电气工程及其自动化毕业论文基于单片机的锂离子电池充电器的设计Word文档格式.docx
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随着科技的发展，人们对身边电子产品的数字化、自动化和效率的要求越来越高。
便携式电池已成为用户的首选。
随着各种类型电池的出现，用户在考虑电池的环境保护和成本性能的同时更加注重电池的便携性。
锂离子电池由于其高体积比能量和环境性能而成为市场的主流，符合当今世界电池技术的发展趋势[1]。
中国锂电池行业的年增长率已超过20％,2016年，电池总需求量达到约50亿。
可以看出，锂电池将在未来很长一段时间内成为中国电池行业的领导者。
虽然我国已是仅次于日本的锂离子电池生产大国，市场增长空间巨大，但并非强国，在全球锂离子电池产业仍处于低端。
随着移动电话使用者数量的增加，移动电话的维护已成为许多移动电话使用者的一个问题。
作为移动电话电池的一个重要组成部分，移动电话电池直接影响其使用寿命和性能。
智能手机的屏幕越来越大，功能也越来越多。
现有的锂离子电池产品越来越难以满足需求。
选择合适的充电器，可以延长我们的手机锂离子电池的使用寿命。
目前，用户除了通过原厂配备的充电器对便携式设备充电外，一般还使用移动电源补充电池电量。
根据日本山野经济研究所的预测，锂离子电池正在迅速取代传统的镍铬镍氢电池市场，年增长率为53.33%。
目前国内移动电源市场的主要品牌有小米、爱国者、品升、华为等。
国外市场的知名品牌有Boostcase、Mala等。
近年来，移动电力市场得到了极大的发展，市场上出现了各种品牌。
同时，移动电源产品还存在许多问题需要解决。
例如充电时间过长，USB输出电压不稳定，功率转换效率不高，输出保护相对单一。
输出大电流时散热性能不好等。
相较于国外而言，国内的锂电池智能充电系统性能欠佳，还需要加大研究力度[2]。
（三）本研究的主要内容
由于充电速度非常快，在充电后未完全关闭的电池组可能会燃烧，从而严重影响电池的寿命。
一些低成本充电器使用电压比较方法。
为了防止过充电，一般充电至90℃以上的高电流快速充电，以及小电流湍流补充充电。
手机电池的使用寿命和一次性使用时间与充电过程密切相关。
锂电池是最常用的手机电池。
它在重量方面具有较高的能量比例，在体积上的能量比例、记忆效应、重复充电、使用寿命长、成本低。
锂电池需要更充电和保护电路。
为了有效地使用锂电池组，锂电池组需要充电至最大最大电压，但电压充电可能会损坏电池，这需要高度精确的控制。
此外，低压电池需要充电。
最好是对充电器进行热保护，并为电池提供更多的保护。
有些充电器不仅可以在短时间内对电池充满电，还可以对电池保持一定的维护效果，修复因使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活动下降）现象。
最具科学设计的货运设备通常使用由精确控制器控制的特殊货运控制芯片。
用于芯片充电部分，该部分能够在工作电电电流变化信号信号时探测完全充电。
通过计算机控制这些芯片有助于提高运算的智能。
例如，充电后，添加断电，蜂鸣器报警和液晶显示等功能。
充电器的智能化可以缩短充电时间，同时保持电池并延长电池寿命。
由于发展资源丰富，开发成本低，51控制器仍然有效和美好的未来。
在众多51系列MCU中，AT89系列MCU已在中国广泛使用。
AT89系列MCU是美国Atmel公司的8位产品。
他的特点是芯片包含闪存。
闪存是一种可以电气和电气擦除的闪存（表示为FPEPROM）。
它可以在系列的开发过程中轻松修改，以实现开发和调试。
更方便。
随着社会的不断发展，人们在工业生产中使用各种家用电器，仪器和数据采集和控制设备逐渐变得智能化，所以充电器有它的巨大发展空间，同时电子产品的不断更新，51单片机在实现手机电池充电器方面的应用就更有意义。
为了完成智能充电器的设计，我将进行以下工作：
1.分析货运执行情况和智能执行方法的执行情况，选择正确的充电池芯片。
2.设计硬件电路并绘制充电电路原理图。
3.执行软件设计和设计程序代码。
4.调试硬件和软件电路以验证整个设计。
二、充电技术
（四）锂离子电池的特点
锂离子电池通常由活性锂化合物组成，其结构非常具体。
