(shí)現(xiàn)模擬量的差分輸入，根據(jù)不同的情況進(jìn)行選擇，使用方式比較靈活。綜合上述，智能充電系統(tǒng)需要高精度，性價比高的轉(zhuǎn)換芯片，而逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換既照顧了轉(zhuǎn)換速度，又有具有一定的精度，根據(jù)系統(tǒng)的需求，ADC0832能滿足要求同時節(jié)省了單片機(jī)的I/O資源，價位便宜，電路簡單，通過ADC0832對輸出電壓進(jìn)行采集，并將采集后的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)再根據(jù)ADC0832發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷后在進(jìn)行下一步的操作，因此這里選用的是ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。1.芯片主要特性：（1）可以檢測到1/256單位電壓；兩個輸入端；（2）與單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)電平兼容；（3）直流5V電壓供電；（4）最小轉(zhuǎn)換時間32us；（5）可以實(shí)現(xiàn)差分輸入；（6）工作溫度0-70。2.芯片引腳說明：（1）CS：低電平使能芯片；（2）CH0：模擬量輸入通道0；（3）CH1：模擬量輸入通道1；（4）DI：控制通道的選擇；（5）DO：數(shù)據(jù)輸出。2.2.3數(shù)據(jù)顯示模塊的選擇方案一：采用LED液晶動態(tài)掃描，LED液晶價格適中，不能顯示比較多的數(shù)字時液晶的使用必然會增多，連線方面會很麻煩，編程上也會相應(yīng)的復(fù)雜，因?yàn)槭菕呙璧姆绞剑孕÷时容^低，功耗較大，而且液晶無法顯示漢字，直觀顯示數(shù)字是它的優(yōu)勢。方案二：采用點(diǎn)陣式液晶顯示，點(diǎn)陣式液晶是由八行八列發(fā)光二級管組成，在很多場合可以看到這種顯示方式，點(diǎn)陣顯示在文字上有優(yōu)勢，但顯示數(shù)字存在一定的劣勢，并且體積比較大，需要將點(diǎn)陣組合起來才可以顯示多行內(nèi)容，不夠直觀，比較適合大型系統(tǒng)的顯示。方案三：采用LCD1602，它可以顯示兩行的字符或數(shù)字，與液晶顯示相比，再直觀程度上和亮度清晰度上都存在和多優(yōu)勢，并且現(xiàn)在液晶顯示已成為主流，被人們普遍接受，符合大眾口味。并且LCD1602可以顯示多種字符和漢字，給人一種簡約得體的感覺，可以很直觀的觀察到顯示的數(shù)據(jù)。智能充電裝置需要對電壓，電流，電能，費(fèi)用等進(jìn)行顯示，通過對比，我們選用LCD1602作為我們的顯示模塊，這樣可以直觀的了解到系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)和數(shù)據(jù)參數(shù)。1、模塊主要特性：（1）顯示容量：16×2個字符；（2）芯片工作電壓：4.5~5.5V；（3）工作電流：2.0mA(5.0V)；（4）模塊最佳工作電壓：5.0V。2、模塊引腳符號說明：（1）VSS：電源地；（2）VDD：電源正極；（3）VL：液晶顯示偏壓；（4）RS：數(shù)據(jù)/命令選擇；（5）R/W：讀/寫選擇；（6）EN：使能信號；（7）D0~D7：數(shù)據(jù)；（8）BLA、BLK：背光源正極負(fù)極。2.2.4電壓電流采集芯片的選擇方案一：采用LM358運(yùn)算放大器，這種放大器常用于組合成各種放大電路，放大倍數(shù)可以通過電路中的反饋電阻可調(diào)，容錯率較高，內(nèi)部有兩個獨(dú)立的高增益的雙運(yùn)放，還可以使用雙電源或者單電源，增益范圍較大，可以組成多種不同的功能電路，但是缺點(diǎn)是電壓飄移較大，容易受到影響。方案二：采用MAX471專用運(yùn)算放大器，它是專用的電流傳感放大器，內(nèi)部有35mΩ的精密電阻，適用于電流較大的場合，通過輸出電阻將電流轉(zhuǎn)換成電壓，現(xiàn)對于其他運(yùn)放來講，它更適合于對電流的采樣和轉(zhuǎn)換，雖然電路不夠豐富，但是卻很適用于電流的采集。