密级：
NANCHANG UNIVERSITY
学士学位论文（设计）
THESIS OF BACHELOR
（2011—2015年）
中文题目: 电动车智能充电器的设计与制作
英文题目：The design and manufacture of
electric smart charger
学院：南昌大学共青学院
系别：电子信息工程
专业班级：11级电子信息工程
学生姓名：
学号：
指导教师：
二○一五年六月
学士学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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本学位论文属于
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摘要
随着全球变暖，能源一天天紧张和空气严重污染，电动车成为一种新的代步工具越来越受欢迎，以其绿色环保，交通便捷，价格低廉等优势占领各大市场，基本每家每户都有一辆电动车。电动车充电器作为衡量一部优劣电动车的重要依据，也是顾客考虑消费的重要参数之一，普通的电动车充电器寿命短，充电慢，发生大量的硫化反应，产生大量的析气。充电不均衡，因此让充电器的寿命大大简短，使电动车的电力越来越少，根本不足以满足我们的日常交通需求。所以，我们开始寻求一种电动车智能充电器，根据普通的电动车充电器的缺点进行了相应的改正，本次设计采用了两种芯片，一种是AT89C52，另一种是LM331，之后应用所学的单片机知识和C语言知识共同设计出这款新型的智能充电器，采用电流型的控制方案，使其均衡充电，不影响充电器和电动车的寿命。利用创新的集成电路把控制芯片和大功率管集成在一起。主要用模拟智能充电器的各种输入信号完成该系统的硬件部分，C语言用来编程完成其软件部分，总体来说，该设计是基于C语言和单片机的智能设计。
关键词： AT89C52；LM331；单片机；C语言；充电器；电池寿命
ABSTRACT
As global warming and energy grew tense and serious air pollution, electric vehicles become a new kind of transportation has become more and more popular, with its green environmental protection, the transportation is convenient, the price is low wait for an advantage to capture each big market, every household has a basic electric vehicles.Electric car charger as a important basis of quality electric cars is also one of the important parameters of customers consider consumption, general electric car charger is shorter, charging slow, lots of vulcanization reaction, to produce large amounts of gas.Charge imbalance, so let the life of the charger short greatly, make the vehicle's less and less, to satisfy our daily traffic demand.So, we start to look for an intelligent electric car chargers, according to the shortcomings of the ordinary electric car charger for the corresponding correction, this design USES two kinds of chips, one kind is AT89C52, the other is a LM331, learned after the application of single chip microcomputer and the C language knowledge to design a new type of intelligent charger, using current mode control scheme, make its equalizing charge, do not affect the service life of the charger and electric https://www.doczj.com/doc/3e15596039.html,ing the innovation of integrated circuit to control chip with high power tube integration.Mainly use simulation of the intelligent charger all kinds of hardware parts to complete the system of the input signal, the C language programming to complete the software part, in general, the design is based on C language and single chip microcomputer intelligent design.