通用正电子的主要成分是Licoo2，当电池充电时，对电池的两步施加的力会通过正极极连接释放锂离子，在此过程中，负电子粒子被排列成幻灯片。
在放电时，碳化物离子会沉淀在叶子的结构中，并与正电化合物混合在一起。
锂离子运动产生电力。
虽然化学反应原则非常简单，但目前工业生产中仍然存在许多实际问题:
正集材料需要添加添加剂，以保持多种货运活动，并且阴极材料必须在分子结构层面上设计。
它含有更多的锂离子:
除了稳定性外，正极和负极之间的充电电极必须连接得很好，并降低电池的内部电阻。
虽然锂离子电池对镍和镉电池储存储器的影响很小，但内存作用的原理是晶体，这种反应很难在锂电池中产生。
然而，在再充电和放电之后，锂离子电池的能力将会降低，这是复杂而多样的。
主要是极地物质的积极和消极变化。
从分子层的角度看，含有正极和阴极的锂离子的空壳结构将会瓦解并逐渐关闭，从化学角度看，正物质会钝化，并具有稳定的次要反应。
其他联系。
在物质上，正电极材料正在逐渐被减少，最后，在充电和放电期间可以自由移动的电池中锂离子的数量最终减少。
过充电和过放电会对锂离子电池的正极和负极造成永久性损坏。
从分子的角度来看，可以直观地理解，过放电将导致阳极碳过度释放锂离子并使其片状结构坍塌。
过充电几乎不会将过多的锂插入负碳结构中，有些锂离子不会被释放。
这就是为什么锂离子电池组通常配备可充电的电路。
锂离子电池组通常是控制片和装运控制片。
控制器包括多个记录装置，其价值如大小、温度、识别识别、装运状态和数量。
这些价值观在使用时会逐渐改变。
充电控制芯片控制电池的充电过程。
锂离子电池组的运输分为两个阶段:
快速流量充电阶段（电池灯为黄色）;
在稳定流电阶段的闪烁和不间断电流（电池）阶段，电池电压增加。
然后，电池的标准电压将被转移到控制板下的固定电压扫描仪，而不添加电压，以避免电池充电，并将电压逐渐降至零。
增加能量，充电完成。
电子统计芯片通过记录放电曲线（电压、电流、时间）计算电池的功率。
再使用后，锂离子电池组改变卸货曲线。
如果芯片不能再读完整的放电曲线，计算出的能量是不准确的。
所以我们必须把一个更大的校准芯片。
锂离子电池组在重量和体积方面的能量比例较高，对记忆没有影响，多次充电，寿命较长，使用寿命较低。
这些特性有助于开发便携式产品。
单质锂离子电池驱动的产品数量有所增加。
锂离子电池的缺陷是，充电器的要求更高，需要保护。
锂离子电池组用固定电流和电压充电。
为了有效使用电池能量，锂离子电池组需要充充电，但电压充电可能会损坏电池，这需要高度精确的控制。
此外，低压电池需要提前充电。
值得注意的是，安全和有效的货运控制已成为锂离子电池组应用的瓶颈。
就这些应用的特点而言，MAX1898是一种低成本、性能性能和价格的高度控制充电器，也是一种理想的锂离子电池充电器。
（五）智能充电器
在人们日常工作和生活中，充电器的使用越来越广泛。
从随身听到数码相机，从手机到笔记本电脑，几乎所有用到电池的电器设备都需要用到充电器。
充电器为人们的外出旅行和出差办公提供了极大的方便。
单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。
充电器种类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。
随着全球手机的广泛使用，手机电池充电器的使用变得更加普遍。
本次设计将通过一个典型实例介绍51单片机在实现手机电池充电器方面的应用。
设计所实现的充电器是一种智能充电器，它在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。
（六）本设计的功能模块
精准控制器:
检查充电器的智能控制，如自动停电，并发出警告。
充电控制装置:
充电过程由一个特殊芯片控制。
充电元件:
使用电压转换片将外部电压+2转换成外部电压+5V。
C51程序：
MCU控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电状态给出相关的输出指示。
三、设计思路思路
（七）单片机选择
电路保护:
配备输入压力保护、过道出境保护和填充保护功能。
运输过程中保护电路转轨或短路的内部问题。