根據(jù)實(shí)際的需求，我們選用MAX471運(yùn)算放大的芯片，通過專用的芯片和對應(yīng)的電路來實(shí)現(xiàn)電流的采集，將電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后在通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，達(dá)到一個檢測電路電流的目的，本課題中電壓充電端的電流為3A，普通的運(yùn)放無法承受，因此選用MAX471芯片來進(jìn)行信號的放大和轉(zhuǎn)換。1.芯片主要特性：（1）通過電流取樣，內(nèi)置電阻；（2）電流轉(zhuǎn)換比(IOUT/ILOAD)為500μA/A；（3）在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和常溫下測量精度達(dá)到2%；（4）專用于電池的充放電電路的測量；（5）測量的最大電流可以達(dá)到3A，功耗為18微安；（6）供電電壓3-36V。2.芯片引腳說明：（1）SHDN：集電極開路輸出端；（2）RS+：內(nèi)部取樣電阻的電源端（3）GND：電源地；（4）SIGN：OC門輸出端；（5）RS：內(nèi)部取樣電阻的負(fù)載端；（6）OUT：電流輸出端。2.3開關(guān)電源控制方式的選擇方案一：系統(tǒng)由Buck-Boost模塊實(shí)現(xiàn)將壓任務(wù)，開關(guān)電源電路所需PWM信號的由UC3843和外圍電路提供，經(jīng)運(yùn)算后通過單片機(jī)和外圍電路改變占空比調(diào)整模塊工作狀態(tài)。該方案電路最簡單，控制靈活，芯片的性價比較高，通過外圍的器件就可以實(shí)現(xiàn)方波的輸出，保證系統(tǒng)的高效率。方案二：通過NE555產(chǎn)生PWM控制信號，通過反饋電路來實(shí)現(xiàn)輸出，單片機(jī)對系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行切換，并顯示出占空比的大小，電路簡單實(shí)用，但是容易產(chǎn)生毛刺，需要匹配電阻和電容的大小，對回饋信號要求較高。方案三：使用單片機(jī)提供信號來控制開關(guān)電源，單片機(jī)通過內(nèi)部的定時器來產(chǎn)生一定帶寬的PWM波，通過更改程序可以實(shí)現(xiàn)不同占空比的輸出，但是單片機(jī)的驅(qū)動能力有限不能直接與控制電路相連接，需要外接驅(qū)動電路，這樣就增加了電路的復(fù)雜性。通過方案論證，這里我們是的UC3843控制器，通過UC3843來輸出PWM控制主電路的開關(guān)管。1.芯片主要特性：（1）內(nèi)部有微調(diào)電路，占空比更加準(zhǔn)確；（2）頻率可以達(dá)到500KHz；（3）可實(shí)現(xiàn)特定脈寬脈沖輸出；（4）欠壓時候可以鎖定；（5）啟動電壓低。2.芯片引腳說明：（1）補(bǔ)償引腳：放大誤差，補(bǔ)償電壓；（2）電壓反饋：采集輸出；（3）電流取樣：采集電流；（4）RT/CT：調(diào)節(jié)占空比；（5）GND、VCC：直流供電；（6）輸出：與MOS管的控制極連接在一起，直接對其進(jìn)行控制；（7）Vref：它通過電阻RT向電容CT提供充電電流。2.4開關(guān)電源器件的選擇2.4.1MOSFET的選擇功率MOSFET的內(nèi)阻比較小，這樣大電流經(jīng)過MOS管后，在MOS管上損失的能量就不會很多，而且，它的負(fù)載能力很強(qiáng)，同時驅(qū)動?xùn)艠O的電壓必須要在MOS管的驅(qū)動電壓范圍內(nèi)，這樣才能保證控制芯片對柵極的驅(qū)動效果，才能使得電能在規(guī)定的時間內(nèi)對電感、電容進(jìn)行充放電，流經(jīng)MOS管的電流理論平均值：ID=TOFF?IO/T=IO?VO/Vi≈5A（2-1）所以，MOSFET應(yīng)選用平均電流大于10A、電壓大于50V的開關(guān)管，根據(jù)需求，我們選擇常用的IRL2703開關(guān)管。一.性能參數(shù)：1.極性為P溝道；2.漏極電流，Id最大值為18A；3.加載電壓最大為200V；4.Vgs最高電壓為4V；5.功耗：150W；6.Idm脈沖電流：72A。