毕业设计（论文）-电动自行车智能充电器的设计

1、中央广播电视大学毕业设计（论文）题目电动自行车智能充电器的设计专业机械设计制造及其自动化学生姓名学 号指导教师2017 年 2 月 15 口学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下 进行的设计（研宄）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她） 人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果 为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育 机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研 究）所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）:年摘要随着环境污染和能源危机的加剧

2、，世界各国开始大力推广电动自行车和电动 汽车，电动自行车以其独特的优势得到了广泛的应用，但是电动自行车在其使用 的过程中也逐渐暴露出了缺点，就是电动自行车配备的铅酸蓄电池使用寿命普遍 较短。研宄发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，小电流充电过程的影响较 少。也就是说，绝大多数的蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的！由此可见，一 个好的充电器对蓄电池的使用寿命是多么的重要！针对这个问题，本文设计了一 种电动自行车智能充电器。本设计以89c81单片机为核心，使用开关电源产生不同的电压和电流，通过 程序控制外围电路，提供不同阶段的充电电流。充电过程中，采样电路对蓄电池 的电压、电流进行实时检测，然后通

3、过a/d转换器把采样得到的模拟信号转换成 数字信号输送给单片机，由单片机来确定蓄电池的充电模式，以达到最佳的充电 效果。关键词：铅酸蓄电池智能充电开关电源abstractalong with the environmental pollution and energy crisis intensifies, the countries all over the world started to promote electric bicycle and electric cars，and electric bicycle with its unique advantages has a wide

4、 range of applications，but electric bicycle in the use of the process also gradually exposed shortcomings，which is equipped with electric bicycle the lead-acid battery service life is generally shorter. study found that: the battery process on the battery life has the most influence, and the small c

5、urrent charging process has less influence. that is, most of the storage battery were not used bad, but "filled bad”. this shows, how important is a good charger for the battery using life! according to this problem，this paper introduces a design of electric bicycle smart charger.this design wi

6、th 89c81 microcontroller as core，use of switch power supply produce different voltage and current，through the program control peripheral circuit, provide different stages of the charging current. during charging，sampling circuit for the battery voltage and current real-time electrical measurement, a

7、nd then through the a/d converter to the analog signal sampling get converted into digital signals feed to the microcontroller, by single-chip microcomputer to determine the battery charging mode，to achieve the best of charging effect.key words: lead-acid battery； intelligent charging； switch power

8、supply目录® iabstractii1绪论11.1电动自行车蓄电池的使用现状和发展趋势11.2目前主要的充电技术21.2.1常规充电31.2.2快速充电法31.3本课题目的及意义42总体方案设计62. 1充电器的充电原理62.1.1蓄电池充电理论基础62.1.2充电器的工作原理72.2系统设计83电动自行车智能充电器的硬件设计103.1智能充电器原理图103.2降压、整流及滤波103.3稳压电路103.4基准电压113.5开关电源123.6采样电路及a/d转换123.7显示电路133.8报警电路134电动自行车智能充电器的软件设计144.1充电系统主程序设计144.2数据采集程

9、序设计154.3pwm控制器154.3充电控制程序155电动自行车智能充电器的实验与调试165. 1硬件电路的试验165.1.1充电电路的试验165. 1.2采样电路的试验175.2程序的调试176结论与展望196. 1 196.2展望19#嫌20醐21附录1:智能充电器原理图22附录2:硬件电路23附录3:单片机程序241绪论1.1电动自行车蓄电池的使用现状和发展趋势为丫解决能源和环境污染问题，世界各国正在大力开发电动车辆，其屮电动 自行车已有多种产品投放市场，电动自行车由于它的独特优点，受到使用荠的青 睐，正在迅速发展。电池是电动自行车的“心脏”，是决定电动自行车性能的重 要零件之一。国a

