1、 I 毕业设计（论文）题 目： 智能充电器设计 目录摘要 .1Abstract .21 绪论 .31.1 论文研究背景及意义 .31.2 充电器的现状与前景 .31.2.1 充电电池的发展 .31.2.2 智能充电器的发展 .41.3 本设计研究的内容 .42 系统分析 .52.1 锂离子充电方式 .52.2 智能充电器的设计思路 .52.3 智能芯片的选择 .52.4 智能充电器的充电原理 .63 硬件电路设计 .73.1 单片机的选择 .73.1.1 电源及控制引脚 .73.1.2 并行 I/O口引脚 .83.2 MAX1898芯片的选择 .93.3 MAX1898参数设定 .103.4
2、电压比较器 LM393 .113.5 元器件清单 .123.6 电路图设计 .134 软件电路设计 .184.1 软件开发环境 .184.1.1 Keil uVision 软件 .184.1.2 C语言 .184.1.3 Protel99SE画图软件 .184.2 软件设计流程 .185 调试 .205.1 软件调试 .205.2 硬件调试 .205.3 出现的问题及解决办法 .20结论 .21谢辞 .22智能充电器设计1 智能充电器设计摘要：随着当今微电子技术的不断发展，手机、电脑、相机和平板等电子产品成为人们必备的生活物质。这些电子产品都依赖于电池，所以充电电池不断的发展。基于人们环保理念
3、的不断提升，电池就从以前的铅蓄电池发展到现在的锂离子电池，锂离子电池由于无污染、无记忆可重复使用和可快速充电等优点被普遍的采用，然而锂离子电池具有的过压损坏电池、充电电流不能过大和等效阻抗高等缺点，为了解决这些缺点防止电池的损坏人们提出智能充电器的概念，本课题就是基于 STC89C51 单片机和智能充电芯片 MAX1898 设计的一款适用于锂离子电池的智能充电器。其主要的工作原理是当电池的电量小于设定值域的时候充电器将自动识别并且给电池充电，同时监测充电电压及时控制充电电流实现智能控制要求。这样的充电器很好的解决了当前所面对的手机充电爆炸等问题，并延长了电池的寿命。本文详细介绍了智能充电器的工
4、作原理， 并且通过实验验证充电器的功能。关键词：锂离子电池 ；智能充电器；单片机；MAX1898毕业设计报告（论文）题目2Intelligent charger design Abstract：With the continuous development of todays microelectronics technology, mobile phones, computers, cameras and tablets and other electronic products have become an essential living material. These electron
5、ic products are dependent on the battery, so the continuous development of rechargeable batteries. The concept of continuous improvement of peoples environmental protection based on the battery from the previous lead battery to lithium ion battery development now, lithium ion batteries due to its ad
6、vantages of no pollution, no memory can be repeatedly used and can fast charging is widely adopted, however, the battery overvoltage loss of lithium ion battery with charging current is too large and the equivalent impedance in order to solve these disadvantages, shortcomings prevent damage to peopl
7、e put forward the concept of intelligent battery charger, the issue is based on intelligent charger STC89C51 MCU and intelligent charging chip MAX1898 to design a suitable for lithium ion batteries. The main working principle is that when the electric field is less than the set value, the charger wi