2.4.2電感的選擇在升壓電路中，如果電感內(nèi)的能量小于臨界電感的能量，則通過電感的電流iL不能連續(xù)，會造成開關(guān)管和二極管的兩側(cè)出現(xiàn)電壓的跳變，這中跳變會導(dǎo)致輸出電壓中產(chǎn)生紋波，對供電系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，同時輸出的電壓調(diào)整率也會受到影響，為了防止這種情況的出現(xiàn)，儲能電感的感值需要大于臨界電感值，通常要大1.3倍左右，根據(jù)臨界電感的定義可知，如果電感值和臨界電感值相等，在開關(guān)管截止期間，iL卻由iLmax下降到零，電流的輸出會間斷，流過儲能電感的電流iL的平均值IL正好是其峰值電流iLmax的一半。（2-2）L＝Lmin，IL0=0，根據(jù)電荷守恒定律，電路運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)，儲能電感在開關(guān)管Q截止期間釋放的電荷量=一個周期內(nèi)的電荷總量，因此可知：（2-3）取Io=2A，toff=（1-0.4615）T，代入公式3-2，得出L≈33mH。2.4.3濾波電容的選擇在DC/DC電路中，二極管截止時(即ton期間)，電容C放電，Vout下降；而二極管導(dǎo)通時(即toff期間)，電容C充電，Vout上升，同時要求輸出的最大電流為2A，最大電壓為12V，所以輸出最大功率約為24W，按照電路效率為80％計算。可得整個電路輸入的功率約為30W。電路自身功率達(dá)12W，根據(jù)P=Vout/R，可求得整流濾波電路的等效負(fù)載電阻R≈4歐姆，濾波電路的基波周期10mS，按一般要求，濾波電路的時間常數(shù)τ＝C×R＝30mS～50mS，所以，濾波電容C選用470μF/50V和22μF/50V并聯(lián)。2.4.4二極管的選擇二極管的選擇：二極管要采選用正向降低電壓的二極管，而且二極管的恢復(fù)時間要很短，具有反向恢復(fù)能力，這里我們選用回恢復(fù)時間很短的二極管，它的恢復(fù)時間為60us以下、耐壓值在40V以上管。它是一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件，可大幅降低開關(guān)損耗并提高開關(guān)頻率。實(shí)際電路中選用MUR410。它的耐壓為40V，平均電流3A，輸入電壓有用效值為28V。本章小結(jié)本章主要是對系統(tǒng)的各個子電路的芯片或者模塊進(jìn)行選型，通過方案的論證，選擇適合于系統(tǒng)的器件，并分析器件的特性，使系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定，包括系統(tǒng)的主控芯片，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，顯示模塊，電壓電流檢測芯片都在本章中進(jìn)行了論證和分析，選擇了芯片的具體參數(shù)和型號，了解芯片的使用條件和主要的性能參數(shù)，并對芯片的引腳功能進(jìn)行學(xué)習(xí)，為電路的設(shè)計做準(zhǔn)備工作。

第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1單片機(jī)控制電路設(shè)計在智能充電器系統(tǒng)中，單片機(jī)主要負(fù)責(zé)控制A/D采集和電源芯片UC3843的控制，液晶顯示等幾部分電路，在A/D采集中，單片機(jī)先通過程序?qū)/D芯片進(jìn)行初始化，然后通過使能和控制啟動采集，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，液晶的顯示也是通過控制單片機(jī)引腳的高低電平來選擇液晶的段選。在單片機(jī)最小系統(tǒng)中，必不可少的電路就是復(fù)位電路和時鐘電路，時鐘電路負(fù)責(zé)為單片機(jī)提供脈沖，單片機(jī)通過對脈沖計數(shù)來計算時間，一般來說晶振選擇12MHz，因?yàn)橐粋€機(jī)械周期為1/12時鐘周期，使用12MHz的晶振，則一個機(jī)械周期正好為1us，因此，使用這種晶振，系統(tǒng)的演示更加精準(zhǔn)。還有一個重要的電路為復(fù)位單路，復(fù)位電路通過給單片機(jī)的9腳輸入低電平，來觸發(fā)的單片機(jī)的重啟，單片機(jī)重啟后，程序?qū)⒅匦逻\(yùn)行。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3-1所示。圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)的芯片分為直插和貼裝兩種封裝，這里我們使用的是直插封裝，一共有40個引腳，32個IO口，時鐘電路中晶振并聯(lián)的兩個電容的大小，對振蕩頻率有微小影響，它們會對頻率產(chǎn)生頻率微調(diào)，電容可以在20～40pf之間選擇，此次設(shè)計使用22pf。復(fù)位電路由220uF電容串聯(lián)10K電阻構(gòu)成，復(fù)位引腳連入高電平，這個高電平必須保持一定的時間才能被單片機(jī)判斷出來，這個時間需要對電容計算得出的值來決定。在實(shí)際的電路中，單片機(jī)接收到RST腳的高電平，并這個電平需要持續(xù)24個時鐘周期就可以把單片機(jī)復(fù)位復(fù)位，因此，適當(dāng)設(shè)定電阻電容的取值就可以得到可靠的復(fù)位。3.2DC-DC電路設(shè)計開關(guān)電源采用Buck-Boost拓?fù)?，因?yàn)樘柲艿妮敵鍪强赡軙驗(yàn)樘鞖獾仍虍a(chǎn)生浮動，因此使用Buck-Boost拓?fù)洌妮敵鰹楣潭ǖ?2V電壓，輸入可以在10-15V之間浮動。負(fù)載是電動車的電池，需要輸出電壓為12V。因此需要確認(rèn)電路中的器件和器件的參數(shù)，包括對MOS管的選擇，二極管耐壓耐流的選擇，電感感值，電容容值等，根據(jù)輸入的電壓選擇合適的太陽能電池板，使其輸出在10-15V之間。首先通過太陽能電池板吸收太陽能的光和熱將其轉(zhuǎn)換成電能，然后在通過開關(guān)電源將電能轉(zhuǎn)換成電池可以使用的電壓，可以將太陽能電池板輸出的電壓接入到開關(guān)電源的降壓電路的輸入端。計算負(fù)載電阻時，根據(jù)它的輸出電壓12V，輸出電流為3A左右，再由歐姆定律計算，可得負(fù)載電阻值為0-4Ω，負(fù)載電阻為0Ω時，電路空載，負(fù)載電阻為4Ω時，電路滿載，Buck-Boost拓?fù)淙鐖D3-2所示。圖3-2開關(guān)電源拓?fù)潆娐穼τ贛OS管的選擇，如果MOS管被關(guān)斷，電路中的能量沒有得到釋放，經(jīng)過二極管進(jìn)行重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)續(xù)流的作用，這時MOS管的兩極加載的最大電壓可以達(dá)到30V，如果PWM波的占空比是1，MOS管內(nèi)流過的最大電流為1A，因此，選擇的MOS管的連續(xù)電流要大于1A，這樣才能保證MOS管不會被大電流燒毀，而且MOS管的反向的擊穿的電壓也要大于24V，通常我們使用的普通MOS管都可以滿足參數(shù)，因此選擇性價比和質(zhì)量較高的MOS管。電源電路中使用的二極管需要承受12V的反向的電壓，電流最大時為3A，因此在考慮電路設(shè)計時，不僅要考慮到MOS管的電壓電流值，還要考慮相關(guān)的二級管的電壓和電流值，通過計算可以確定二極管的型號，電感的取值通過第二章已經(jīng)計算。通過開關(guān)電源電路實(shí)現(xiàn)了對電壓的轉(zhuǎn)換，保證了系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。3.3系統(tǒng)外圍電路設(shè)計3.3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計單片機(jī)通過控制A/D轉(zhuǎn)換器的地址選擇來選擇需要使用的輸入引腳，A/D轉(zhuǎn)換器也允許所有的輸入通道同時使用，不同時的輸入，這樣一來，可以節(jié)約單片機(jī)的引腳，還可以增加模擬量的輸入數(shù)量，可以高效的提高換速度。單片機(jī)控制A/D的地址段，輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)來選擇輸入通道，而轉(zhuǎn)換的結(jié)果也可以直接與單片機(jī)相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。在系統(tǒng)中ADC0832主要是對電壓電流進(jìn)行采集，雖然ADC0832有兩個通道并且支持差分采集，但這里只需要單個通道進(jìn)行電壓采集。首先單片機(jī)的P1.6與ADC0832的CS引腳相連，通過發(fā)出低電平來使能ADC0832，使能后，ADC0832開始進(jìn)行采樣、保持、量化、編碼，并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)。