10、外主要有一下几种蓄电池。(1) 镍氢电池镍氢电池是大容量的蓄电设备的主要类型，但其潜力有限。相对于铅酸电池、 镉镍电池来讲，镍氢电池具有充电快速、使用寿命长、安全性好等优点，所以被 广泛用于动力电池，如著名的丰田pruis电动汽车使用的就是镍氢动力电池。 但镍氢电池的能量密度低、“记忆效应”等缺陷严重遏制了应用，且价格比较昂 贵，有待进一步发展。(2) 锂离子电池锂离子电池应用前景好，将逐渐取代铅酸电池和镍氢电池。锂电池具有体积 小、能量密度和功率密度高、电压高、无污染性等优点，锂电池的能量密度是镍 氢电池的近2倍。但锂电池存在过放能力较差和易燃易爆等问题，有待电池管 理系统技术的进步来逐步得

11、到解决。致命的缺点的价格异常昂贵，成本难以接受。(3) 镍镉蓄电池镍镉的特点是轻便、抗震、寿命长、价格便宜。缺点是，镉金属对于环境有 污染，电池容量小，寿命短，所以镍镉电池是最低档的电池。有记忆效应。每次 充电都须先放电，而后充电，主要用于小型电子设备。(4) 铅酸蓄电池尽管铅酸电池比能量低，自放电率高(存放时电压和性能下降)，循环寿命 低，铅的重量大，而且铅作为重金属在生产和回收过程屮可能产生环境污染。但 铅酸蓄电池时应用历史最长、技术最成熟、成本最低廉的蓄电池，己实现大规模 商业化和工业化应用，是目前电力系统用得最多的储能设备。(5) 燃料电池燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直

12、接转化为电能的发电 装置。燃料和控制分别送进燃料电池，点就奇妙地生产出来。他从外表看有正负 极和电解质等，想一个蓄电池，但实质上他不能“触电”而是一个“发电厂”。上述可供电动自行车选用作为动力源的各种蓄电池，其性能对比如表1-1 所示：表1-1:蓄电池性能对比铅酸蓄电池锂电池镍镉蓄电池锞氢蓄电池燃料电池能量密度參參动力循环寿命 ?可靠性? ?安全性 ?资源 成本:优秀 :良好 :可接受 :有许多问题待解决通过表1-1蓄电池的性能比较可以看到，虽然它们各有优缺点，但铅酸蓄 电池的综合性能显然要比其他动力用蓄电池略高一筹。因此根据电动自行车对动 力源的性能要求，在电动自行车上使用铅酸蓄电池，前景是

13、乐观的。随着铅酸蓄电池制造技术的口渐成熟和使用上的大力推广，铅酸蓄电池的发 展前景是广阔的，但就目前的技术水平来讲，作为动力源用的铅酸蓄电池还未达 到标准化生产。铅酸蓄电池要想实现标准化生产，至少需要满足以下几个条件：(1) 比能量大于50w. h/kg；(2) 寿命在5h率条件下达12001500次循环；(3) 充电后每次可行驶160km以上；(4) 有足够的功率供电动自行车在5s |aj从零加速到10km/h。要想达到这一标准，a前而临的困难主要是，铅酸蓄电池的能量、功率与循 环寿命等指标间的相互冲突。虽然提高蓄电池活性物质的利用率、改进蓄电池组 极板和单体电池之间的连接、加大蓄电池的放电

14、深度等方法可以有效的提高铅酸 蓄电池的比能量和比功率，但这些方法也会导致不良的后果，像易造成蓄电池内 部极板上活性物质的脱落、骨芯的腐蚀等，这将损害铅酸蓄电池的使用寿命。由 此可见，提高铅酸蓄电池的质量，延长其使用寿命是未来铅酸蓄电池发展的必然 趋势。1.2目前主要的充电技术目前铅酸蓄电池的充电模式，主要包括常规的充电模式和快速充电模式。对 铅酸蓄电池来说，不管采用哪种充电模式对其进行充电，在充电过程中都遵守“硫酸盐化”理论，即都会对蓄电池的寿命和性能产生一定的影响，由此可见，充电 模式的选择对蓄电池寿命和使用性能的维护有着密切的关系。1.2.1常规充电在以往的蓄电池充电模式屮，所采用的大都是

