基于单片机控制的电动自行车充电器的设计

模板1：本科毕业论文基于单片机控制的电动自行车充电器的设计年月日ThedesignofelectricBicyclechargerbasedonthecontrolofSCMSUNJia-weiSupervisor:XIEYu-jianApril2008I摘要随着人们环保意识的增强，以电动自行车作为交通工具，已成为人们的首选。而电池及其充电器是电动自行车的核心部件，老式充电器主要是限流限压、恒流限压式充电器，这些充电器设计并不理想。课题针对电动自行车电池的特点，以Microchip公司的PIC16F73单片机作为控制芯片，采用四模式充电技术，设计了一种基于单片机控制的电动自行车充电器，电路简单可靠，参数调整方便，同传统充电器相比，具有充电时间短，能耗低等优点，使蓄电池具有较大的使用容量和较长的循环寿命。关键词:充电器；PIC16F73单片机；四模式充电技术；蓄电池IIAbstractWiththeenhancementofenvironmentalawarenessamongthepeople,totakeelectricbicycleasameansoftransporthasbecomepeople’firstchoice.Batteriesandchargersarethecorecomponentsoftheelectricbicycle,currentlimitedrestrictionsPressurechargerandtheconstantconstraintsPressurechargerarethemainchargersintheolddays,butthedesignofthesechargerisnotperfect,agaistthecharacteristicoftheelctricbicyclebatterisPIC16F73microcontrollerisusedasthecontrollingchip,wedesignachagerwhichiscontrolledbySCM,usingfourmodelschargingtechnology.thecircuitissimpleandreliable,theparametersareeasilytobeadjust,comparedwitholdchargers,theperformancesuchastheshortchagingtime,lowenergylossesareeasilyobtained,thechargingbehavorsmakethebatteryhavegoodcapacitanceandalongcyclelife.Keywords:charger;PIC16F73SCM;four-modechargingtechnology;BatteryIII目录1绪论...................................................................12电动自行车充电模式分析.................................................22.1密封铅酸蓄电池的结构、原理分析.....................................22.2充电模式选择........................................................22.2.1目前常用的充电方式.............................................22.3充电模式的确定.....................................................33电动自行车充电器的设计.................................................53.1充电器原理.........................................................53.2充电控制技术.......................................................53.3充电器的主要技术指标...............................................73.4电动车充电器的硬件设计.............................................73.4.1直流电源部分设计...............................................73.4.2主控电路设计...................................................83.5PIC16F73单片机简介...............................................153.5.1PIC16F73单片机的主要功能特点.................................153.5.2PIC16F73的结构...............................................153.5.3PIC16F73单片机控制的充电器的工作原理.........................164控制电路的工作原理与实现..............................................174.1控制电路的工作原理................................................174.2控制电路的设计..................................................194.2.1电流内环设计..................................................194.2.2电压外环设计..................................................215电动自行车充电器的软件设计与实现.....................................225.1软件总体设计......................................................225.2充电终止控制法....................................................245.3显示与按键部分软件设计............................................256充电器可靠性分析......................................................26结束语...................................................................27参考文献..............................................................28附录...................................................................29致谢...................................................................3211绪论由于电动自行车节能环保，已经成为人们重要的交通工具。目前限制电动自行车发展的主要因素是电动自行车的动力来源——电池，要想大力发展电动自行车，必须提高电池和充电器的质量[1]。铅酸蓄电池在100多年的历史中一直不断地在改进提高，特别是密封铅酸蓄电池因其有着成本低、适用性宽、可逆性好、技术和制造工艺较成熟、安全可靠、具有瞬间放电力强、大电流放电性能良好、使用温度范围广等综合因素，已成为商业化轻型电动自行车主要采用的电池。充电器的发展经历了限流限压、恒流限压式充电器，而随着大规模集成电路的出现，充电设备进入了一个全新的自适应阶段，即自适应充电器。充电系统由具有特殊功能的单片机控制，不断检测系统参数，同一充电器可适应不同种类电池的充电，充电器可以调整自己的输出电流，无需人工选择。电动自行车的开发在全球范围内未能深入展开，最重要也是最困难的一个问题就是“充电”问题，本课题就是要针对电动自行车动力电池的特点，以Microchip公司的PIC16F73单片机作为控制芯片，设计了一款基于单片机控制的多模式充电器[2]。22电动自行车充电模式分析由于目前铅酸蓄电池的使用仍占市场的95%，大量电动自行车仍然使用铅酸电池作为动力电池，因此课题以密封铅酸蓄电池作为研究对象，进行电动自行车动力电池充电器的设计和实现[3]。2.1密封铅酸蓄电池的结构、原理分析全密封铅酸电池由正负极板、隔板、电解液、安全阀、气塞、外壳等部分组成[1]，正极板采用铅钙合金或铅福合金、低锑合金，负极板采用铅钙合金，整个电池反应密封在塑料电池壳内，隔板采用超细玻璃纤维隔板[4]，电池顶部装有安全阀，当电池内部气压达到一定数值时，安全阀自动开启，排出多余气体;电池内气压低于一定数值时，安全阀自动关闭。顶盖上还有内装陶瓷过滤器的气塞，它可以防止酸雾从蓄电池中逸出。正负极接线端子用铅合金制成，采用全密封结构，并用沥青封口。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，免维护蓄电池需要先用电源对其充电，将电能转化为化学能储存起来，蓄电池阳极的活性物质是二氧化铅(Pb02)，阴极的活性物质是铅(Pb)，电解液是稀硫酸(H2SO4)，其化反应式为：放电反应式:2PbSO4十2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4充电反应式:PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O容量和寿命是蓄电池的重要参数。蓄电池的容量(C)指的是它的蓄电能力。定义为:采用规定的放电速率(通常为10小时放电率)，充足电的电池放电至规定的终止电压能够放出的安时数。电池的寿命分为循环寿命和浮充寿命两种。蓄电池的容量减小到规定值以前，蓄电池的充放电循环次数称为循环寿命。在正常维护条件下，蓄电池浮充供电的时间，称为浮充寿命.2.2充电模式选择充电器品质的高低、充电性能的好坏对蓄电池的使用寿命和使用性能起着举足轻重的作用，对电动自行车的续驶里程能否保持最佳状态，是否会损坏电池和减少电池寿命，使用者能否得到经济和实惠，有着极密切的关系，因此充电器性能必须完善，必须重视充电的方式。2.2.1目前常用的充电方式常规充电有以下四种：①恒流充电法，其优点是控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气太多；②阶段充电法（此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法），这种方法3可以将出气量减少到最少，但作为一种快速充电方法受到限制；③恒压充电法，这种充电方法电解水很少，避免蓄电池过充，但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响；④快速充电技术近年来得到了迅速发展，主要有以下4种：脉冲式充电法，充电过程减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率；ReflexTM快速充电法，它主要面对的充电对象是镍福电池，采用这种充电方法，解决了镍福电池的记忆效应，大大降低了蓄电池的快速充电的时间；变电流间歇充电法，这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上，其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段，使蓄电池可以吸收更多的电量；变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法，能够在较短的时间内充进更多的电量，提高蓄电池的充电接受能力。以上充电方式优点是充电方法简单，易于控制，充电快速而安全，可以及时补偿蓄电池电量。缺点是容易造成过充，电解水，对蓄电池造成损害。2.3充电模式的确定目前4模式充电技术被认为是最佳充电技术，它综合了常规充