CH0與系統(tǒng)的電壓輸出端相連接，對輸出的電壓進(jìn)行實(shí)時的采集，CH1對輸出的電流進(jìn)行實(shí)時采集轉(zhuǎn)換，CLK、DO、DI分別與單片機(jī)的P2.2、P2.3、P2.4相連接，單片機(jī)通過發(fā)送指令給ADC0832來對其進(jìn)行控制。芯片供電為5V，因此它采集的電壓不能超它他的供電電壓，只能在0V-5V之間。ADC0832的電路連接圖如圖3-3所示。圖3-3ADC0832電壓采集電路3.3.2液晶顯示電路設(shè)計顯示部分使用的是目前應(yīng)用較多的LCD1602，它可以顯示顯兩行字符和數(shù)字，通過單片機(jī)的并行口連接，外部可以通過一個電位器進(jìn)行對比度的調(diào)節(jié)，而且驅(qū)動方便，不需要外加控制電路，使用方便，數(shù)據(jù)表達(dá)直觀，工作電壓一般為4.5-5.5V，本設(shè)計中采用4.5V電源，工作電流2mA，容量16×2個字符。整體電路如圖3-4所示。圖3-4液晶顯示電路LCD1602的基本操作分為四種：1、讀狀態(tài)：輸入RS=0，RW=1，E=高脈沖。輸出：D0—D7為狀態(tài)字。2、讀數(shù)據(jù)：輸入RS=1，RW=1，E=高脈沖。輸出：D0—D7為數(shù)據(jù)。3、寫命令：輸入RS=0，RW=0，E=高脈沖。輸出：無。4、寫數(shù)據(jù)：輸入RS=1，RW=0，E=高脈沖。輸出：無。3.3.3電壓電流采樣電路設(shè)計系統(tǒng)的電壓通過分壓電阻進(jìn)行檢測，電流則通過專業(yè)用的芯片來進(jìn)行，MAX471是電流-電壓型運(yùn)算放大器，是專用的電流檢測芯片，他通過在被測電路串聯(lián)一個小電阻進(jìn)行I-V的轉(zhuǎn)換，然后在經(jīng)過差分放大電路實(shí)現(xiàn)小電壓放大的方法，在本次設(shè)計中，要求能夠檢測出電池兩端的電壓和電路中的電流，電壓要求檢測到小數(shù)點(diǎn)后一位即可，因此，MAX471完全滿足要求，它的內(nèi)部有一個35mΩ的電流采樣電阻可以測量±3A的電流，MAX471有一個電流輸出端，只需外接一個電阻，將電流轉(zhuǎn)換成對地電壓，就可組成高精度的電流監(jiān)測電路，并且它的工作電壓和被測電路電流范圍寬，檢測電路如圖3-5所示。圖3-5MAX471電流電壓檢測電路3.3.4UC3843調(diào)節(jié)電路設(shè)計在驅(qū)動電路的選擇上，必須要滿足MOS管對驅(qū)動電路的要求，才能使電路達(dá)到預(yù)期的升壓效果。在驅(qū)動電路中，控制端輸出信號，通過脈沖信號控制MOS管的狀態(tài)，脈沖信號的要有足夠的頻率，而且柵極串聯(lián)的電阻Rg也不能太大，電阻太大就會導(dǎo)致MOS管的開關(guān)頻率降低，開關(guān)過程中損耗大量的能量，導(dǎo)致MOS管的導(dǎo)通變慢，電路的輸出電壓變低，續(xù)流二極管反向的電壓也會隨之增大，導(dǎo)致MOS管的狀態(tài)不正常，出現(xiàn)負(fù)載短路或者過流，實(shí)現(xiàn)MOS管的軟關(guān)斷。電路圖如圖3-6所示。圖3-6UC3843驅(qū)動電路UC3843的驅(qū)動電路如圖所示，1腳為COMP補(bǔ)償引腳，連接阻值100K的R6和容值為1000pF的電容，然后再與芯片的2腳連接，其主要做為誤差放大器輸出，并可用于環(huán)路補(bǔ)償。2腳為電壓反饋引腳，VCC為12V，R5的阻值為30K，R8為4.7K，根據(jù)歐姆定律可知，R8兩端所分得的電壓為1.8V，VFB引腳輸入的電壓為1.8V，通常這里設(shè)置一個電阻分壓器，并連至開關(guān)電源輸出。3腳為電流取樣，R7為1K，R7是用來將電感中的電流轉(zhuǎn)換成電壓，并反饋到控制電路，它的電壓與電感中的電流成正比，UC3843通過這個電壓值的大小來調(diào)節(jié)輸出。4腳為RT/CT引腳，這個引腳通常用來調(diào)節(jié)振蕩器的頻率或者調(diào)節(jié)占空比，通過0.1uF的電容連接地，再通過R4的10K電阻與8腳相連，主要目的是通過將電阻RT連接至Vref以及電容CT連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。工作頻率可達(dá)500kHz。6腳為輸出引腳，串接一個阻值為10Ω的限流電阻，反接一個1N4148續(xù)流二極管，然后再與MOS管的柵極相連，其作用是直接驅(qū)動功率MOSFET的柵極，同時還有高達(dá)1.0A的峰值電流經(jīng)此管腳拉和灌。通過整個的UC3843驅(qū)動電路，達(dá)到控制MOS管，對電感電容充電，然后抬高輸出電壓的目的。3.3.5RFID電路設(shè)計MF522-AN模塊采用Philips