15、常规充电模式，常规充电模式 主要包括以下几种充电方法：(1)恒流充电法恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保 持充电电流强度不变的充电方法，如图1. 1所示。控制方法简单，但由于电池的 可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多 用于电解水，产生气体，使出气过甚。11.1充电屯流图1.1恒流充电法曲线(2)恒压充电法恒压充电法的充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电 池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于 最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，如图1.2所示。由于充电初期蓄电池电动 势较低，充电

16、电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控 制系统。这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大， 对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。因此， 恒压充电一般应用在电池组电压较低的场合。1.2.2快速充电法如上所述，铅酸蓄电池的各种常规充电方法，不管是从对蓄电池的电气性能 影响还是对蓄电池寿命的影响来讲，都不是最理想的充电方法。随着蓄电池技术 和电子技术的快速发展，常规充电方法充电时间普遍长，充电效率低，出气量大， 蓄电池的周转利用率低，充电管理复杂等缺点口益暴露出来。为了最大限度的缩 短蓄电池达到满充的时间，人们发明了蓄电池的快速充

17、电法。快速充电技术主要 包括以下几种充电方法(1) 脉冲充电法脉冲充电法是一种新型的充电模式，也是目前应用最广泛的快速充电技术。 是指在充电过程屮，采用脉冲电流对蓄电池进行充电，中间会有短暂的停充，可 以有效地去除极化现象。(2) rcflcxtm快速充电技术retlextm快速充电技术是脉冲充电技术的再发展，它主要针对的对象是镍 镉等具有记忆效应的蓄电池。但对铅酸蓄电池充电技术的研宄和充电器的设计， 也具有一定的借鉴作用。(3) 变电流间隙充电法变电流间歇充电法是在恒流充电和脉冲充电基础上建立起来的，也是恒流充 电和脉冲充电的结合。在对铅酸蓄电池进行充电的初期，若采用变电流间歇充电， 可以实

18、现用大电流对铅酸蓄电池进行充电，这样使蓄电池可以在较短的时间内充 入较多的电量。对铅酸蓄电池充电的后期，若采用一定的电压值对铅酸蓄电池进 行充电，可以将蓄电池的电量恢复至放电前的满充状态。在充电过程中通过间歇 的停充，可以使蓄电池内部的活性物质重新进行化学反应，使极化现象得以消除, 并能使蓄电池内部的温度降下来，使充电过程更顺利的进行，从而可以有效提高 蓄电池的充电效率。1.3本课题目的及意义电动汽车是目前世界上唯一能达到零排放的机动车。随着环境污染和能源危 机的加剧，世界各国开始大力推广电动自行车和电动汽车，电动自行车以其独特 的优势得到了广泛的应用，但是电动自行车在其使用的过程中也逐渐暴露

19、出了缺 点，就是电动自行车配备的铅酸蓄电池使用寿命普遍短。“铅酸蓄电池”本是现 今为止世界上广泛使用的一种无机化学电源，该产品具有良好的可逆性，电压特 性平稳，使用寿命长，适用范围广，原材料丰富(且可再生使用)及造价低廉等 优点而得到了广泛的使用，同时也是社会生产经营活动中不可缺少的产品。但是, 若使用不当，会导致其寿命大大的缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，而采 用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。研宄发现：电池充电过程对 电池寿命影响最大，小电流充电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的蓄电池 不是用坏的，而是“充坏”的！由此可见，一个好的充电器对蓄电池的使用寿命 具有无以言重的

20、作用！而且，传统充电器的充电策略比较单一：只能进行简单的 恒压或者恒流充电一一以致充电时间很长，充电效率降低。除此之外，充电即将 结束时，人们往往忘记将充电器拔下，继续充电，时间太长久，电池发热量很大, 从而造成电池极化，影响电池寿命，很可能导致电池无法再次使用，冲的鼓包， 还有流水等现象。本课题针对电动自行车铅酸蓄电池的上述问题，研宂如何建立一个良好的智 能化程度较高的铅酸蓄电池充电系统，设计一种智能化程度较高的充电器，尽量 充电时冲的适合，使铅酸蓄电池被冲坏的程度降到最低。2总体方案设计2.1充电器的充电原理2.1.1蓄电池充电理论基础理论和实践证明，蓄电池的充放电是一个复杂的电化学过程。

