电能收集充电器Word格式文档下载.docx
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由于51系列单片机面世时间较早，因此虽然价格便宜易使用，但是有诸如功耗高、速度低、内部集成的设备少等一系列的缺点。
【方案二】采用MSP430F系列作为控制核心。
MSP430系列单片机功耗很低，且集成的设备也很丰富，但其价格较贵，尤其是配套的开发设备价格更是高昂，限制了MSP430单片机的性价比，不利于降低成本。
【方案三】采用ATMEGA16L作为控制核心。
AVR是8位的RISC微控制器，它在指令和数据吞吐能力方面比传统的CISC结构要快很多倍。
AVR具有很丰富的片内模拟和数字外设，具有较强的数据处理能力。
且其售价较低，编程器也可自制，因此性价比很高，有利于降低成本。
【方案选择】430系列虽然功耗很低，但其编程器和开发板价格较高；
51系列单片机虽然上手容易，且价格低廉，但性能低下；
而属于AVR系列的ATMEGA16L单片可以自制编程器，且性能较强，因此性价比颇高。
考虑到在满足需求的情况下尽量节约成本，故本设计采用ATMEGA16L作为控制单元核心。
1.2.4提高效率的设计
【方案一】采用新技术，如对MOSFET采用软开关工作方式，避免开关管在硬开关条件下的较大开关损耗，从而可显著提高转换器的效率，或采用同步整流方式降低续流管上的损耗；
可以采用交错式开关对，因其工作相位恰互相相差180°
，可以很好的抵消输出纹波。
【方案二】在设计诸如PCB板等部件时注意细节，如果采用70微米或105微米厚铜层电路板，走线时尽可能粗短，输入滤波电容和输出滤波电容尽可能靠近开关管和电感，以使三者环路面积最小，尽可能减小由纹波电流而产生的损耗；
在制作电感时采用铁硅铝或铁镍钼材料的磁环，相比26材铁粉芯（即常用的黄白环）能显著减小电感线圈铁损，绕线时采用多股漆包线或纱包线，以尽可能减小由趋肤效应导致的铜损。
第二章硬件系统设计
2.1Buck电路
当Es>
3.6V时，需通过升压电路将Es降低到稍大于3.6V，以实现能向电池充电的Es尽可能小。
本设计采用LM2671实现降压过程。
LM2671引脚图及内部结构图及Buck电路见附录一。
其输出电压为
（公式二）
图五
2.2Boost电路
当Es<
3.6V时，需通过升压电路将Es升高到稍大于3.6V,否则无法实现充电过程。
本设计采用MC34063控制芯片，可实现从0.8V升到3.6V。
由电流检测电路的比较输出信号控制其PWM波占空比。
MC34063引脚图和内部结构图以及具体BOOST电路见附件一。
（公式一）
图四
2.4启动电路设计
由稳压管和1/4LM324组成一个锁定电路。
当电压低于2.1V时，将单片机锁定；
当高于2.1V时，解锁单片机（单片机在电压高于2.1V时才能正常工作）。
单片机解锁后，将按照程序设定启动相应转换模块，待模块稳定后接通被充电电池，向其充电。
第三章软件系统设计
系统选用的主控制器是ATMEGA16单片机，软件设计包括主程序和A/D采样子程序两部分。
3.1主程序。
主程序包含有A/D采样子程序。
在AD采样读取成功后对数据进行分析，并选择合适的基准源。
该过程结束后进入低功耗模式，等待下一个采样周期的到来。
3.2A/D采样子程序。
A/D使用通道0进行电流检测。
单片机给A/D发出通道选择信号，然后等待A/D芯片转换数据，最后读取其数据。
主流程A/D子程序图
第四章测试结果分析
4.1测试方案
测试方案见附录四，测试所用仪器见附录四
4.2测试结果
4.2.1充电电流Ic测试结果如表1：
（Rs=0.1
Es<
1.1V）
表1充电电流测试
Es/V
0.296
0.509
1.012
1.099
Ic/mA
88
145
302
335
以上数据输出电压用四位半表测得，输出电流用五位半表测得；
输入电压和输入电流均用四位半表测得。
4.2.2充电电流Ic测试结果如表2：
（Rs=1
，
）
1．212
1.515
2.409
2.694
3.004
Ic/A
283
366
649
750
858
4.2.3充电电流Ic测试结果如表3:
（Rs=100
11
13
15
17
20
73.2
94.0
115.2
138.9
177.2
4.2.4升压通电效率
序号
1
2
3
4
5
Es
4.3结果分析：
我们先测试了Es和Ic
第五章总结
经过四天三夜的辛勤努力，我们三人齐心协力完成了题目给出的要求。
