智能稳压充电器的设计与制作课件

智能稳压充电器的设计与制作智能稳压充电器的设计与制作1提纲一.课题研究的意义二.手机充电器的发展史三.电池的充电控制技术四.智能稳压充电器的硬件设计五.智能稳压充电器的软件设计六.结论提纲一.课题研究的意义2课题研究的意义

随着科学技术的不断进步，易携带的电子产品以很快的速度更新换代，使得电池的续航时间大大增长，而作为电子产品不可或缺的一部分，运用到电池的地方越来越多，导致可充电电池的需求量也与日俱增，同时对充电器的要求也变得以低成本、低功耗、易携带、体积小、并且安全实用为主要指标。智能充电器是依靠先进的单片机控制技术所制造出来的充电器，通过对充电器进行设计，可以更加清楚的知道充电器的制作流程，提高我们对电子产品的设计能力，增强了我们的实际动手操作能力。充分把我们学过的各种知识，应用在设计思路，模型的建立、以及实物的制作中。课题研究的意义随着科学技术的不断进步，3手机充电器的发展史1.限流限压式充电器：这是充电器发展史的第一个阶段，这种充电器起初的充电方法是限压式充电，后来演变成限流限压式充电，充电器以使用时间长短为衡量基准，一般是8~10年左右，与充电次数的多少无关，浅充浅放。2.恒流/限压式充电器：充电器发展史的第二个阶段，这种充电方式在充电器发展历程中运用了大概50年的时间，其工作原理是用恒定电流充电到预定好的电压值，然后剩下的部分用恒定电压完成，两个阶段切换的电压就是第一阶段的最终电压，也就是第二阶段的恒定电压。手机充电器的发展史1.限流限压式充电器：这是充电器发展史的第43.自适应智能充电器：充电器发展史的第三个阶段，随着科技发展，先进的工艺制造，更高端集成化电路也与充电器结合起来，使得充电器的设计越来越体积小，智能化。充电器设计进入全新的阶段，这就是第三代充电器。这种充电器遵循各种电池的工作原理，由单片机进行控制通过转换各种充电模式对电池进行充放电，并且有温度保护功能，不需要人工参与，减少失误，有效的保护了电池，延长了使用寿命。3.自适应智能充电器：充电器发展史的第三个阶段，随着科技发展5电池的充电控制技术一.锂电子电池介绍

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，锂电子电池能量高、电能存储密度大、漏电量小，工作电压高，还可以制作成任意形状，适应不同产品的需要。锂电池于镍类电池相比，在相同输出功率条件下，重量减少一半，体积减少20%。锂电子电池没有记忆效应，可在任意时间点充电，并且有效的保持电荷，但是使用中要尽量避免过充过放，损坏电池。电池的充电控制技术一.锂电子电池介绍6二.电池终止充电控制方法

电池在充满电后，如果不及时停止充电，电池的温度将迅速上升。温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短电池寿命、容量下降。为了保证电池充足电又不过充电，采用定时控制、电压控制和温度控制等多种终止充电的方法。二.电池终止充电控制方法