21、一般地说，充 电电流在充电过程中随时间呈指数规律下降，不可能完全按恒流或恒压充电。充 电过程屮影响充电的因素很多，诸如电解液的浓度、极板活性物的浓度、环境温 度等的不同，都会使充电产生很大的差异。随着放电状态、使用和保存期的不同， 即使是相同型号、相同容量的同类蓄电池的充电也大不一样。上世纪60年代中 期，美国科学家马斯对幵口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以 最低出气率为前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图2.1所示。实验表明，如 果充电电流按这条曲线变化，就可以人人缩短充电时间，并且对电池的容量和寿 命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线，从而奠定了快速充电方法 的研究

22、方向。由图2.1可以看出：初始充电电流很大，但是衰减很快。主要原因是充电过 程屮产生丫极化现象。在密封式蓄电池充电过程屮，内部产生氧气和氢气，当氧 气不能被及吋吸收吋，便堆积在正极板(正极板产生氧气)，使电池内部压力加 大，电池温度上升，同时缩小了正极板的面积，表现为内阻上升，出现所谓的极 化现象是可逆的。其放电及充电的化学反应式如下：pbo2+pb+2h2so42pbso4+2h2o (1)很显然，充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程, 为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电，必须尽量使通过电池的电流小一 些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。但是，实践表明，蓄

23、电池充电 时，外加电压必须增大到一定数值才行，而这个数值又因为电极材料，溶液浓度 等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。在化学反应 中，这种电动势超过热力学平衡值的现象，就是极化现象。一般来说，产生极化 现象有3个方而的原因。1）欧姆极化充电过程屮，正负离子向两极迁移。在离子迁移过程屮不可避免 地受到一定的阻力，称为欧姆内阻。为了克服这个内阻，外加电压就必须额外施 加一定的电压，以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境，出现 所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大，欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中 的高温。2）浓度极化电流流过蓄电池时，为维持正常的反应，最理想的情况

24、是电极表 面的反砬物能及时得到补充，生成物能及时离去。实际上，生成物和反砬物的扩 散速度远远比不上化学反应速度，从而造成极板附近电解质熔液浓度发牛.变化。 也就是说，从电极表面到中部溶液，电解液浓度分布不均匀。这种现象称为浓度 极化。3）电化学极化这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度，落后于电极 上电子运动的速度造成的。例如：电池的负极放电前，电极表面带有负电荷，其 附近溶液带有正电荷，两者处于平衡状态。放电时，立即有电子释放给外电路。 电极表面负电荷减少，而金属溶解的氧化反应进行缓慢me-e me+,不能及 时补充电极表而电子的减少，电极表而带电状态发生变化。这种表而负电荷减少 的状态

25、促进金属中电子离开电极，金属离子me+转入溶液，加速me-e me +反应进行。总有一个吋刻，达到新的动态平衡。但与放电前相比，电极表面所 带负电荷数目减少了，与此对应的电极电势变正。也就是电化学极化电压变高， 从而严重阻碍了正常的充电电流。同理，电池正极放电时，电极表面所带正电荷 数r减少，电极电势变负。这3种极化现象都是随着充电电流的增大而严重。2.1.2充电器的工作原理根据马斯理论，为了满足铅酸蓄电池最佳充电曲线，木文给充电过程分为四 个阶段：渭流充电一恒流充电一恒压充电一浮充电。如图2. 2所示：根据充电前蓄电池残余电量的不同，每次充电的时间将有所不同。(1) 涓流充电若蓄电池在充电初

26、期已处于深度放电状态，为避免对蓄电池充电电流过大， 造成热失控，单片机通过采样电路监测电池的电压，对蓄电池实行稳定小电流 涓流充电。在涓流充电阶段，电池电压开始上升，当电池电压上升到能接受大电 流充电的阀值时则转入恒流充电阶段。(2) 恒流充电该阶段为大电流恒流充电，电池电压上升较快，当电压上升至恒压充电阀值 时，则转入恒压充电阶段。(3) 恒压充电该阶段为恒压充电，它可使电池容量快速恢复。这时充电电流逐渐减小，当 电流下降至某一固定值时，自动转入浮充电。(4) 浮充电该阶段主耍用来补充蓄电池自放电所消耗的能量，此标志着充电过程结束。2. 2系统设计根据电动自行车的传统充电方法，以及新兴的快速