是由整个系统来运作的，包括电压和发货人的流动值、发货人完成完成后的装运状况或保护状况、充电率以及与交付方法有关的各种参数，如电池电压，充电电流和温度。
电池的一系列保护功能，为不同的充电容量采用不同的充电方式为电池充电，延长锂离子电池的使用寿命，实现对电源系统的能化管理。
本文研究了当前国内外锂离子电池充电监控系统的现状，由于是基于单片机的系统设计，保证了采集、传输以及处理过程中的可靠性，开发了一种用于锂离子电池充电的信号控制系统，并完成了软件和硬件设计[9]。
通过软件和硬件测试，校准电路和充电系统保护变得简单，灵敏和可靠。
由于实验测试，该系统具有低功耗，高精度，高稳定性，响应性和易操作性等优点[10]。
MCU负责控制整个系统的运行，包括充电器的参考电压和电流值，充电完成时充电器的充电或保护状态，以及电池充电状态和各种实现方式参数如电池电压，充电电流和温度。
电池的一系列保护功能[11]。
该设计中使用的AT89C51装置的设计和集成电路不仅能够运送锂电池，而且还提供足够的压力控制和温度防护。
充电时充电器可能会损坏电池，并具有一定的智能功能。
该解决方案有效保护电池，缩短充电时间，最大限度地延长锂电池的使用寿命，符合当前的环保趋势。
（八）电池充电芯片的选择
1.如何选择电池充电芯片
市场上的大量电池充电器可以直接用于设计充电器。
该设计旨在为需要快速充电和出色电池保护的移动电话提供单节锂离子电池充电器。
据此，Maxim的MAXl898被选为电池充电芯片。
2.芯片MAX1898的特点
Maxl898可与外部PNP或PMOS晶体管组合，形成完整的锂离子电池。
MAX1898以固定电流/电压提供精确充电，电池电压精度为±
0.75，可提高电池性能并延长电池寿命。
用户可以使用内部电流传感器产生负载电流而无需外部电阻。
MAX1898提供货物状态的指示，指示将输出能量与货物连接的出口以及流量指示。
（MAX1898）其他功能，包括门禁控制，充电周期（不需要充电）安全定时器，带有可选的充电终止和低电流预载，用于过充电电池。
maxl898的主要特征如下:
简单而安全的线性充电方法。
原料PNP、低成本的PMOS。
输入电压:
4.5到12v。
可编程电流通道。
发光二极管（led）状况指数高。
计时器安全可编程。
可以重新格式化。
3.MAXl898的充电工作原理
充电薄片内部电路包括输入流调节器、电压检测器、充电电流检测器、计时器、热探测器和主要控制装置。
电流调节器用于限制电流，包括系统内的载荷和载荷流量。
输入通量通过在发现输入通量大于指定阈值时减少充电流加以控制。
考虑到该系统运行期间电力电量的重大变化，如果不安装电检测设备，发电能源必须能够提供最大通量和最大充电通量，从而增加能源的成本和音量。
输入流量输入功能减少对直接充电能源的需求。
MAXl898外部限流充电电源和P沟道FET可以安全有效地为单节锂电池充电。
其主要特点是能够在不使用电力的情况下降低能耗。
可以检查预加载，过压保护和温度保护。
最长的充电时间限制可以为锂电池提供二次保护。
MAX1898浮动以最大化电池容量。
在正常作业温度下充电的能源和电池组的情况下，应输入电池组以开始运转:
在运转状态结束时，脉冲充电电流为快速输送电流，或比晶片充电时间更长。
MAXL898测试可自动充电的能源，在没有电力时自动关闭，以减少电池泄漏。
在快速运转后，P型体外晶体管，当检测到电池电压达到某一阈值时，将输入脉冲运转模式，P区段晶体管的时间将缩短。
在充电结
束时，指针会闪烁12英寸。
max1898的典型充电线路如图3-1所示。
图3-1MAX1898的典型充电电路
当脉冲充电方式为P型时。
（1）输入电压范围为4.5至12v。
锂电池所需的充电方法是恒定电流和恒定电压。
电源的输入需要使用恒定电流和恒定电压源。
通常，可以使用DC电源和变压器。
（2通过外部FET提供锂电池的充电接口。
（3）充电时间tCHG由外部电容器CcT设定。
这里的充电时间是指快速充电时的最大充电时间。
CCT=34.33×
tCHG
tCHG的单位是小时，CcT的单位是nF。
CcT通常被视为100nF。
（4）在限流模式下，最大充电电流IFSTCHG由外部电阻RSET设定。
关系如下：
1fstchg=1400/Rset其中RSEI-为Q且IFsTCHG为A.