8、ll automatically identify and charge the battery, and monitor the charging voltage and control the charging current to realize the intelligent control. Such a charger is a good solution to the current mobile phone charging explosion and other issues, and extend the battery life. This paper introduce
9、s the working principle of the intelligent charger, and through the experiment to verify the function of the charger.Key words：lithium ion battery；intelligent charger；MCU；MAX1898毕业设计报告（论文）题目31 绪论1.1 论文研究背景及意义当代社会的快速发展，手机、电脑、数码相机和平板等电子产品的使用也越来越普遍，它给人们的生活带来了很大的方便，比如交友、联系、炒股、游戏等等。这些电子产品使用的大部分都是依赖于充电电池，
10、所以充电器就成为了关键。但是目前市场上的充电器种类繁多，最早的就是一对一的充电模式，后面发展到万能充然后到现在的各类充电器，这些充电器存在着各种各样的缺陷，比如质量低劣, 一些产品的低温性能、额定容量、放电性能、安全保护性能等方面都存在质量问题。这些质量问题会影响到手机的正常使用, 还会影响电池的使用寿命, 严重时还可能伤害消费者，近几年的手机爆炸事件穷出不尽多数都与充电器相关。虽然手机爆炸因数很多比如电池缺陷、短路、长时间充电等问题。但多数是充电时间过长引起的爆炸比如 2016年 9月三星 Note7爆炸事件中，就是由于当事人整夜是充电导致手机的爆炸，所以很好的控制电池充电成了现在手机充电器
11、研究的方向。目前的各大手机生产上也在尽力的研究和解决这方面的问题，所以智能充电器也就顺时而生。人们对于电子的产品的依赖越来越严重，安全和快速成为了对智能充电器的根本要求，根据充电电池的发展，充电器也在相应的改进和完善。智能充电器在原有的充电基础上实现很好的充电管理过程，这样的充电方式就很好的满足人们的需求，使得人们更加安全放心的使用。1.2 充电器的现状与前景1.2.1 充电电池的发展现在人们生活中电池随处可见，因为现代便携式电子产品飞速的发展， “微型”这个词也成为一时的热词，比如手机、相机、电动车等，体积不断的在减小，体积的减小也代表着电池体积不断的减小这样的电子产品才能更好携带方面。电池
12、的产生追溯到 1859年世界上产生了第一个铅蓄电池，最后电池的发展到镍电池，镍电池的寿命比较长但是这种电池具有如下缺点：一、对温度比较敏感；二、具有记忆性，当电池充完电使用时必须使用完剩余电量，这样操作上比较繁琐；三、对环境具有污染、由于里面的材料属于重金属，废弃的电池不能很好的回收污染环境，给人们带来很大的困扰。这些电池具有体积大和污染环境的缺点无法满足现代人们随身携带需求。1980 年锂电池诞生，锂电池具有体积小，在所有金属中质量最轻、能量密度大并且氧化还原位低，这些优点都很好的满足电子产品的需求所以得到了大力的发展。总而言之锂电池的具有如下优点：（1） 寿命长：锂离子的使用寿命明显优于其
13、他电池，它可以反复充电，充电的次数可达1200 多次，虽然其它电池也可以循环充电，但是充电次数最高只能达 500 次。（2） 体积小、比能大：锂是元素周期表中最轻的元素之一，同时具有极强的化学性能。（3） 无记忆效应：镍电池具有记忆效应必须定期的进行充放电，从而操作繁琐而锂离子电毕业设计报告（论文）题目4池就没有记忆效应，可以随时充电，不会因为剩余电量报废。（4） 自放低：锂电池的自放率每个月 2-5%,而镍电池的自放率高达 15%-35%。同时锂离子具有以下特性：一、饱和充电电压允许电压差为1%，所以充电时电压的控制需要比较精确。过充可能使得锂离子电池永远失效。二、充电温度在 060因为充电
14、时发生的化学反应会放热，所以过高的温度也会引起电池的寿命减短，甚至会引起爆炸。三、锂离子的终止放电电压为 2.5V，这就是设置 2.5V 快充的原因，因为 2.5V 的自放电如果严重也会引起电池永久失效；四、电池充电的终止电压为 4.2V,这和电池的阳极材料有关。所以很好的控制充电电压可以很好的解决当前手机电池寿命短和爆炸等事件。1.2.2 智能充电器的发展正是由于充电电池技术的不断发展对充电器的要求越来越高，比如手机充电器的发展，由以前单一的充电模式发展到万能充再到现在市场上流行的各种充电器，这些充电大部分存在质量低劣、充电电压、充电不饱等不合格问题，还有些存在充电的安全性、额定容量和低温性