27、充电方法，以单片机为核 心控制部件，设计一款基于单片机控制的智能型充电器。通过采样电路可以实时 的对铅酸蓄电池进行信息采集，并对采集到的数据进行分析处理，确定铅酸蓄电 池可接受的最佳充电模式。采用分阶段的充电方法，使其尽可能的沿着铅酸蓄电 池可接受的最佳充电率进行充电，不仅可以有效的提高充电效率，而且可以有效 的延长铅酸蓄电池的循环寿命。其原理阁如阁2.3所示：开关电源降压整流显示蓄电池采样电路a/d觀sto89c51市电电路图2. 3智能充电器的没计原理图充电系统通过采样电路对蓄电池的电压、电流等状态信息进行检测，并将检 测到的信号经a/d转换器转换后传送给单片机，单片机根据所采集到的蓄电池

28、 的状态信号分析蓄电池的状态，从而根据程序控制充电电路的输出电压或输出电 流。充电过程屮系统对蓄电池的电压和电流进行实时交替采样，在单片机的控制 下采用分阶段的充电方法，尽可能的沿着蓄电池的最佳接受充电曲线进行充电， 提高充电效率。3电动自行车智能充电器的硬件设计由于条件的实验室的环境等问题，电动自行车的铅酸蓄电池没能拿来研宄。 不过本设计采用丫和电动自行车的铅酸蓄电池有相同充放电曲线和一些其他使 用规律的实验用铅酸蓄电池。本设计采用的是12v4.5ah的铅酸蓄电池，完全放 电时端电压为10. 8v。充电时电压可以超过12v,最高可以到16. 2v,停止充电 时，很快降到13. 8v。本设计最

29、终实现了对12v铅酸蓄电池的智能充电，改变一 些电路的参数，也够实现对电动自行车铅酸蓄电池的智能充电。3. 1智能充电器原理图见附录1。3.2降压、整流及滤波十图3.1降压、整流及滤波电路电路如3.1所示，220v交流电经变压器将为24v交流电，再经过桥式电路 br1整流为脉动直流，再经c1滤波得到30v左右的直流电。3. 3稳压电路u2lm317t图3. 2稳压电路电路如图3. 2所示，经整流滤波之后的直流电，通过三端可调稳压器lm317 稳压之后输出20. 2v直流电。lm317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的 集成稳压块。稳压电源的输出电压可用卜式计算，vo=

30、1.25 (1+r2/r1)。其输出 电压变化范围是vo=1.25v37v(高输出电压的317稳压块如lm317hva、l1317hvk 等，其输出电压变化范围是vo=1.25v45v),最小稳定工作电流的值一般为 1. 5ma。3.4基准电压r81k. <text：u3r2 .10k <text>-图3. 3基准电压电路本文根据tl431的恒压原理，做了一个5v和一个2. 5v的基准电压。用于单 片机和ad0809的电源，以及比较运放u3: a的正端。tl431a, b集成电路是三端可编程并联稳压二极管。这些单片集成电路电压 基准如同低温度系数齐纳管一样运行，通过2个外部电

31、阻可从vref编程至36 伏。这些器件显示出宽工作电流范围，在典型动态阻抗0.2252时为1.0毫安至100毫安。这些棊准的特性使他们能在数字电压表、电源和运放电路等许多应用 屮代替齐纳一极管。2. 5伏参考使从5. 0伏逻辑电源可力一便地获得稳定参考电 压。由于tl431，a、b工作方式为并联稳压器，所以可以用作正压或负压参考。3.5开关电源v?bh丨 s1 krerlotl1/vyy1000mh<text> pl.5>er1k<t'p12ua747c<text>u3:a<te>图3. 4开关电源电路开关电源电路如图3. 4所示，由单片