当电池和电池在正常工作温度下充电时，就要安装电池开始充电。
平均充电电流少于稳定的快速充电电流在超过晶片规定的最大充电期时，充电周期即告结束。
启动快速充电后，打开晶体管。
当电压达到特定门槛时，激活脉冲充电模式，当电结束时，led会定期闪烁。
具体的闪烁含义如表3-1所示。
表3-1MAX1898典型充电电路的LED指示灯状态说明
充电状态
LED指示灯
电池或充电器没有安装
灭
预充或快充
亮
充电结束
充电出错
以1.5Hz频率闪烁
四、硬件电路设计
硬件设计由A/D转换电路、保护电路、复位电路、信号采集和检测电路等组件。
电路设计如图4-1所示：
0.
图4-1硬件电路设计图
硬件电路设计主要集中在MAX188充电芯片上。
（九）主要器件
该设计的核心部件MAX1898。
MAX1898可安全地为所有化学类型的Li+电池充电。
它集成度高，集成了更小的功能，覆盖了尽可能多的基本应用程序，并且只需要少量外部组件。
MAX1898为10引脚，超薄型的MAX封装，其引脚分布如图4-2所示。
图4-2MAX1898引脚分布
其引脚功能如下：
IN（1引脚）：
传感输入，检测输入的电压或电流；
EN为输入脚，可以通过输入禁止芯片工作；
OK为输出脚，用于指示输入电源是否与充电器连接；
连接时间电容器以设置充电时间。
当电容为100nF时，几乎是3小时。
直接将此引脚接地将禁用此功能。
RSTRT（6引脚）：
控制引脚自动重启。
当此引脚直接接地时，如果电池电压低于参考电压阈值以下200mV，则将恢复充电周期。
当此引脚通过电阻接地时，可以降低其电压阈值。
此引脚悬空或者CT引脚接地（充电时间设置功能禁用）时，自动重新启动功能被禁用；
BATT（7引脚）：
电池感应输入引脚连接到单个Li+电池的正极。
该引脚需要连接到大型电解电容接地;
GND（8引脚）：
接地端；
DRV（9引脚）：
连接到晶体管基极的外部晶体管驱动器;
CS（10引脚）：
电流检测输入，连接到晶体管的发射极。
该设计的MCU芯片选用Atmel的AT89C52，完全可以满足要求。
这里，LM7805电压转换芯片有三个引脚用于完成此功能。
图4-3LM7805引脚分布图
其引脚功能如下NC（1引脚，4引脚）：
浮动;
+（2引脚），-（3引脚）：
LED的正负;
GND（5引脚）：
接地端子;
输出（6引脚）：
输出引脚;
EN（7引脚）：
启用脚。
低时，有无输入，输出都为高。
不使用时，悬空即可；
VCC（8引脚）：
电源输入脚。
（十）电路原理图及说明
单片机的电路原理图如下图4-4所示。
图4-4单片机原理图
图中，ul为单片机AT89C51，工作在11．0592MHz时钟；
u2为蜂鸣器，蜂鸣器由单片机的P2．1脚控制发出报警声提示；
单片机的外部中断O由充电芯片MAXl898的充电状态输出信号／CHG经过反相后触发。
下图4-5所示的为电压转换及光耦隔离部分电路的原理图。
图4-5电压转换及光耦隔离部分电路的原理图
图4-6充电控制部分的电路原理图
电容为100，最长时间为3小时。
本设计展示了基于89c51的锂电池的智能充电系统。
通过对单计算机运算的智能控制，对产品质量的要求和锂电池的探测就会增加，提高了手机电池的使用效率，能够延长电池的使用寿命。
在电池充电过程中，系统采用恒压恒流的充电状态，给过放电的电池使用涓流充电，保证了锂离子电池安全充电[12]。
该设计包括硬件电路和单片机软件模块。
（1）A/D转换电路
该系统可以同时收集电压信号、电流和温度，而不需要扩大ADC[13]的范围。
内部模具转换器应包含一个具有内部参考度的取样圈。
通过电压器,当收集的电压、电流和热信号时，通过增加芯片容量来更好地隔开噪音。
如图4-7所示。
图4-7A/D转换电路图
（2）保护电路
短路保护电路主要由负责端子的电压采样电路，比较电路和1V的参考电压电路组成。
其实质是外部电路中断微控制器电池的短路保护。
单片机启动中断程序中的短路保护并切断主电路[14]。
过载充电电路的主要思想是产生低频控制信号，当电压为4.25±
0.05V时，关闭Q18晶体管，从而关闭充电电路并获得额外的能量保护;
如果电压低于4.0V，控制输出的控制输出将在接收到Q18时控制充电电路。
如图4-8所示。
图4-8保护电路图
（3）复位电路
STC809R作为复位芯片发挥功能。
这个芯片是专用的重置芯片。