电池在充满电71.定时控制该方法适用于恒流充电。充电的时候，因为是恒定电流，根据电池的容量还有充电电流的大小，可以很容易推算出来所需的充电时间。当达到充电时间后，定时器会发出信号停止进行充电或者改为浮充状态维持充电电流，这样可以有效的避免大电流充电对电池造成的损伤。这种控制方法的缺点是，充电前，电池的容量没法准确的去得知，而且在充电过程中也会有元器件的发热，导致一定的功率损耗，所以实际的充电时间不能准确得到。该方法充电时间固定，不能自动及时调整充电模式，所以有可能充不足电或者过充。1.定时控制该方法适用于恒流充电。充电的时82.电池电压控制在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有：电压负增量(—ΔV)：在充电过程中，负增量的出现不受电池电压、外界温度、充电速率的影响。所以，通过监测负增量可以准确判断出是否已经充满电。这种方法的缺点是：在电池充满电之前，会有局部出现电压负增量，此时会误判电池已经充满电而停止快充；还有镉镍电池在充满电以后由于出现负增量的现象比较缓慢，所以有可能在监测到负增量前电池就已经过充了，长期过充会损害电池的寿命。2.电池电压控制在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压9电压零增量(ΔV)：锂电池充电器中，为了避免因为负增量出现延迟而使电池过充，所以采用一种0ΔV控制法。这种方法通过比较电压的变化而对充电进行控制。缺点是由于检测元器件不是很灵敏，所以当充电时出现电压变化很小的情况，元器件会监测不出来变化，从而进行误操作，所以采用这种方法应选用高灵敏度检测器件。最高电压(VMAX)：电池电压达到最大值时，表示电池充满电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，立即停止快速充电。电压零增量(ΔV)：锂电池充电器中，为了避免因10这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高电压随充电速率、周围环境温度而变，而且电池组中各单体电池的最高充电电压也不同，因此采用这种方法并不能十分准确判断出电池是否充满电。这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高113.电池温度控制

因为大电流充电会造成电池发热，所以当温度过高超过设定的数值时，应立即停止充电。常用的温度控制方法有：最高温度(TMAX)：通常在电池充电过程中，设定的温度是40℃，当热敏电阻检测到温度超过40℃时，立即停止快速充电。这种方法的缺点是，热敏电阻响应有些滞后。温度变化率(ΔT/Δt)：电池在充满电后温度会持续上升，而且上升的速率是基本相同的，所以当电池温度每分钟上涨一度的时候，应立即停止充电，这种方式的缺点是由于热敏电阻的阻值与温度是非线性的，所以为了提高精度，应该设法减少非线性带来的影响。3.电池温度控制因为大电流充电会124.综合控制法以上的控制法各有利弊，为了能够准确的检测出充满电状态，需要各种控制法共同协作，这就是综合控制法，包括定时控制、温度控制、电池电压控制。4.综合控制法以上的控制法各有利13智能稳压充电器的硬件设计本课题所设计的充电器由单片机和充电集成电路协同进行充电控制，其中外部显示电路包括充电指示灯，蜂鸣报警器以及液晶显示屏，显示屏显示充电进度，输出电压以及温度，可以更加直观的给使用者展示充电状态。智能稳压充电器的硬件设计本课题所设计的充电器由单片机和充电集141.单片机控制模块AT89S52介绍AT89S52是由Atmel公司开发的一种低功耗，高性能CMOS8位单片机，该单片机功能强大，主要功能特性如下：·兼容MCS-51指令系统

·8k可反复擦写(>1000次）ISPFlashROM

·32个双向I/O口

·4.5-5.5V工作电压

·3个16位可编程定时/计数器

·时钟频率0-33MHz

·全双工UART串行中断口线

·256bytesRAM

·2个外部中断源

·低功耗空闲和省电模式

·中断唤醒省电模式

·3级加密位

·看门狗（WDT）电路

·软件设置空闲和省电功能

·灵活的ISP字节和分页编程

·双数据寄存器指针1.单片机控制模块AT89S52介绍15

第40管脚（VCC）是电源端；20管脚（GND）是单片机的接地端；第9管脚（RST）是单片机的复位端；第18、19管脚（XTAL1、XTAL2）是单片机外接振荡器和外部时钟信号输入端；31管脚（EA/VPP）是外接程序存储器访问控制端；30管脚（ALE/PROG）地址锁存脉冲输入引脚和只读存储器。