32、机u1、比较运放u3:a、三极管q2以及 lc滤波电路组成。其屮单片机p1. 4引脚提供一个脉冲方波，经比较运放之后， 决定三极管开或关，即决定是否将三极管集电极的电压发送给发射极。这样，发 射极就得到一个脉冲的方波，最大值约等于集电极电压（集电极电压是由稳压电 路提供），最小值约等于0v。通过单片机程序改变脉冲方波的占空比来实现输出 电压的调节。输出电压平均值为：vo=tonx （vl-vcc） +toffxv2。（其中vi为 三极管q2集电极电压，v2为三极管关闭时发射极的电压），然后经过lc滤波器 滤波之后，脉冲电压被调节为稳定直流电压，更有利于蓄电池的充电。3.6采样电路及a/d转换采

33、样电路如图3. 5所示，采样电路采用adc0809采集蓄电池两端的电压。蓄 电池的负极接丫一个2欧左右的采样电阻，因此，采集到的负极的电压u1就是 作用到采样电阻上而的电压。由欧姆定律：i=u/r知，采样电流il=ul/2。由 于蓄电池的正极电压过大，不能直接用adc0809转换，所以设计了两个电 阻串联分压。检测如图r17上面的电压ljo，然后在根据串联分压：蓄电池 正极电压u2=u0x (r16+r17) /r17。因此蓄电池的端电压：u=u2-u1,充电 电流为：1= il=ul/2。3. 7显示电路u1ihiiiiiiiiuirli_totor 雌epjl-u4图3. 6显示电路如图3

34、. 6所示，数码管断码显示电路由单片机程序控制数码管输出，数码管 显示铅酸蓄电池的端电压。3.8报警电路如图3. 7所示，报警由单片机控制蜂鸣器完成，当单片机判断达到报警的条 件时，给p1. 4个低电平，蜂鸣器通电，报警。4电动自行车智能充电器的软件设计用软件实现的智能控制主要包括以下几个方而：能实时接收采样电路检测到 的蓄电池的电压和电流，并对采集到的信号进行处理，转而控制充电系统的充电 电压和充电电流。4.1充电系统主程序设计本设计采用的核心控制部件是stc89c51rc，主程序采用c语言进行设计。c 语言作为一种组合语言，以其可移植性好、适用范围大等优点得到了广泛的应用。 它具有非常强大

35、的功能，不仅可以单独使用，也可以和其他语言结合使用，语言 简洁紧凑，运算符和数据结构丰富，c语言的语法限制没有其他语言严格，在使 用时设计者的自由度较大。并且c语言允许直接访问物理地址，因此它可以直接 对硬件进行操作。系统流程图如图4.1所示。初始化检测电池电压、电流选择充电模式实时交替采样阁4. 1主程序流程阉4.2数据采集程序设计数据采集程序主要是控制a/d转化器，以便准确顺利的读取a/d转化器转 换的数字信号。本设计选用单片机的p3.5、p3.6、p3.7引脚与a/d转化器 adc0832的地址输入线相连。单片机的p3.2引脚接adc08030的clock端,由程 序产生一个500hz的

36、时钟信号。4.3 pwm控制器脉宽调制(pwm)是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种对模 拟信号电平进行数字编码的方法。本程序设计了一个三角波与基准电压比较，产生脉 冲方波，通过调整基准电压的模拟值，来改变方波的占空比。原理图如图4.2所示：(a)基准电压为ov(b)基准电压为iv图4. 2 pwm控制器原理图由图4. 2可知，改变基准电压，就能改变输出方波的占空比。4.3充电控制程序系统接通电源，初始化后，系统开始工作。首先检测蓄电池的状态信息，若 检测到的蓄电池端电压低于蓄电池的放电终止电压，则需要调整pwm的空闲时 间进行小电流恢复充电；若检测到的蓄电池端电压高于放电终止

37、电压，则充电系 统可以开始正常工作，首先进行常规1a恒流充电。当取样电路检测到蓄电池端 电压接近14.4v时，充电改为14. 5v恒压充电，它可使电池容量快速恢复。这时 充电电流逐渐减小，当电流丁降至0.2a时，自动转入浮充电。浮充半小时后结束 充电。5电动自行车智能充电器的实验与调试5.1硬件电路的试验5.1.1充电电路的试验硬件电路图：见附录2由于本设计的智能充电器充电电路是lm317稳压电路和单片机及三极管设 计的开关电源，接通市电之后，未接通蓄电池时，充电电路就没有负载，相当于 开路，此时充电器的输出为零。由于蓄电池的端电压是不断变化的，所以在检测 充电电路时，采用了一个200q的电阻