但由于时间紧，任务重，系统还存在一些可以改进的地方，如可以采用单片机统一控制升降压电路，以此更节约成本。
经过这次电子设计竞赛，我们在电路的设计、调试方面得到了很好锻炼，更深深地认识到动手实践的重要性，也体会到了团队协作的巨大力量。
在今后的学习生活中，我们将会继续努力提高自身能力，争取更大的进步。
第六章参考文献
《开关稳压器应用技巧》沙占友，马洪涛著；
中国电力出版社，09.2
《开关电源技术与典型应用》路秋生著；
电子工业出版社，09.3
《逆变技术基础与应用》曲学基等著；
电子工业出版社，07.
《逆变电源设计与指导》陈贤忠著，机械工业出版社，08.7
《开关电源设计指南》（英）MartyBrown著；
机械工业出版社，06.1
《模拟电子技术基础简明教程》杨素行主编；
高等教育出版社，06.5
《AVR单片机应用系统开发典型实例》张军著；
中国电力出版社，07.8
《AVR单片机C语言高级程序设计》周兴华著；
中国电力出版社，08.3
《AVR单片机从入门到精通》温正等著；
中国电力出版社09.6
《全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编》北京理工大学出版社，04.8
《全国大学生电子设计竞赛系统设计》黄智伟著；
北京航空航天大学出版社，06.12
第七章附件
附件一：
单元电路图和芯片介绍
1.
Boost电路
MC34063引脚及内部结构图
2.
Buck电路
LM2671引脚及内部结构图
3.
电流检测电路
LM324引脚及内部结构
附件三:
测试使用的仪器设备
1.测试方案
2.测试使用的仪器设备
名称
型号
数量
备注
3位半数字万用表
UNI-T
深圳胜利公司
函数信号发生器
GFG-8216A
南京无线电仪器厂
逻辑笔
双踪示波器
YB4365
江苏扬中电子仪器厂
数字示波器
TDS210
广州致远电子有限公司
附件四：
题目单
一、任务
设计并制作一个电能收集充电器，充电器及测试原理示意图如图1。
该充电器的核心为直流电源变换器，它从一直流电源中吸收电能，以尽可能大的电流充入一个可充电池。
直流电源的输出功率有限，其电动势Es在一定范围内缓慢变化，当Es为不同值时，直流电源变换器的电路结构，参数可以不同。
监测和控制电路由直流电源变换器供电。
由于Es的变化极慢，监测和控制电路应该采用间歇工作方式，以降低其能耗。
可充电池的电动势Ec=3.6V，内阻Rc=0.1Ω。
二、要求
1、基本要求
（1）在Rs=100Ω，Es=10V～20V时，充电电流Ic大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）。
（2）在Rs=100Ω时，能向电池充电的Es尽可能低。
（3）Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能的Es尽可能低。
（4）Es降低到不能向电池充电，最低至0时，尽量降低电池放电电流。
（5）监测和控制电路工作间歇设定范围为0.1s～5s。
2、发挥部分
（1）在Rs=1Ω，Es=1.2V～3.6V时，以尽可能大的电流向电池充电。
（2）能向电池充电的Es尽可能低。
当Es≥1.1V时，取Rs=1Ω；
当Es＜1.1V时，取Rs=0.1Ω。
（3）电池完全放电，Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能（充电输出端开路电压
＞3.6V，短路电流＞0）的Es尽可能低。
当Es＜1.1V时，取Rs=0.1Ω。
（4）降低成本。
（5）其他。
附件二:
源程序代码
//////////////////////////////////////////////
#include
<
iom16v.h>
#include<
qidongAD.h>
zhongduan.h>
digonghao.h>
macrose.h>
#define
uchar
unsigned
char
uint
int
OUT1_0
（PORTB=PORTB&
0xfe）
OUT1_1
（PORTB=PORTB|0x01）
OUT2_0
0xfd）
OUT2_1
（PORTB=PORTB|0x02）
value,dis_val;
i,flag;
CNT;
int
t=0;
/****************************************/
void
port_init（void）
{
PORTA
=
0x7F;
DDRA
PORTB
0xFF;
