电能收集充电器(E题)(电路设计以及源代码)

E题：电能收集充电器

作者：张泽雄吴培文车春强

辅导老师：任斌

摘要

本设计主要包括升压电路，降压电路，控制电路和显示电路四部分，控制电路中由继电器及集成运算放大器LM358完成电路变换；升压电路主要采用MC34063芯片，降压电路主要采用MC34063芯片，控制电路中使用LM358芯片决定继电器两端电压，从而决定继电器中开关的转换，决定降压电路、升压电路的工作状态。显示电路利用单片机AT89S52与模数转换芯片TLC549，能够测量0－5V之间的直流电压值，使用LCD显示。当直流供电电源Es低于3.6V时，用升压电路升压以便对电池充电；当Es高于3.6V时，则用降压电路降压充电。充电电流大小，升压电路降压电路的切换均由单片机进行控制。

关键字： LM358 MC34063 AT89S52 DC-DC

第一章方案论证

1.1 总体方案论证

当直流供电电源Es>3.6V时，通过电压比较，采用降压模块；Es<3.6V时，采用升压模块。将经过升/降压变换器后的充电电流采样放大后送入比较器与基准源比较。通过利用单片机对继电器进行控制，根据单片机给出的高低电平实现继电器的通断，从而达到升压电路还是降压电路切换功能。整体结构框图如图一示

图一整体结构框图

当电压输入在0.8v—4.0v时，继电器没有工作，升压电路处于连通状态，升压电路工作，开始对充电电池工作。当电压大于4.0v时则通过lm358进行电压比较后，继电器两端电压达到吸合电压，继电器开始工作，升压电路停止工作，电路切换，降压电路开始工作。基本可以实现，当系统输入电压为0.8v—4.8v时实现持续充电，且当系统输入电压大于4.8v时这该系统可实现恒定电压对蓄电池进行充电。

1.2单元模块方案论证

1.2.1降压模块

【方案一】使用LM25576芯片和MAX1708芯片分别实现系统的升降压设计

当电压为1.2～3.6V时，使用MAX1708芯片进行升压，并对充电电池充电，能满足技术指标要求。当电压为10～20V时，使用LM25576芯片进行降压，并对其充电电池进行充电。

【方案二】采用MC34063集成型DC-DC变换器构建电路。

MC34063是一单片双极型线性集成电路专用于直流变换器控制部分，片内包含有温度补偿带隙基准源，一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器降压式变换器和电源反向器。

【方案比较】经过测试发现，方案一其带负载能力不强，并且成本也相对较高。而MC34063通过调整R1,R2阻值大小，实现对输入电压的比例降低和升高

当电压为1.2～3.6V时，使用MC34063芯片进行降压，并对充电电池进行充电，能满足技术指标要求，且功耗更小，精度更高。

1.2.2 升压电路单元

【方案一】由TL494构建的推挽式升压变换器。

TL494可以方便的构建推挽式变换器，但因为引入了变压器，必然导致效率不及非隔离式的升压型变换器，且因为在升压工作时无论是Es还是Ec均不会高于3.6V，因此无法维持TL494的正常工作。故放弃此方案。

【方案二】采用MC34063开关电源芯片制作升压电路。MC34063是单片双极型开关电源集成电路，可用于构建多种结构的DC-DC变换器，由于其内部集成有功率开关管，使用很简单的外围电路就能构成升压电路。且其控制器部分在3.0V 就可正常工作，能满足在3.6V供电条件下正常工作，因此最后选择这种方案。

1.2.3 控制单元

【方案一】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。

【方案二】采用89C51系列单片机作为控制核心。

51系列单片机面世时间较早，价格便宜易使用，集成设备很丰富，且易于开发，功耗低，且配套软件十分丰富，且能满足技术指标要求

【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系列单片机上手容易，且价格低廉，性能较强，性价比也颇高。考虑到在满足需求的情况下尽量节约成本，故本设计采用89C51单片机作为控制单元核心。

第二章硬件系统设计及参数设计

2.1 降压电路

当Es>3.6V时，需通过降压电路将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MC34063实现降压过程。

其输出电压为

(公式二) 图二

图三

2.2 升压电路

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。由电压检测电路再由单片机控制，能实现升压电路功能。

其输出电压为

（公式一）图四

图五

2.4 启动电路设计

由稳压管和1/4LM358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。 3理论分析与计算 3.1电阻分压器R1,R2

外部分压电阻R1，R2的阻值由下式决定：

211REF VOUT R R U ??

=- ???

3.2储能电感L

计算储能电感的公式如下：

()VIN VO VO L VIN IL FS

-?=

???

IL ?为峰峰值电感电流纹波

第三章 软件系统设计

系统选用的主控制器是AT89C51单片机，软件设计包括主程序和A/D(TLC549)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。

3.2 A/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 第五章 总结

本系统以89C51系列单片机作为控制核心，结合TLC549及MC34063升压，降压电路实现对可充电装置进行充电，完成了题目所给的要求 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 《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 《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

附件二:源程序代码

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #include

uchar code table[]="OUTPUT"; uchar code table1[]="0.000"; sbit rs=P1^0;

sbit rw=P1^1;

sbit lcden=P1^2;

sbit DataOut=P2^0;

sbit CS=P2^1;

sbit CLK=P2^2;

sbit chu=P3^0;

uchar tt,shu;

uchar ad;

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void write_com(uchar com) {

rs=0;

rw=0;

lcden=0;

P0=com;

delay(5);

lcden=1;

delay(5);

lcden=0;

}

void write_data(uchar date) {

rs=1;

rw=0;

lcden=0;

P0=date;

delay(5);

lcden=1;

delay(5);

lcden=0;

}

void init(void)

{

uchar num;

lcden=0;

write_com(0x38);

write_com(0x0c);

write_com(0x06);

write_com(0x01);

write_com(0x80);

for(num=0;num<6;num++)

{

write_data(table[num]);

delay(5);

}

write_com(0x80+0x40);

for(num=0;num<5;num++)

{

write_data(table1[num]);

delay(5);

}

TMOD=0x01;

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65535-50000)%256;

EA=1;

TR0=1;

ET0=1;

}

void isr_time0(void) interrupt 1 {

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65535-50000)%256;

tt++;

}

uchar count()

{

uchar i;

CS = 1;

_nop_();

CS = 0; _nop_();

for(i = 0; i < 8; i++) {

shu <<= 1;

shu |=DataOut;

CLK = 1;

_nop_();

CLK = 0;

}

CS = 1;

for(i=17;i!=0;i--){_nop_();}

return shu;

}

void main()

{

uint date;

uchar qian,bai,ge,shi;

init();

while(1)

{

if(tt==20)

{

tt=0;

date=count()*5.0/256*1000; qian=date/1000;

bai=date/100%10;

shi=date/10%10;

ge=date%10;

write_com(0x80+0x40);

write_data(0x30+qian);

write_com(0x80+0x40+1);

write_data('.');

write_com(0x80+0x40+2);

write_data(0x30+bai); write_com(0x80+0x40+3); write_data(0x30+shi); write_com(0x80+0x40+4); write_data(0x30+ge); if(date>360)

shu=1;

else

shu=0;

}

}

}