16I/O口端口结构：1.p0端口结构：I/O口P0.0~P0.7为8个管脚，8个管脚连接P1口的驱动，P1口驱动连接P1口锁存器，锁存器连接总线。P0口除了作为一般的I/O口使用外，还有第二个功能，就是作为地址和数据线与程序地址寄存器进行交互。2.p1端口结构：P1口除了作为一般的I/O口使用外，还用于在线编程，P1.0—P1.7中的P1.5、P1.6、P1.7三个管脚与下载线中三个端口相连，作为下载接口，所以P1口部分的I/O口有双重功能。3.p2口结构：p2口除了当作普通I/O口，第二功能与P0口相同，作为地址和数据线与程序地址寄存器进行交互。4.p3内部结构：p3口同样可作为普通I/O口，它与P0、P1、P2口一样，也具有第二功能，第二功能为与中断、串行口通信还有定时器进行相关的信息交互。I/O口端口结构：17晶振Y、电容C5，C6与单片机XTAL1和XTAL2相连，与单片机内部结构组成一个时钟信号源，作为单片机的工作时序。这种使用晶振配合产生时钟信号的方法称为内部时钟方式，晶振频率决定该时钟频率，这里单片机工作频率就是12MHZ。晶振Y、电容C5，C6与单片机X182.充电控制模块1脚（IN）输入管脚2脚（CHG）：充电状态指示管脚，同时驱动LED。3脚（EN/OK）：输入/输出管脚。4脚（ISET）：调节输入电流管脚。5脚（CT）：设置充电时间管脚。。6脚（RSTRT）：控制重新启动管脚。7脚（BATT）：电池输入脚，接单节电池正极。8脚（GND）：接地端。9脚（DRV）：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极。10脚（CS）：电流传感输入，接晶体管的发射极。2.充电控制模块1脚（IN）输入管脚19充电芯片MAX1898内部电路包括如下的几个部分：输入电流调节器、电流检测器、电压检测器、温度检测器、主控制器、定时器。电压的允许输入范围为4.5V-12V。通过外接电容C来设置充电时间T，通过外一个电阻来设置最大充电电流。充电芯片MAX1898内部电路包203.充电电压转换模块

由220V交流电经过电磁线圈耦合成低频的12V直流电，经过CW7805把12V输出电压转换为固定的5V输出。CW7805是三端口正电源稳压元器件，它的封装形式为TO-220。它性价比很高，应用范围非常广泛。工作时由于有过热限制以及工作区保护，元器件不易损坏，但是工作时会温度很高。散热问题有待加强。3.充电电压转换模块由220V214.液晶显示模块1602液晶显示器具有体积小、显示清晰、功耗低等特点1脚（VSS）：电路公共接地端电压。2脚（VDD）：器件内部的工作电压。3脚（V0）：液晶显示器对比度调整端，连接地电源对比度最高，连接正电源对比度最低。4脚（RS）：RS为选择寄存器，低电平0是选择指令寄存器，高电平1时选择数字寄存器。5脚（RW）：RW为读写控制端，低电平0时写入数据，高电平1时读取数据。6脚（E）：使能端，写数据时候，下降沿使能。7脚~14脚（D0~D7）：8位双向数据端口。15脚（BLA）：LED背光正极，开通背光需要串联一个限流电阻接VDD。16脚（BLK）：LED背光负极，接地。4.液晶显示模块1602液晶显示器具有体积小、显示清晰、功耗225.蜂鸣报警模块Sp是蜂鸣器，它的正极与三极管Q的发射极相连，负极与地线相连。工作过程为：I/O口输入高电平时，三极管Q的基极得到高电平，三极管导通，电流Vcc经集电极流向发射极，并流入蜂鸣器SP。5.蜂鸣报警模块Sp是蜂鸣器，它23智能稳压充电器的软件设计本次设计的充电器，要显示充电进度，充电电压，监控温度变化，并且由单片机控制电流输出。系统总流程图为：系统上电，初始化，检测充电信号，单片机控制进行充电，监测电压和温度，并在液晶屏上显示。智能稳压充电器的软件设计本次设计24定时器0程序说明：程序开始，停止定时器0计数，重设计数初值5ms，判断外部中断0是否产生3s~5s的信号，产生进入下一步，如果没有出现第二次外部中断0，则认为完成充电，蜂鸣器报警，关闭外部中断0。否则则认为充电出错。定时器0程序说明：程序开始，停止定时器0计数，重设计数初值525结论