Key words:AT89C52;LM331;Single chip microcomputer;The C language；The charger；Battery life
目录
摘要................................................................................................................................ I ABSTRACT .................................................................................................................. II 前言.. (3)
第一章绪论 (3)
1.1课题背景 (3)
1.2课题研究的目的和意义 (3)
1.3电动车智能充电器的任务与要求 (4)
第二章电动车智能充电器的方案设计 (5)
2.1电动车智能充电器的工作原理 (5)
2.2方案概述 (5)
2.2.1方案比较 (5)
2.2.2方案论证 (6)
2.2.3方案选择 (6)
2.3主要芯片介绍 (6)
2.3.1主芯片AT89C52单片机 (6)
2.3.2 LM331芯片介绍 (8)
第三章电动车智能充电器的硬件系统设计 (10)
3.1 电动车智能充电器的设计与制作系统框架 (10)
3.2 单片机最小系统电路 (11)
3.6 AD转换电路 (15)
第四章电动车智能充电器的软件系统设计 (16)
4.1软件设计总流程 (16)
4.2 显示程序 (16)
4.3 计数程序 (17)
第五章调试 (19)
5.1调试结果分析 (19)
5.2电路出现的问题及解决方法 (19)
总结 (20)
参考文献 (21)
致谢 (22)
附录A：程序 (23)
附录B：电动车智能充电器的系统原理图 (26)
前言
在21世纪这个年代，我们的科技日益跟新，但是我们的环境越来越糟糕。我们越来越追求绿色和环保，电动车因为其价格亲民，舒适方便，操作简单，出行安全，最重要的是绿色环保等多方面优点，电动车渐渐地取代了各地城市的摩托车，已经在全国各大城市普及。越来越多的电动车品牌展露头角，成文新一代的时尚，但是电动车技术已经达到成熟的阶段，在技术上已经很难达到创新和进步，只能在电动车充电器做到改善，达到对电动车铅蓄电池的无损充电，具有一定的广泛性和智能性。虽然看起来很简单，但是要做到完完全全的智能，要求充电器具有自动检测功能，可以自觉探测电动车蓄电池的类型，比如50V蓄电池，68V蓄电池等。也要专门针对探测到的电动车蓄电池的电压类型，提供分档式智能充电，液晶显示功能。拥有电池识别，电压检测，充电闭环控制能力，还需要具有铅蓄电池充电的修复功能。这么一个简简单单的产品，却要经历方方面面才能实现一个电动车智能充电器。
通过这次毕业设计，我参考了很多资料，包括英文资料，让我对英文资料有了更好的理解能力，更加深入地了解到了单片机的应用，同时也是对嵌入式应用的一个过渡，增加了自己不少的信心，当我决定做电动车智能充电器的时候，我病不清楚自己可不可以做出来，但是我心想，只要我肯付出汗水，就一定会得到意想不到的结果，那些困难，仅仅只是对一个没有行动都没有信心完成的人来说，从小老师家长就教育我，不要怕失败，就怕不努力，一次一次的失败，最后一定会成功。
第一章绪论
1.1课题背景
在这个电子技术高速发展的年代，电子产品已经离不开我们的生活，随着科技的发展，电子产品越来越多，应用也相当广泛，衣食住行面面俱到，可是，这些电子产品都有一个共同的特点，他们都需要电池充电，在改善电子产品的同时，充电器的要求也越来越高。所有的电子产品都逐一智能化，电源也得智能化也新恒伟一种时尚。充电器的智能化只要表现在对电池的充电算法和对环境的自适性方面现代科技越来越先进。笔记本电脑，手机，数码相机，电动小汽车等都使用蓄电池作为电源，他们的应用相当广泛。然而普通的蓄电池，只能使用专门的充电器。这些充电器充电时间长，充电容量越来越小，而且无法判断充电的电量和剩余充电的时间。用起来很不方便和智能。所以充电技术越来越得到人们的重视，而手机，电脑笔记本和数码相机都解决了某些问题，而电动车充电器却没有什么进展，电池损害大，用的就得也要一年就换一个，寿命很短，浪费我们的资源和金钱，如果能设计出一个充电电流均衡无损耗，充电时间短且有显示充的电量和剩余的时间，也就是高性能，小尺寸，重量轻才能满足人类的需求，让我们的生活更加便捷。
1.2课题研究的目的和意义