DDRB
PORTC
DDRC
PORTD
DDRD
}
/************************************/
timer0_init（void）
//定时器0初始化
{
TCNT0
0x83;
//1ms定时初值
OCR0
0x7D;
//定时器0的计数预分频
TCCR0
0x03;
//
}
/*************************************/
#pragma
interrupt_handler
timer0_ovf_isr:
10
//T/C0中断服务函数
timer0_ovf_isr（void）
//重装1ms定时初值
if（++i>
3）i=0;
switch（i）
//case
0:
PORTA=SEG7[dis_val%10];
PORTC=ACT[0];
break;
1:
PORTA=SEG7[（dis_val/10）%10];
PORTC=ACT[1];
///case
2:
PORTA=SEG7[（dis_val/100）%10];
PORTC=ACT[2];
//
case
3:
PORTA=SEG7[dis_val/1000];
PORTC=ACT[3];
default:
timer1_init（void）
TCNT1H
0xE7;
//50ms定时初值
TCNT1L
0x96;
//
TCCR1B
//定时器0的计数预分频
/***************************************************/
timer1_ovf_isr:
9
//T/C1中断服务子函数
timer1_ovf_isr（void）
//重装50ms定时初值
/****************************************************/
adc_init（void）
ADMUX
0xC0;
//通道0
ACSR
0x80;
//关掉模拟比较器
ADCSR
0xE3;
adc_isr:
15
//ADC中断服务子函数
adc_isr（void）
//conversion
complete,
read
value
（int）
using...
value=ADCL;
value|=（int）ADCH
8;
flag=1;
/***************************************/
init_devices（void）
//芯片初始化
port_init（）;
timer0_init（）;
timer1_init（）;
adc_init（）;
TIMSK
0x05;
SREG=0x80;
delay（uint
k）
//延时函数
i,j;
for（i=0;
i<
k;
i++）
{
for（j=0;
j<
140;
j++）;
delay_ms（unsigned
t）
for（;
t>
0;
t--）;
/******************************************/
conv（uint
i）
//数据转换
long
x;
y;
x=（5000*（long）i）/1023;
y=（uint）x;
return
}
benchmark（void）
char
n=0;
switch（n）
{DDRB=0x80;
//B7脚设为输出，其他较输入
PORTB=0x00;
//B7脚输出低电平
DDRC=0x00;
//C端口设为输入
PORTC=0x00;
DDRD=0x00;
//D端口设为输出
PORTD=0x00;
delay_ms（100000）;
n=1;
;
DDRB=0x00;
DDRD=0x02;
//D0脚输出低电平
n=2;
/;
DDRD=0x01;
//D1
n=3;
DDRD=0x04;
//D2
n=4;
4:
DDRD=0x08;
//D3
n=5;
5:
DDRD=0x10;
//D4
n=6;
6:
DDRD=0x20;
//D5
n=7;
7:
DDRD=0x40;
//D6
n=8;
8:
DDRD=0x80;
//D7
n=9;
/////
9:
DDRC=0x01;
//C0
n=10;
10:
DDRC=0x02;
//C1
n=11;
11:
DDRC=0x04;
//C2
n=12;
12:
DDRC=0x08;
//C3
n=13;
13:
DDRC=0x10;
//C4
n=14;
14:
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