38、代替蓄电池。为了检测单片机是否能够完好的控制开关电源，及充电器的输出，人为的在 程序中设置一些参数，并记录充电器的输出。其数据如表5.1所示：表5.1:程序模拟值与输出电压的对比输出电压v0 (v)单片机模拟值a (0-255)01.071288.919213.021014.025516.5在实际检测中，三极管的集电极电压为20. 18v。理论上输出电压与三极管 集电极电压的关系为：vo=tonx (vl-vce)+toffxv2(1)其中vi为三极管q2集电极电压，v2为三极管关闭时发射极的电压ton=a/255(2)toff=l- ton(3)由此可看出，实际检测值跟理论上算出来的数据有一

39、定的误差，但是他的变 化规律还是和理论值相同。因此，要输出一个确定的电压，不能根据以上的公式 直接算出模拟值a。在设计程序时，我采用了逐次逼近的方法来确保输出电压为 理想值。5.1.2采样电路的试验在进行取样试验时，为了更淸楚的丫解到单片机获得的电压值，设计了将 adc0809交替采样获得的电压值在数码管上交替显示，然后通过万用表测试相同位置的电压，来作比较。其实验数据如表5. 2所不：表5.2:程序模拟值与输出电压的对比通道0显示伉通道0测试值通道1显示伉通道1测试伉iv1.o5v13v13.11v2v2.02v15v15.o9v实验发现adc0809检测电压基本准确，采样电路设计符合要求。

40、5.2程序的调试实验程序采用kcil uvision3编写并调试。首先将要写的程序分为两大模块 一一ad转换、p而控制。写好了初始程序，先加载在仿真软件里而，看是否能完 成相应的功能。当这两大模块都能够实现了，再结合在一起，写出总程序，并增 加一些其他功能。ms图5. 1 ad转换仿真ad转换模块仿真如图5.1所示，当采样电压为3. 15v时，数码管将他放大 100倍显示。图5. 2 pwm控制仿真pwm控制模块仿真如图5.1所示，通过改变单片机的模拟值输入，能够改变 充电器的输出值。6结论与展望随着电动自行车的大力推广，决定电动自行车蓄电池寿命的充电器逐渐受到 人们的重视。本论文通过分析12

41、v/4.5ah铅酸蓄电池的工作原理和充放电特性, 以及常规充电技术和快速充电技术的特点，设计了一款基于单片机的智能充电 器，并对充电器进行了总体设计和系统试验调试，对理论设计的技术要求进行了 试验验证。设计之初，由于选材和前期准备不足，设计更改了有4套方案，有的 不加负载时能输出规定的电压、电流，加了负载之后又变了；有的理论可以实现, 但是现实没有一些必要的元件；有的方案执行了一半，因为他可以对现在我们实 验的蓄电池充电，但是不能满足实际的电动自行车电池对充电电流和电压的要 求，所以不得不放弃。所幸的是历经经过很多次的比较和筛选，完成了本设计。6. 1结论本文对智能充电器的硬件和软件分别进行了

42、设计，以stc89s51rc为核心， 结合外围电路，根据采样电路采集的蓄电池信息，单片机控制电路及时调整充电 过程屮的充电电流，采用分阶段的充电方法，使之尽可能的满足蓄电池的最佳充 电曲线。通过对充电系统的硬件进行试验，软件进行调试，试验所测得的数据结 果表明：运用本设计的智能充电器可以实现智能充电功能。虽然本文设计的智能 充电器在试验屮的输出与理论设计的技术参数存在较大的误差，但仍不失其合理 性。由于电动自行车的铅酸蓄电池和本实验所用铅酸蓄电池的工作原理和充放电 特性相同。所以，增大r4,改变采样电阻，改变程序的相应参数，使其符合电 动自行车铅酸蓄电池的参数，就能够对电动自行车的铅酸蓄电池进