随着经济的不断发展，人们的环保意识也在不断的增强，再加上，是有的匮乏，汽油的价格也不断往上窜，所以，任命更多的选择了电动车出行，电动车不仅价格便宜，而且使用起来安全更方便，更重要特别环保，但是不同的是电动车其蓄电池寿命也不一样，我们研究的目的就是希望找到一个既方便又蓄电池寿命长的电动车充电方案，为此，我们针对电动车智能充电器展开设计，为我们接下来的生活带去更多的便捷。我也希望通过这次的论文题目，更好的增强自己的实践动手能力，用实践和理论相结合，更好的理解我们所学的知识，所有的知识要运用过才是我们自己的，我相信，我的这次设计将给充电器带来新的研究方案，突破自己，突破科技。
1.3电动车智能充电器的任务与要求
以对电动车蓄电池充电为目的，研究采用一种单片机智能控制方案实现对电动车铅蓄电池的无损充电，要求设计并制作出充电器实物模型。使充电器具有电动车蓄电池充电的能力，要求充电器具有一定的智能性和普适性。
性能参数：（1）、充电器具有自动监测功能，能够自动识别电动车蓄电池的电压类型，例如48V蓄电池、60V蓄电池、64V蓄电池等。
（2）、针对自动识别的蓄电池的电压类型，提供分档式智能充电，液晶显示。
（3）、无损充电主要体现在自动分档式恒流充电，其中有涓流充电能力。
（4）、具有电池温度检测、电压监测充电闭环控制功能。
（5）、发挥部分：具有铅蓄电池充电修复功能。
第二章电动车智能充电器的方案设计
2.1电动车智能充电器的工作原理
在现在这个年代，电动车一般会用酸蓄电池作为充电器，因为酸蓄电池有很多独特的优点。首先就是它的充电容量大，作为一个电动车充电器，每天要跑足够的远，所以电量大是必备的，越多的电量电动车跑的更远，一方面也考虑到价格，成本肯定是一个设计要考虑的问题，蓄电池充电器价格也相对低廉，同时也无记忆效应，让每次充电都不互相影响。但是也有一些缺点，蓄电池不能郭飞的充电，不然会造成蓄电池一定的损坏，也不能放电过度，同样也会是蓄电池遭到损坏，因为其体积大，质量重，所以写到有点不太方便，不过电动车本来就是携带重量的，所以这个问题不是什么问题。蓄电池的充电过程分为四个阶段。第一个阶段是涓流充电，铅蓄电池在充电开始的时期电流比较大，此时属于深度放电，特别容易产生热能，过高的温度温度直接影响到蓄电池充电的质量，所以此时就该使用微处理器来检测铅酸蓄电池的电压，然后输出稳定的小电流涓流快速稳定的充电。其二是快速充电电流，电压直线上升，达到一个电压值的时候，就进入了第三个阶段的充电过程—均充阶段，这是有一个稳定的电压，它可使电池容量渐渐地恢复到一开始的状态，此时电流慢慢降低，当降到一个值得时候，则充电进入了泛充电阶段，此阶段的作用是用来补充蓄电池前面充电过程所小号的能量，然后充电整个过程就结束了，这就是电动车充电器的原理。
2.2方案概述
2.2.1方案比较
表2.1 MP3方案的比较
2.2.2方案论证
表2.2 MP3方案的认证
2.2.3方案选择
综上图表所述，显而易见，考虑到开发难度以及开发成本两个大方面来看，方案二是特别好的一个方案，具有开发难度简单。稳定性能好，采用的芯片也不多，而且材料市面上也方便购买，价格低廉。而另外一个方案，主要是开发难度比较难，而且开发成本比较高，所以综合考虑，我选择了方案二。
2.3主要芯片介绍
2.3.1主芯片AT89C52单片机
图2.3.1 AT89C52SND1引脚图
1.主要性能参数：
(1).与MCS-51系列引脚和指令是完全兼容的。
(2).具有一千字的擦写周期。
(3).低功耗掉电模式和低功能空闲模式。
(4).8K字节boot flash memory USB/UART下载代码；
(5).具有3级加密程序储存器；
(6).零至二十四赫兹的全静态操作；
(7).8个中断源；
(8).32个可编程I/O口线；
(9).3个16位定时计数器。
(10).可编程串行UART通道。
2.功能特性概述：
AT89C51单片机一共有40个引脚端口，其中包括2个读写口线，2个全工串行通信口，32个外部双向I/O端口，还有2个外中端口，其实AT89C52有六个中断向量的，还有3个定时起中断和一个串行口中断。它是唯一一种高性能却低电压的8位通用微处理器的单片机。在他的片内存储器中，一共拥有128个单元特殊储存器，某一些字节是被定义的，但是大多数字节还没有被定义。为了准确读写，复位的行口中断单元为“0”。AT89C52比AT89C52增加了一个定时/计数器。
P0口：她是一组8位地址/数据总线复用口，如果将P0端口写“1”的时候，那么P0可用作高阻抗输入端用，加入把P0口当做输出口的时候，每位得到电流的方式驱动8个门电路。
TTTL逻辑门电路。假如对P1端口写“1”，此时上拉电阻电阻拉到高电平，外部信号把某个引脚拉低，输出一个电流。P1.0的作用是I2，时钟输出。P1.1的作用是定时/计数器。
P2口：它也是一个输入/输出口，内部带有一个上拉电阻，其作用个别P1口相似。值得一提的是它的第二功能，可以接受高位地址和一些控制信号当它在编程和校验的时候。
P3口：它也有一般的输入/输出口线外，它还有更重要的第二功能，就是它可以接收控制信号用于程序校验和Flash快速存储器编程。
RST:RST接口会有2个机器周期以上，它被称为复位输入，如果振荡器开始震荡的时候，单片机就会复位。
ALE/PROG:它的作用是对外输出时钟或用于定时。特别要当心访问外部数据存储器的时候，这是将跳过一个ALE脉冲。如果是访问外部程序或数据储存器的时候，地址锁存允许低八位的输出，只有对SFR区才方可禁止ALE操作，此时的ALE才能被movx和movc指令激活。另外，ALE禁止位是没有作用的。