本次设计的智能稳压充电器对硬件和软件两方面进行了设计，硬件设计为主，软件设计为辅，硬件设计首先设计了充电器结构，然后选择合适的元器件，智能化用AT89S52和MAX1898共同参与进行控制来体现。用AltiumDesigner设计充电电路原理图，并且绘制出PCB图，制作电路板，购买元器件，焊接出智能充电器。软件设计参考51单片机教程进行编写，设计出的程序满足充电器的硬件功能，给予充电器的智能控制足够的支撑。经过本次设计以及实物制作，基本上完成了当初预想设计的功能。结论本次设计的智能稳压充电器对硬26图中显示的是接通电源后的情况，电源指示灯（红灯）会亮，液晶显示屏显示温度，充电进度还有输出电压，这里没连接电池的时候，进度默认为100%。图中显示的是接通电源后的情况，电源指示灯（红灯）会亮，液晶显27图中显示的是连接上电池后的情况，充电指示灯（绿灯）会亮，表示正在给连接的电池充电，此时电路温度为27度，电池的充电进度为80%，输出电压为4.05V。图中显示的是连接上电池后的情况，充电指示灯（绿灯）会亮，表示28智能稳压充电器的设计与制作智能稳压充电器的设计与制作29提纲一.课题研究的意义二.手机充电器的发展史三.电池的充电控制技术四.智能稳压充电器的硬件设计五.智能稳压充电器的软件设计六.结论提纲一.课题研究的意义30课题研究的意义

随着科学技术的不断进步，易携带的电子产品以很快的速度更新换代，使得电池的续航时间大大增长，而作为电子产品不可或缺的一部分，运用到电池的地方越来越多，导致可充电电池的需求量也与日俱增，同时对充电器的要求也变得以低成本、低功耗、易携带、体积小、并且安全实用为主要指标。智能充电器是依靠先进的单片机控制技术所制造出来的充电器，通过对充电器进行设计，可以更加清楚的知道充电器的制作流程，提高我们对电子产品的设计能力，增强了我们的实际动手操作能力。充分把我们学过的各种知识，应用在设计思路，模型的建立、以及实物的制作中。课题研究的意义随着科学技术的不断进步，31手机充电器的发展史1.限流限压式充电器：这是充电器发展史的第一个阶段，这种充电器起初的充电方法是限压式充电，后来演变成限流限压式充电，充电器以使用时间长短为衡量基准，一般是8~10年左右，与充电次数的多少无关，浅充浅放。2.恒流/限压式充电器：充电器发展史的第二个阶段，这种充电方式在充电器发展历程中运用了大概50年的时间，其工作原理是用恒定电流充电到预定好的电压值，然后剩下的部分用恒定电压完成，两个阶段切换的电压就是第一阶段的最终电压，也就是第二阶段的恒定电压。手机充电器的发展史1.限流限压式充电器：这是充电器发展史的第323.自适应智能充电器：充电器发展史的第三个阶段，随着科技发展，先进的工艺制造，更高端集成化电路也与充电器结合起来，使得充电器的设计越来越体积小，智能化。充电器设计进入全新的阶段，这就是第三代充电器。这种充电器遵循各种电池的工作原理，由单片机进行控制通过转换各种充电模式对电池进行充放电，并且有温度保护功能，不需要人工参与，减少失误，有效的保护了电池，延长了使用寿命。3.自适应智能充电器：充电器发展史的第三个阶段，随着科技发展33电池的充电控制技术一.锂电子电池介绍