15、能隐患问题。所以锂离子电池的发展就迫在眉睫，现在锂离子电池普遍使用在各个领域，所以现代充电器都具有如下的特点：一、限流作用；二、短路保护作用；三、快速充电作用。正是锂离子电池的充电特性比较特殊才会对充电器的要求比较高，以防发生爆炸等有的还和上位机相连，这样由处理器处理的数据可以显示出来使得人们直观看见充电状态。目前的充电器都是有线充电器，由于 USB接口用久会存在接触不良、适用面不广等缺点，将来的充电器会朝着无线充电器的方向发展，这种充电器由电磁感应传送能量，由于这种充电器存在着如下的优点：一、便捷性。它可以避免插拔接触不良等现象；二、一对多特性。由于感应产生的电，所以使用性强；三、智能性。当
16、电池充电充满就可以自动断电。为了抢占市场现在各大手机公司也在火热的研发当中。在 2016年苹果公司发布 iphone7时就是采取该充电模式宣传，所以可见智能充电器在未来是很占据市场的商品。1.3 本设计研究的内容本毕业设计的研究就是如何安全快速对手机的锂离子电池进行充电，实现充电电池的智能化、数字化管理，使得电池充电更加的安全同时延长电池的寿命。本次毕业设计的智能充电器中包括三个模块，这几部分模块分别是电压转换电路、智能充电芯片 MAX1898模块和 51单片机控制模块，同时介绍了各个模块的设计和作用。在软件上使用 protel99se、keil uVision、visio 等进行画图和仿真，
17、使用 C语言编写程序。基于硬件和软件的综合使用实现充电器的智能化。毕业设计报告（论文）题目52 系统分析2.1 锂离子充电方式由于锂离子电池对充电电压的要求精度非常高、电池等效阻抗高和温度要求高等特点，所以要求充电器对充电电压要很好的进行控制，这样才不会损坏锂电池。本此的设计是基于智能管理芯片MAX1898和单片机组成的智能充电器，在该充电器中充电分为三个阶段，这样就可以有效的实现控制充电过程，提高电池的寿命和安全性。（1） 预充电阶段：预充电阶段又称为涓流充电，在该阶段时，首先充电器会检查是否有电池的接入，确定有电池的接入后检查电池的电量，如果电流剩余量小于某一值域（2.5V）时此时如果以大
18、的电流对手机进行充电会永久的损坏电池，所以在充电的前期会进行小电流的充电，一般以恒流充电的 10%进行预充，确保电池的充电安全。（2） 恒流充电阶段：当电池电压达到某一值域（2.5V）且小于饱和电压，此时电池充电进入恒流充电状态，进入该阶段时充电将以最大电流充电，充电电池的电压上升。该阶段也称为快速充电阶段。（3） 恒压充电阶段：当电池的电量达到设定上限值时，为了更好的充电，充电器将会调节充电状态，此时进入恒压充电，相应的电流慢慢的减小，当充电电流降低到电池的终止门限，电池的充电完成。2.2 智能充电器的设计思路根据此次毕业设计的要求可知智能充电器需要如下几个模块：一、电压采集模块；二、控制模
19、块；三、电源变换电路.在设计该充电器时进行了很多的资料分析，在分析很多的文献之后指定了两份该充电器的设计方案：一、采用纯电路搭建方式，采样部分采用数模转换器比如 AD547，数模转换器将转换的信号被单片机读取，单片机读取信号以后控制 PWM波的占空比从而改变充电电流，通过这种方式实现智能充电过程。方案二、采用智能充电芯片 MAX1898,该芯片包括输入电流调节器、电压检测器等等功能，这个芯片的使用省略了外围繁琐的电路，再加上单片机的使用可以很好实现电池的智能充电。本设计中采用的是第二种方案，该种方案的设计比较简单有效的控制电路。2.3 智能芯片的选择由于智能手机的不断的发展，同时也推动了智能充
20、电芯片的发展，智能芯片的集成度高而且体积小，越来越满足市场的需求，市场上出现智能芯片的种类越来越多，所以在选择芯片上也有标准：电池数目、电池的类型、电池的电流等因数必须考虑在内。市场上一般选用的是SMC401、MAX1758、MAX1898 芯片，三种芯片的不同过在于 SMC401自带了处理器，这种芯片是高级芯片，在本次的实验中是结合单片机的使用设计一款智能充电器，所以不选择这款智能芯片，而毕业设计报告（论文）题目6MAX1757和 MAX1898的相似之处很多，都自带检测电压、电流调节器并且用于锂离子电池的充电，但最大的不同在于 MAX1898的外围电路设计比较简单，更加的容易实现充电控制，
21、并且该芯片具有如下的特性：（1） 电池的充电电压精度0.75，这样满足了充电需求延长电池的寿命；（2） 电源输入的电压范围为 4.5V-12V；（3） 充电时间可以自由设置，极大的保障电池的安全；（4） 内含有检流电阻，使得外部电路更加的简化；（5） LED 指示灯，可以直观的看出充电的状态；（6） 具有可编程电流。2.4 智能充电器的充电原理该智能充电器的是由智能芯片控制充电过程，单片机控制着蜂鸣器的警报来提示是否充满。该充电器的输入端可以直接使用手机充电器的插头或者电脑的 USB 输出（只要是 5V 电源就行） ，因为该智能芯片的允许电压范围在 4.5v-12v。接通电源时电源指示灯亮。该