当接通电源时，MCU的振动稳定并且当电压值大于用户的设定值时开始操作。
当切断电源时的电压值低于用户的设置值时，MCU可以重置。
当电池电压下降至某个值时，MCU已经处于复位状态。
通过使用该消除电路，对于在消除时保存数据而经过了足够的时间[15]。
如图4-9所示。
图4-9复位电路图
（4）信号采集电路
信号获取电路包括电压获取电路和温度获取电路[16]。
电流收集电路使用MAX4081作为检测芯片。
该芯片的输入电压范围是4.5V~760v，非常适用于严密监视高压电流的系统，所以泳池群的最高电压可以用作电源。
当系统供给芯片上的基准电压时，基准电压变为1.5V。
销OUT输出电压与参考电压、RS+销的电压状态有关。
当RS端电压大于RS+端电压时，OUT引脚输出电压低于参考电压。
当RS端电压低于RS+端电压时，OUT引脚输出电压比参考电压高。
获取电压电路，电池输入接口电压，高压采样8通道网络，低压采样电压8通道网络，8通道高压信号选择电路，8通道低信号温度检测提供安全的充电步骤。
由于系统温度信号的精度很低，系统的热敏电阻为100kΩ和1°
。
确定温度指示电阻分压器。
我开发了四种温度测量方案。
各个通道的电压信号直接连接到MCU。
如图4-10所示。
图4-10信号采集电路图
（5）检测电路
充电过程中,充电电池的电压,必须实时检测系统,检测出了温度和充电电流充电的状态,根据实时的控制电池充电[17]。
状态检测电路的参数是否正确,直接确定检查和充电控制是否正确。
这是智能充电系统的重要部分,占。
充电状态检测电路的主要功能是检测电池电压、充电电流检测和电池温度。
通过这些机制主要芯片内部x对于包括ls标本的检测电路是实时的标本电池状态，并且xls的标本获得了对处理电路的数据进行检测的参数。
如图4-11、4-12所示。
图4-11检测电压、电流的电路图
图4-12检测温度的电路图
通过对设计要求的分析和各元器件的了解，得出分立元件与集成块的某些连接方法，选择合适的设计方案，从而达到设计功能的要求，并且把这些元器件焊接在一块电路板上。
本次软件采用AT89C51单片机结合MA1898锂离子电池充电芯片进行设计，C语言进行编程。
MAX1898和外部单片机的共同作用下，实现了充电的过程[18]。
通过对硬件电路的分析，通过主要控制MAX1898使能及充电完成和充电出错时的信号指示控制，用软件程序来实现电流、电压、温度的采样和保护以及声光报警的功能。
图4-7是正常充电状态下的单芯片软件程序的流程图。
图4-13正常充电状态下软件程序流程图
而且，在系统软件的设计中，需要在每个充电阶段都实时地跟踪充电过程的异常。
在充电器电压、电池电压、电池温度不满足充电状态的情况下，进入异常处理状态。
当出现异常情况时就会调用报警子程序发出报警信号，蜂鸣器会发出警报。
通过对硬件和软件的设计，实现了智能充电，充分保证了锂离子电池充电过程的安全性。
五、
软件设计
主要由MAX188控制充电器的充电过程以保护电池。
本主题的软件设计相对简单，主要功能如下。
当MAXl898完全充电时，/CHG引导从下向上变换，从而阻挡微控制器的INTO。
在CHG输出中，存在三个电池不正确或不输入电荷，第二种是充电完成，第三种是充电错误（此时，实际上/CHG会重复以1.5Hz的频率跳跃）。
显然，在前两种情况下，单片机可以直接控制光耦合器切断充电电源。
因此，可以在程序中区别对待第三次充电故障。
因此，在该中断中，如果判断出它不是充电错误，则关闭P2.0引脚以关闭电源，并控制P2.1引脚以启动蜂鸣器警报。
（十一）程序流程
单片机程序流程控制智能充电器如图5-1所示
图5-1单片机控制智能充电器工作的程序流程图
（十二）程序说明
主要程序代码及其说明（见注释语句）如下。
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitGATE=P2＾0；
sbitBP=P2＾1；
uintt_count，int0_count；
／+定时器0中断服务子程序*／
voidtimer0（）interrupt1USing1
（
TR0=0；
／／停止计数
TH0=一5000／256；
／／重设5ms计数初值
TL0=一5000％256：
t_c
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