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，锂电子电池能量高、电能存储密度大、漏电量小，工作电压高，还可以制作成任意形状，适应不同产品的需要。锂电池于镍类电池相比，在相同输出功率条件下，重量减少一半，体积减少20%。锂电子电池没有记忆效应，可在任意时间点充电，并且有效的保持电荷，但是使用中要尽量避免过充过放，损坏电池。电池的充电控制技术一.锂电子电池介绍34二.电池终止充电控制方法

电池在充满电后，如果不及时停止充电，电池的温度将迅速上升。温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短电池寿命、容量下降。为了保证电池充足电又不过充电，采用定时控制、电压控制和温度控制等多种终止充电的方法。二.电池终止充电控制方法

电池在充满电351.定时控制该方法适用于恒流充电。充电的时候，因为是恒定电流，根据电池的容量还有充电电流的大小，可以很容易推算出来所需的充电时间。当达到充电时间后，定时器会发出信号停止进行充电或者改为浮充状态维持充电电流，这样可以有效的避免大电流充电对电池造成的损伤。这种控制方法的缺点是，充电前，电池的容量没法准确的去得知，而且在充电过程中也会有元器件的发热，导致一定的功率损耗，所以实际的充电时间不能准确得到。该方法充电时间固定，不能自动及时调整充电模式，所以有可能充不足电或者过充。1.定时控制该方法适用于恒流充电。充电的时362.电池电压控制在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有：电压负增量(—ΔV)：在充电过程中，负增量的出现不受电池电压、外界温度、充电速率的影响。所以，通过监测负增量可以准确判断出是否已经充满电。这种方法的缺点是：在电池充满电之前，会有局部出现电压负增量，此时会误判电池已经充满电而停止快充；还有镉镍电池在充满电以后由于出现负增量的现象比较缓慢，所以有可能在监测到负增量前电池就已经过充了，长期过充会损害电池的寿命。2.电池电压控制在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压37电压零增量(ΔV)：锂电池充电器中，为了避免因为负增量出现延迟而使电池过充，所以采用一种0ΔV控制法。这种方法通过比较电压的变化而对充电进行控制。缺点是由于检测元器件不是很灵敏，所以当充电时出现电压变化很小的情况，元器件会监测不出来变化，从而进行误操作，所以采用这种方法应选用高灵敏度检测器件。最高电压(VMAX)：电池电压达到最大值时，表示电池充满电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，立即停止快速充电。电压零增量(ΔV)：锂电池充电器中，为了避免因38这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高电压随充电速率、周围环境温度而变，而且电池组中各单体电池的最高充电电压也不同，因此采用这种方法并不能十分准确判断出电池是否充满电。这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高393.电池温度控制

因为大电流充电会造成电池发热，所以当温度过高超过设定的数值时，应立即停止充电。常用的温度控制方法有：最高温度(TMAX)：通常在电池充电过程中，设定的温度是40℃，当热敏电阻检测到温度超过40℃时，立即停止快速充电。这种方法的缺点是，热敏电阻响应有些滞后。温度变化率(ΔT/Δt)：电池在充满电后温度会持续上升，而且上升的速率是基本相同的，所以当电池温度每分钟上涨一度的时候，应立即停止充电，这种方式的缺点是由于热敏电阻的阻值与温度是非线性的，所以为了提高精度，应该设法减少非线性带来的影响。3.电池温度控制因为大电流充电会404.综合控制法以上的控制法各有利弊，为了能够准确的检测出充满电状态，需要各种控制法共同协作，这就是综合控制法，包括定时控制、温度控制、电池电压控制。4.综合控制法以上的控制法各有利41智能稳压充电器的硬件设计本课题所设计的充电器由单片机和充电集成电路协同进行充电控制，其中外部显示电路包括充电指示灯，蜂鸣报警器以及液晶显示屏，显示屏显示充电进度，输出电压以及温度，可以更加直观的给使用者展示充电状态。智能稳压充电器的硬件设计本课题所设计的充电器由单片机和充电集421.单片机控制模块AT89S52介绍AT89S52是由Atmel公司开发的一种低功耗，高性能CMOS8位单片机，该单片机功能强大，主要功能特性如下：·兼容MCS-51指令系统