43、行充电。6. 2展望虽然本设计的分阶段充电模式能够比较接近蓄电池的最佳充电曲线，而且在 充电过程中，实际与理论也存在一定的误差，为了更好的充电，延长其寿命，可 以进行一下方而的研允：(1) 改进显示模块，尽可能地丰富显示内容，让用户更直观的了解到充电情况。(2) 由于实际的充电曲线不可能完全接近最佳充电曲线，因此充电过程中 不可避免的存在极化现象，所以在以后的研宂屮可以尽量减小极化现象，比如加 入脉冲充电。参考文献1周国雄、蒋辉国，基于proteus的单片机系统设计与仿真实例，机械工业出版社2郭天祥，新概念51单片机c语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略.电子工业出版 社3谭浩强，c程序设计

44、，第三版：清华大学出版社2206. 10294唐颖，单片机原理与应用及c51程序设计，北京大学出版社，2008第一版5史红梅，测控电路及应用，华中科技大学大学出版社6张瑾、张伟等，电路设计与制板:protel 99se入门与提高，人民邮电出版社7顾卫钢，智能型航空蓄电池充屯/放电/分析系统d, 20078姜燕，基于llc的智能充电器的研究d，20099康华光，电子技术基础数字部分，商等教育出版社，200610康平光，电子技术基础模拟部分，高等教育出版社，200811王德志.1989.蓄电池原理及使用.北京：中国铁道出版社:697212杨恒.2004.脉冲式充电器.电子技术，(9): 5-813

45、邱书波.2004.铅酸蓄电池自动充放电控制器的设计与实现.电子技术应用，27 (6): 34-36致谢大学生活马上就要结束了，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的 老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学四年的默默支持；感谢 我的母校重庆科技学院给我提供了很好的学习机会，使我度过了非常充实美好的 四年学习生活；感谢我的老师和同学们四年来的关心和鼓励。老师们课堂上的热 情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习生活屮的互相帮助，让我充满了感动。 这次毕业设计我得到了许多老师和同学的帮助，特别是我的指导老师聂老师。在 整个设计的过程中，不管是开题报告，英文翻译，开题答辩，还是设计中的诸

46、多 细节，都得到y聂老师极大的支持和帮助。聂老师的博学多识、严谨的学术作风、 敬业的工作态度都给了我很大的启发。在以后的工作和学习中，一定以聂老师为 榜样，向聂老师学习。其次，非常感谢在我论文写作成果中给我帮助和关心的王 赞、李忠良、刘贤松等同学的热情帮助，不仅是我的论文写作顺利进行，而且也 使我的大学生活过得非常开心快乐。最后，再次感谢我的父母、亲人和朋友，感 谢他们对我长期求学的理解和支持，他们的鼓励和默默关怀是我更有信心做最好 的自己。附录1:智能充电器原理附录2:硬件电路附录3:单片机程序#include<reg51. h>unsigned int i=0;unsigned

47、 char a5 = 0, 0, 0, 0, 0;sbit start=p3 1 sbit 0e=p34 sbit e0c=p3"0 sbit clk=p32/启动ad /启动输出数据 /转换结束 /ad始终模拟unsignedcharcodeduan=0x3f,0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x00;unsigned char data buffer4 = 0, 0, 0, 0 ;/四个数码管显示数值，数组变量定义/四个数码管的位码门定义sbit pio=prosbit pll=pri sbit p12=

48、pr2 sbit p13=pr3sbit p14=p1"4;sbit p15=pr5;sbit al=p3 5;sbit a2=p3 6;sbit a3=p3 7;void fzxs ();unsigned long int foato,foatl, x=0, y=0; unsigned int j;unsigned int k=0, c=0, scc=0,z=0; unsigned int d=192, b=0, flag=0;/*定时器初始化子程序void init_timcro(void)tm0d=0x02;tho=oxdl;tlo=oxdl;/定时 0.05msthl=0xcc;tll=0x00;et1=1;tr1=1;ea=1;et0=l;tr0=l;显示子程序void fzxsodata buffer0=sec