MFRC522原

裝芯片設(shè)計讀卡電路,使用方便，成本低廉，適用于設(shè)備開發(fā)、讀卡器開發(fā)等高應(yīng)用的用戶需要進(jìn)行射頻卡終端設(shè)計/生產(chǎn)的用戶。本模塊可直接裝入各種讀卡器模具店模墻采用電壓為3.3V,通過SP

I接見篇單的幾條線就可頻真接與用戶任何CPU主板相連接通信,可以保證模塊穩(wěn)定可靠的上作、讀卡距離遠(yuǎn)，在系統(tǒng)中，用戶通過RFID模塊來識別不同的用戶，同時通過RFID模塊來進(jìn)行收費(fèi)和識別等，RFID電路如圖3-7所示。圖3-7RFID電路3.3.6單片機(jī)電源設(shè)計本設(shè)計的電源電路采用的是LM78xx系列的穩(wěn)壓電路，這種電路結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，可以通過1A的電流內(nèi)部還設(shè)有保護(hù)電路，但是輸入的電壓最好不要高于10V，否則過多的功率將會以熱能的形式散發(fā)，會導(dǎo)致芯片過熱，降低芯片的使用壽命。在太陽能電池板輸出直流電壓后，首先要經(jīng)過C18和C20這兩個濾波電容，經(jīng)過濾波電容后，濾出雜波，然后電壓入到LM7805的1腳，電壓進(jìn)入到1腳后，由3腳輸出穩(wěn)壓后的5V電壓，10-15V電壓可以開關(guān)電源的輸入電壓。輸出的電壓再經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，得到穩(wěn)定的5V電壓，5V電壓為單片機(jī)和芯片進(jìn)行供電。系統(tǒng)必須要一個穩(wěn)定的線性電源，這里我們通過討論，選用線性電源你作為系統(tǒng)的供電電路，它的結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，經(jīng)過電容濾波后，可以輸出穩(wěn)定的電壓，線性電源電路電路如圖3-8所示。圖3-8單片機(jī)供電電路本章小結(jié)第三章主要對系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計，首先介紹了系統(tǒng)的開關(guān)電源電路，然后設(shè)計了單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路，電路包括了復(fù)位電路，晶振電路兩個主要組成部分，然后又通過AD芯片的性質(zhì)設(shè)計了AD轉(zhuǎn)換電路，通過電路轉(zhuǎn)換將電壓和電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后將數(shù)字量發(fā)送給單片機(jī)作為反饋信號，液晶顯示當(dāng)前的輸出電壓，單片機(jī)控制電源芯片的脈沖寬度，液晶顯示輸出電壓，這個顯示的數(shù)值時通過AD采集轉(zhuǎn)換得到的。整個硬件完成了電能的轉(zhuǎn)換和輸出電壓的調(diào)節(jié)。

第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計第四章主要為軟件設(shè)計的說明以及流程框圖，通過流程圖來表現(xiàn)程序的邏輯和執(zhí)行過程，并根據(jù)流程圖來進(jìn)行程序的設(shè)計，程序設(shè)計流程圖主要包括主程序設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計、顯示程序設(shè)計以及控制程序設(shè)計。