智能充电系统设计开题报告

1、毕业设计开题报告1.结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述一、课题研究背景进入二十一世纪以来，随着越来越多的便携式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。从20世纪60年代的商用锲镉和密封铅酸电池到近几年的锲氢和锂离子技术，可充电电池容量和性能得到了飞速的发展2o由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性，目前各种电器使用

2、的充电电池主要有锲镉电池（NiCd）、锲氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）和密封铅酸电池（SLA）四种类型。近年来，锲氢电池、锂离子电池已逐渐取代锲镉电池，密封铅酸电池不仅价格低廉、供电可靠、电压稳定，而且无泄漏、无污染、容量大，广泛应用于通信、铁路、交通、电力、石油、国防、工农业生产等部门12。电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。为了满足各类电池快速充电的不同要求，设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。因此，智能型充电电路通常包括了恒流/恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路（LE

3、D或LCD显示）等基本单元14。二、研究的目的和意义由于本次毕业设计是采用AV加片机来控制并要求对于LCD显示程序要用C语言来编写，所以所参考的资料主要为AVR单片机和C语言的相关书籍上。早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。以后的CMOSI片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观（51以及51兼容）。此间虽有某些精简指令集单片机（RISC）问世，但依然沿袭对时钟分频的作法50AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机（CI

4、SC）追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中（指令集中占大多数的单周期指令都是如此），取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的10。AVRI片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆（32个寄存器文件）和单体高速输入/输出的方案（即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑）。提高了指令执行速度（1Mips/MHz）,克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVRI片机在软/硬件开销、速度、性能

5、和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机5。AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP,便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEPROMT长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序,并可像MCS-51单片机那样扩展外部RAMAVR片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用9。AVRi1片机片内具备多种独立白时钟分频器，分别供URATI2C、SPI

6、使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVRm片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法（即脉宽调制输出PWM）更是令人耳目一新。增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AV如片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通

7、讯。面向字节的高速硬件串行接口TWISPI。TWI与I2C接口兼容，具备ACK言号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD多个复位源（自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BODS位），可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。AVRI片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-2.7V）,抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量13。AVRI片机技术体现了单片机集多种器件（包括FLASHE序存储

8、器、看门狗、EEPR。M同/异步用行口、TWkSPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等）和多种功能（增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口）于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SoC过渡的发展方向100此外在传统的单片机系统中，都是用汇编语言作为系统的编程语言。汇编语言作为嵌入式系统的编程语言，具有执行效率高等优点，但其本身是一种低级语言，编程效率低下，且可移植性和可读性差，维护极不方便，从而导致整个系统的可靠性也较差。而C语言以其结构化和能产生高效代码等优势满足

9、了电子工程师的需要。用C语言进行嵌入式系统的开发，具有汇编语言编程所不可比拟的优势24。AVRI片机特有的脉宽调制（PWM功能是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。简而言之，PWMI一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM1号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON）,要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的

10、时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM4行编码。PWMJ一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。参考文献：1谭浩强.C程序设计（第二版）.北京：清华大学出版社，1999.21502沈文，Eagle,詹卫前.AVR单片机C语言开发入门指导.北京：清华大学出版社，2003.32413金春林，邱慧芳，张皆喜.AVR系列单片机C语言编程与应用实例.北京：清华大学出版社，2003.52654武锋，陈新建.PIC

11、单片机C语言开发入门.北京：北京航空航天大学出版社2005.65805夏路易，石宗义.电路原理图与电路板设计教程.北京：北京希望电子出版社，2002.55626郭永贞.数字电子技术.西安：西安电子科技大学出版社，2000.32907吴国经.单片机应用技术.北京：中国电力出版社，2004.651508徐泳龙.单片机原理.单片机原理及应用.北京：机械工业出版社，2004.521209陆坤，奚大顺.电子设计技术.成都：电子科技大学出版社，1997.30552110卢胜利.智能仪器设计与实现.重庆：重庆大学出版社，2003.10515211王兆安，黄俊.电力电子技术（第四版）.北京：机械工业出版社，2