22、充电器可以实现手机数据线直接充电和锂电池电池直接充电，当手机或电池没有接通时，充电指示灯不亮。将手机或者电池接通时，MAX1898 首先检查电池是否反接，如果电池反接，反接指示灯亮，这样可以防止反接出现电池损坏。当接入电池以后，该芯片检查电池电量，如果检查的电池电压小于 2.5V 时，充电器将以快充的 10%电流将手机充电，当充电电池损坏时，智能充电器将在设定的充电时间内检查是否电压还是小于 2.5V，如果在这段时间内还是小于 2.5V 时，充电指示灯将以频率为 1.5HZ 闪烁，并且蜂鸣器也将反复报警，这样可以判断出电池的好坏，节省能量损耗。当手机正常充电时，电池电压高于 2.5V 时，电池
23、将进入快充阶段（恒流阶段） ，此时的电流最大，当手机充电充满时，电池充电进入恒压充电阶段，电流将减小。此时的 MAX1898 芯片的/CHG 引脚的电平由低电平跳变成高电平，经过电压比较器输出低电平，充满指示灯亮（红灯） 。同时单片机查询到该引脚由高电平跳变成低电平，单片机控制 P2.0 引脚输出低电平，此时经过蜂鸣器的三极管导通，蜂鸣器报警，在手机正常充电时启动实时时钟和温度传感器的工作，当手机充电时发热较快超过温度设定值时（28度）蜂鸣器报警，充满电时单片机同时控制着时钟停止工作，时间锁定在液晶屏上显示。以上就是该智能充电器的智能控制全过程。毕业设计报告（论文）题目73 硬件电路设计由以上
24、的分析可知智能充电器由单片机控制模块、智能充电控制模块和蜂蜜器模块组成。智能充电器的系统运行图如下：图 3-1 系统框图3.1 单片机的选择本实验采用的单片机是 STC89C51 系列，它来源于 STC 公司。该单片机与 AT 系列功能差不多，但是又具有更突出的优点：增加在线可编程功能、灵活的在线编程方式在下载程序时候不需要专门的编程器烧录可直接通过 232 通信口和串口 P3.0/P3.1 直接下载。这种单片机是内含 4KB 程序存储器（ROM）和 256 字节的数据存储器（RAM） 。具有一个 8 位中央处理器（CPU）该单片机含有如下标准：（1） 4 个 8 位可编程并行 I/O 口（P
25、0 、P1/P2/P3） 。（2） 3 个可编程 16 位定时器/计数器。（3） 中断系统具有 8 个中断源、8 个中断向量。（4） 一个全双工的异步串行通信口。（5） 片内含有振荡器和时钟电路。3.1.1 电源及控制引脚（1） Vcc：接 5v电源。（2） Vss:接数字地。毕业设计报告（论文）题目8（3） EA/Vpp:第一功能为外部程序寄存器访问允许控制端。第二功能当 PC值不超过 0FFFH时单片机只读片内程序，当 PC值超过 0FFFH时自动读片外程序。（4） RST引脚：该引脚为复位引脚，当给予该引脚高电平，单片机复位。（5） XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端
26、。（6） XTAL2：振荡器反相放大器的输入端。图 3-2 AT89S51 单片机的引脚图3.1.2 并行 I/O 口引脚P0口：P0 口具有一组 8位漏极开路型双向 IO 口。P0 口作为通用的输出口使用时需要加上拉电阻，这时为准双向口。当作为普通 I/O输入口时应该先向端口输出锁存器写入“1” 。在访问外部扩展数据存储器或程序存储器时，P0 口作为地址总线（低 8位）及数据总线的分时复用。P1口：P1 口（8 位）是专门为用户使用的准双向 I/O口。当作为普通的 I/O口输入时，应该先向端口锁存器写入“1” 。P1 口可驱动 4个 LS型 TTL负载。P2口：P2 口（8 位）是准双向 8
27、位 IO 口具有上拉电阻，P2 口作为高 8位地址总线使用，输出高 8位地址。作为普通的输入口应该对端口写“1” ，P2 口可以驱动 4个 LS型 TTL负载。P3口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 IO 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL逻辑门电路。对 P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）P3 口除了第一功能外还有第P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RE SET9P3.0/RXD10P3.1/T XD11P3.2/INT 012P3.3/INT 113P3.4/T 014P3.5/T 115P3.6/WD16P3.7/RD17X218X119GND20 P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.7 28PSEN 29AL E/P 30EA/VP 31P0.7 32P0.6 33P0.5 34P0.4 35P0.3 36P0.2 37P0.1 38P0.0 39Vcc 40STC89C51