·8k可反复擦写(>1000次）ISPFlashROM

·32个双向I/O口

·4.5-5.5V工作电压

·3个16位可编程定时/计数器

·时钟频率0-33MHz

·全双工UART串行中断口线

·256bytesRAM

·2个外部中断源

·低功耗空闲和省电模式

·中断唤醒省电模式

·3级加密位

·看门狗（WDT）电路

·软件设置空闲和省电功能

·灵活的ISP字节和分页编程

·双数据寄存器指针1.单片机控制模块AT89S52介绍43

第40管脚（VCC）是电源端；20管脚（GND）是单片机的接地端；第9管脚（RST）是单片机的复位端；第18、19管脚（XTAL1、XTAL2）是单片机外接振荡器和外部时钟信号输入端；31管脚（EA/VPP）是外接程序存储器访问控制端；30管脚（ALE/PROG）地址锁存脉冲输入引脚和只读存储器。

44I/O口端口结构：1.p0端口结构：I/O口P0.0~P0.7为8个管脚，8个管脚连接P1口的驱动，P1口驱动连接P1口锁存器，锁存器连接总线。P0口除了作为一般的I/O口使用外，还有第二个功能，就是作为地址和数据线与程序地址寄存器进行交互。2.p1端口结构：P1口除了作为一般的I/O口使用外，还用于在线编程，P1.0—P1.7中的P1.5、P1.6、P1.7三个管脚与下载线中三个端口相连，作为下载接口，所以P1口部分的I/O口有双重功能。3.p2口结构：p2口除了当作普通I/O口，第二功能与P0口相同，作为地址和数据线与程序地址寄存器进行交互。4.p3内部结构：p3口同样可作为普通I/O口，它与P0、P1、P2口一样，也具有第二功能，第二功能为与中断、串行口通信还有定时器进行相关的信息交互。I/O口端口结构：45晶振Y、电容C5，C6与单片机XTAL1和XTAL2相连，与单片机内部结构组成一个时钟信号源，作为单片机的工作时序。这种使用晶振配合产生时钟信号的方法称为内部时钟方式，晶振频率决定该时钟频率，这里单片机工作频率就是12MHZ。晶振Y、电容C5，C6与单片机X462.充电控制模块1脚（IN）输入管脚2脚（CHG）：充电状态指示管脚，同时驱动LED。3脚（EN/OK）：输入/输出管脚。4脚（ISET）：调节输入电流管脚。5脚（CT）：设置充电时间管脚。。6脚（RSTRT）：控制重新启动管脚。7脚（BATT）：电池输入脚，接单节电池正极。8脚（GND）：接地端。9脚（DRV）：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极。10脚（CS）：电流传感输入，接晶体管的发射极。2.充电控制模块1脚（IN）输入管脚47充电芯片MAX1898内部电路包括如下的几个部分：输入电流调节器、电流检测器、电压检测器、温度检测器、主控制器、定时器。电压的允许输入范围为4.5V-12V。通过外接电容C来设置充电时间T，通过外一个电阻来设置最大充电电流。充电芯片MAX1898内部电路包483.充电电压转换模块

由220V交流电经过电磁线圈耦合成低频的12V直流电，经过CW7805把12V输出电压转换为固定的5V输出。CW7805是三端口正电源稳压元器件，它的封装形式为TO-220。它性价比很高，应用范围非常广泛。工作时由于有过热限制以及工作区保护，元器件不易损坏，但是工作时会温度很高。散热问题有待加强。3.充电电压转换模块由220V494.液晶显示模块1602液晶显示器具有体积小、显示清晰、功耗低等特点1脚（VSS）：电路公共接地端电压。2脚（VDD）：器件内部的工作电压。3脚（V0）：液晶显示器对比度调整端，连接地电源对比度最高，连接正电源对比度最低。4