12、002.21142312路秋生.常用充电器电路与应用.北京：机械工业出版社，2005.354213廖春蓝.AVR单片机在测控实验系统中的应用研究J.北京电子科技学院学报.2007年02期1214周志敏，周纪海.充电器电路设计与应用（第二版）.北京：人民邮电出版社，2005.15K.Alexander,N.O.Sadiku.FundamentalsofelectricCircuits.北京：清华大学出版社，2000.毕业设计开题报告2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、课题研究的基本要求：智能充电系统设计及制作：该充电器可以调节充电的电压和电流并可显示充电的电流、电压值和充

13、电时间、并可测算出电池的内阻（电池的好坏）、充电流可以恒定，充电时间可自动开、关。基本要求：1、可充两节节AA或AAA型锲镉（锲氢）电池，可充锂离子电池；2、具有过充电保护、过压保护、反接保护、过热保护和短路保护等多种保护功能；3、通过LCD显示电池的节数、电池类型、电压、充电电流、电池温度和充电时问等多种实时信息；4、具有快充、慢充、涓流充电和放电功能；5、控制单元使用AVR系列单片机，并预留升级接口，用来更新系统软件；6、通过至少三种方法提高充电器的效率。二、课题拟采用的硬件实施方案：硬件部分主要由单片机系统电路和电源转换器组成，如图1所示。外部电源_电源转操装置1Vwto电流控制V犍盘Y

14、o电压控制电智能单元41温度控制Q三-池L市示装置时间控制图1充电器原理图电源转换器受AVRI片机的PW嘛冲控制，改变脉冲宽度就可以改变充电的电压和电流，关闭脉冲输出就可以停止充电。单片机通过总线扩展了温度探头和实时时钟电路，可以准确的检测温度和计时。内置的10位ADCM以采集充电电压和电流，并在LCD显示器上实时的显示出来。三、课题要解决的问题：1 .充电器的智能识别功能。内容包括：是否连接电池、连接电池的类型、电池的容量等。这些信息将影响充电器的充电方式和充电时间。2 .充电方式的算法研究。不同类型的电池需要不同的充电方式，而不同容量的电池又需要不同的充电参数，这就可以组合出很多种充电模式

15、。为了减小编程的工作量和程序的可靠性，需要对各种电池的充电特性曲线归纳成统一的算法。3 .AVRI片机模数接口电路的设计。AVRI片机具有内部ADC?口PWMfo能，可以方便的实现模拟量的接入和控制，但在精度和速度方面不是令人满意，经过适当设计外部电路完全可以用在充电器电路中。4 .充电器功能设计。充电器可以调节充电的电压和电流并可显示充电的电流、电压值和充电时间、并可测算出电池的内阻（电池的好坏）、充电流可以恒定，充电时间可自动开、关，具有过充电保护、过压保护、反接保护、过热保护和短路保护等多种保护功能。四、本课题拟采用的软件设计思路：本次毕业设计是用AVRI片机来控制的智能充电器。根据题目

16、可以采用两种方案进行设计：方案1是基于充电电流和充电时间的电量管理充电控制方法，这种方法可以有效的管理电池充电电量的多少，可以灵活地配置充电参数；方案2是基于实验的方法测算好各种电池的充电特性曲线（V/C）图，通过不断检测电池的电压实现状态的判断，并用查表的方法做相应的控制，这种技术也称为模糊技术。模糊算法以实验参数为基础，最优化的充电方案由编程者事先计算好，单片机只需做简单的运算就可以实施控制，降低了开发难度。因此本设计采用方案2。程序在编译时要确定电池类型。软件可以进行扩展以支持多个电池同时充电。一个直接的方案是在进行涓流充电时对各个电池进行分时充电。若每个电池的电池单元数目一样，则SLA电池和Li-Ion电池可以恒定电压的方式并行充电。每个电池单元的充电电流是受限的，电压也一样。“电池特性"（bcar.h）的所有数据都根据标度因子计算得到。这些数据在包含文件里定义，在编译时计算，在程序运行时以常数方式处理所有从ADC输出的数据都可以直接与这些常数进行比较。也就是说，在程序运行过程当中不需要进行实时计算，从而节省了计算时间和程序空间。计算公式以及数据都是从“测量电路”一节获取的。对于NiCd电池，如果电池温度在允许范围之内，充电程序就会启动。在温