PSEN:这是一个程序储存接口，假如AT89C52单片机接收到外部的数据或者外部的指令的时候，每一个机器周期可以输出2个脉冲，与此同时，外部数据存储器会完成2次PSEN的信号，它的输出低外部程序存储器的读选通信号。
EA/VPP
这是一个外部访问允许。EA端接地的时候，CPU仅仅只会执行外部程序存储器，与之相反，当EA端接电源端的时候，CPU则就会访问内部指令。
XTAL1
这是一个内部时钟发生器和放大器的输入端口，与普通的振荡器相反。2.3.2 LM331芯片介绍
图2.3 LM331引脚图
1.主要描述
此芯片为美国NS公司生产的一种性价比很高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器，A/D转换器，线性频率调制解调，长时间累计分数器以及其他相关器件。此芯片采用了一种全新的温度补差，可以调整基本的电路，在它工作温度范围之间，连在5的电源电压下都有很高的精确度，LM331的动态范围宽，可
以达到100db，线性度好，最大非线性失真小雨0.01%。当工作频率低于0.1hz 的时候，仍有很好的线性，变换的精确度很高，数字分辨率达到十二位，外接电路不复杂，只要接通几个外部元件就可以方便构成V/F或F/V等变换电路，并且可以保证转换精度。
2.引脚描述
表2.16LM331引脚描述
3.内部结构图
图2.4 LM331内部结构图
第三章电动车智能充电器的硬件系统设计
3.1 电动车智能充电器的设计与制作系统框架
图3.1电动车智能充电器的设计与制作框架
本设计采用美国NS公司生产的一种性价比很高的集成芯片LM331芯片，可用作精密频率电压转换器，主要围绕单片机知识来设计电路，运用的芯片是LM331来控制充电电路和显示电路，电池需要控制充电电路，电源电路推出充电电路。
3.2 单片机最小系统电路
图3.2 单片机最小系统电路
单片机最小系统电路主要由两部分组成，一个是时钟电路，另一个是复位电路。时钟频率直接影响到单片机的速度，时钟单片机的质量也直接影响到单片机系统的稳定性。时钟电路设计有内部时钟方式和外部时钟方式，此次电路选择的是内部时钟方式，电容C4，C5的值一般为30pF左右。虽然电容的大小没有严格的要求，但是直接影响到振荡频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的频率越高，相对应系统的时钟频率也会越高，单片机的运行速率与会越快，但是，运行速度快对储存器的速度要求也越高。晶振和电容应竟可能安装得与单片机芯片靠近，这样可以减少寄生电容，有效的保证了振荡器的稳定性和可靠性。为了提高温度稳定性，应选择温度稳定性能好的电容
复位电路上电自动复位和按钮复位两种方式，本设计因为要求只能和方便，采用了上电自动复位的方式，上电自动复位时通过外部复位电路的电容充电来实现的。
3.3显示电路
图3.3 显示电路
显示器采用七段发光二极管（LED）的显示器，它的优点是可以直接显示出0—9十进制数和一个小数点，让人一目了然。LED发生显示器有共阴极和共阳极两种接法。共阴极接法就是把发光二极管的阴极接在一个公共点（接地），同理，共阳极接法就是把发光二极管的阳极接在一个公共点（接地）。共阳极配套的译码器有74LS46,74LS47等，共阴极配套的译码器为CD4511，74LS48等。
3.4电源电路
图3.4电源电路
我们每个人都用过电器产品，所以我们都知道每一个电器产品都是通过电能转换成动能或者热能等等。电动车也一样，它也需要一个能够提供点亮的电源电路，一些小的功率电器可以使用USB接口通电，点电动车的功率比较大，耗电多，但是电动车又要跑动，不可能直接插在固定的电源上。所以必须找一个蓄电池充电，我们选择蒸馏电源。其大搞就是先把220V的高压交流电变成低压交流电，再用蒸馏电路变成脉动的直流电，最后利用滤波电路清除脉动后产生的交流部分后才可以得到最终的直流电，这就是电源电路。
3.5充电电路
图3.5充电电路
蓄电池放电之后，用放电电流和直流电流相反的方向通过蓄电池，使其恢复工作的状态，此过程成为蓄电池充电。当蓄电池充电的时候，此时的电源正好与电电池的正极相连，电源的负极与电池的负极相反。电池的电动势必须低于电源的电压。充电的方式有恒压和恒流两种。为了电池的稳定性和增强电池的寿命，我选择了恒压的方式。就是充电电源的电压在充电的时候保持在一个固定的电压值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少，比恒流充电法更接近于最佳充电曲线。
3.6 AD转换电路
图3.6 DA转换电路
取样，保持，量化和编程这四个步骤组成了一个A/D转换过程，取样和保持在取样—保持的电路中一次性完成，量化和编程在A/D转换电路中一次性完成。A/D转化器的性能参数主要有转换时间和转换精度。转换时间是指完成一个A/D转换所需要的时间，有时也叫做转换速度，它是指A/D转换从开始的时刻起到显示出稳定的数字信号所需要的时间。转换精度常用分辨率刚和转换误差来决定。分辨率是A/D转换器可以分辨最小的信号的能力，转换误差指的是转换结果相对于转换理论值的误差，一般用LSB的倍数来表示。
第四章电动车智能充电器的软件系统设计4.1软件设计总流程
图4.1 软件设计总流程
4.2 显示程序
void sishibav() //48V显示函数
{
P3=0x01;