4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心，單片機(jī)主要作用是控制PWM的輸出和處理模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片發(fā)送來的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的主流程圖如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)主程序框圖由系統(tǒng)的主程序流程可知，單片機(jī)上電以后，STC89C51單片機(jī)開始工作，首先對各個子函數(shù)進(jìn)行初始化，例如A/D子程序、顯示子程序、計算子程序等進(jìn)行初始化，初始化完畢后，單片機(jī)進(jìn)入到待機(jī)工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到相應(yīng)的電流和電壓，則執(zhí)行相應(yīng)的反饋程序，如果開關(guān)電源的輸出在24V左右，則系統(tǒng)繼續(xù)為電池充電，A/D芯片對輸出電壓進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，轉(zhuǎn)換出當(dāng)前的電壓值，并顯示在液晶上。如果發(fā)生過壓過著欠壓，液晶會顯示對應(yīng)的電壓值，如果發(fā)生過流現(xiàn)象，單片機(jī)則停止對UC3843的控制，防止過流引起電池自燃。因此在太陽能電動車充電器系統(tǒng)中，單片機(jī)負(fù)責(zé)輸出電壓比較直，保證UC3843的脈沖輸出，同時控制AD芯片對電壓和電流進(jìn)行采集，采集到的數(shù)據(jù)會通過液晶顯示出來。如果系統(tǒng)狀態(tài)異常則停止對開關(guān)電源的控制，否則單片機(jī)執(zhí)行這些程序，直到電池充滿電為止。4.2模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片通過單片機(jī)的控制將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，具體的流程圖如圖4.2所示。圖4.2A/D轉(zhuǎn)換程序框圖本設(shè)計中主要使用的A/D轉(zhuǎn)換芯片為ADC0832，首先通過單片機(jī)對程序進(jìn)行初始化，然后單片機(jī)通過與之相連的I/O發(fā)送指令，使能芯片，芯片啟動后，通過程序控制，對輸出電壓進(jìn)行采集、保持、量化、編碼，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)讀取A/D的內(nèi)部寄存器中的數(shù)據(jù)，然后對寄存器進(jìn)行操作，當(dāng)A/D完成一次轉(zhuǎn)換，就會對單片機(jī)發(fā)送一次數(shù)據(jù)，為了減小A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的誤差，通常將采集到的十組數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均算法，得出一個平均值，然后再對這個平均值進(jìn)行讀取和發(fā)送。4.3顯示程序設(shè)計當(dāng)單片機(jī)初始化后，傳感器開始工作，按鍵電路也開始工作，通過按鍵電路設(shè)置好物體距離的上下線后，顯示電路開始工作。首先單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，判斷溫物體距離是否超過設(shè)定的上限或者下限，若沒有超過，則單片機(jī)正常顯示溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)，和超聲波模塊檢測到的物體的距離數(shù)據(jù)，若超過設(shè)定范圍，則LCD不會正常顯示數(shù)據(jù)，同時蜂鳴器進(jìn)行報警。若按鍵有操作，則LCD1602顯示相應(yīng)的信息，具體流程圖如圖4.3所示。圖4.3顯示子程序程序框圖4.4充放電控制程序設(shè)計單片機(jī)通過內(nèi)部的定時器來實(shí)現(xiàn)PWM波的輸出，通過不同的定時器計數(shù)溢出速度來實(shí)現(xiàn)占空比的調(diào)整，兩個控制電路不能同時工作，因此需要單片機(jī)的定時器同一時間只為一個控制電路輸出PWM波，當(dāng)系統(tǒng)初始化后，單片機(jī)會接收模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片發(fā)送的電壓電流數(shù)據(jù)，單片機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否正常，如果出現(xiàn)過壓欠壓過流等現(xiàn)象，則單片機(jī)停止PWM的輸出，如果系統(tǒng)工作在正常的工作狀態(tài)，則單片機(jī)控制其中一個電路進(jìn)行工作，具體流程圖如圖4.4所示。圖4.4控制電路程序流程圖本章小結(jié)第四章對系統(tǒng)的程序進(jìn)行設(shè)計，單片機(jī)是硬件電路的核心部分，通過寫入不同的子程序來實(shí)現(xiàn)不同的功能，例如，寫入數(shù)碼顯示程序，單片機(jī)則控制I/O口發(fā)送不同的電平來顯示不同的數(shù)據(jù)。本次設(shè)計中涉及到的程序設(shè)計有AD轉(zhuǎn)換程序，液晶顯示程序等，通過這些模塊程序來實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換，并將電能轉(zhuǎn)換成所需的電能，在通過液晶顯示出來。第5章系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試5.1電池充放電調(diào)試經(jīng)過第三章的電路設(shè)計，系統(tǒng)具備了單片機(jī)及充放電電路，首先對太陽能電池進(jìn)行測試，測量電池板是否能夠正常輸出。開關(guān)電源是系統(tǒng)能否正常工作是前提，因此首先對充電部分進(jìn)行調(diào)試。接上電源，開始給電池充電。由10-15V直流電通過開關(guān)電源電路轉(zhuǎn)化為12V直流電電給電池充電。通過使用萬用表測量后得到數(shù)值，確認(rèn)電池有輸入電流，確認(rèn)無誤后證明電池可以正常工作。給電池充電后，將電池兩端接到電阻負(fù)載，此時電池開始放電。經(jīng)萬用表測量后，確認(rèn)電池有輸出電流，證明放電電路可以正常工作。5.2整機(jī)調(diào)試首先對系統(tǒng)的電路的電源進(jìn)行調(diào)試，將電源與系統(tǒng)的外圍電路斷開，用萬用表測量電源的輸出電壓，如果是5V，就可以將電源連接到控制電路中。1.單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試：單片機(jī)上電后，通過示波器對晶振電路的波形進(jìn)行測量，觀察波形的頻率和周期，然后再對復(fù)位電路的電平進(jìn)行測量，測量無誤后，通過串口向單片機(jī)寫入一段程序，例如寫入P0口0X33，然后再通過示波器測量相應(yīng)位置的I.O口是否為高電平，如果是高電平，說明系統(tǒng)功能正常。2.模數(shù)轉(zhuǎn)換調(diào)試：液晶電路沒有問題后，檢查AD轉(zhuǎn)換電路連接是否正確，然后向單片機(jī)內(nèi)寫入一個模塊程序，然后給AD的輸入端一個電壓，通過液晶查看是否顯示檢測到的電壓，如果沒有顯示，檢查單片機(jī)的I/O口與AD的D0-D7是否正確連接，并且盡量縮短兩者之間的距離，經(jīng)過測試，AD轉(zhuǎn)換的誤差小于1%，具體測量數(shù)據(jù)如表5.1所示。表5.1測量數(shù)據(jù)實(shí)際輸出值A(chǔ)D采集值24V24V24.2V24.2V24.1V24.1V23.8V23.8V24V23.9V3.顯示電路的調(diào)試：首先檢查LCD的連線是否正確，上電后，先將電位器調(diào)節(jié)到一端，然后通過單片機(jī)寫一個顯示程序，顯示一些數(shù)字和字符，然后在寫如單片機(jī)的內(nèi)部，然后觀察液晶是否顯示寫入的信息，如果沒有，調(diào)節(jié)滑動變最，觀察是否顯示，如果沒有顯示，再次檢查數(shù)據(jù)線的連接情況，并盡量縮短單片機(jī)的I/O口與液晶之間的距離。4.整體調(diào)試：在各個部分沒有錯誤后，將各個部分融合在一起，上電后，系統(tǒng)可以將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電，并通過AD采集，液晶顯示電壓。所有功能調(diào)試完畢后，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對電池的充電。本章小結(jié)第五章對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，包括硬件電路調(diào)試和軟件程序調(diào)試。首先將各個硬件電路子電路進(jìn)行調(diào)試和整改，待各個子電路調(diào)通后，在將各個模塊組成一個完整的硬件平臺，在對系統(tǒng)