電動車充電站畢業論文-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 : 圖 14 信號采樣與放大模塊電路圖 （ 1）電壓采樣信號處理電路 如圖 14所示，信號采樣與放大模塊由電流和電壓信號的采樣電路和放大電路組成。 J2為繼電器用于在充滿電時斷開電源， R4和D12為繼電器 線圈的吸收電路，光電耦合器 NEC2501(U10)和 PNP三極管 Q4來控制和驅動繼電器。如圖 11所示： 電動車充電站充電電路設計 14 圖 11 交流 220V整流濾波電路 充電主電路設計 本課題是基于單片機技術和 RFID技術的電動車充電站設計， 設計內容把射頻識別技術與電動車充電站結合起來，以 AT89C51單片機為核心進行控制， 主要包括電量檢測功能、 RFID電子錢包功能以及充電功能三部分，各部分功能模塊及外圍接口模塊連接成了一個功能齊全的電動車充電站系統。它通過電 — 光 — 電這種轉換，利用“光”這一環節完成隔離功能，因為光信號的傳送不受電場、磁場的干擾，可以有效地隔離電信號，提高電路的抗干擾能力。兩個信號輸入端中， Vi為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反； Vi+為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo的信號與該輸入端的相位相同。 ? 中斷方式 ： 把表明轉換完成的狀態信號（ EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數據傳送。 轉換數據的傳送 A/D轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。 如下圖所示： 8路模擬量開關8路A / D轉換器三態輸出鎖存器 I N 0 I N 1 I N 2 I N 3 I N 4 I N 5 I N 6I N 7D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7S TC L KE O C地 址 鎖 存與 譯 碼 器ABCA L EV R E F ( + )V R E F ( )O E 圖 10 ADC0809內部結構 （ 3）外部特性 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能 ： ? IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端 電動車充電站充電電路設計 12 ? 21～ 28： 8位數字量輸出端 ? ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ? ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效 ? START： A/D 轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復位，下降沿啟動 A/D 轉換） ? EOC： A/D 轉換結束信號，輸出，當 A/D 轉換結束時，此端 輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平） ? OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。在本設計中采用 DIP 方式，其引腳功能如表 2所示： 表 2 AT89C51的引腳功能 符號 引腳 功能 P0口 39~32 P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口， 每位能驅動 8個 LS型 TTL負載 P1口 1~8 P1口是一個內部 有 上拉電阻的 8位 準 雙向 I/O口， 可驅動4個 LS型 TTL負載， T2（ ）， T2EX（ ） P2口 21~28 P2口為一個內部 有 上拉電阻的 8位 I/O口 。如圖 9所示： 圖 9 電路總體設計方框圖 芯片選擇 AT89C51 型單片機 在本設計中控制部分的單片機是核心，它作為本系統的微控制器，負責整個系統的控制和監控任務 . ATMEL 公司生產的 89 系列單片機是市場上比較常見，也是比較具有代交流 220V 繼電器 A/D模數轉換 單片機 （ MCU） 指示電路 開關管 DC— DC 整流 濾波 直流 5V電源 高頻變壓器 整流濾波 電壓采樣 低通濾波 低通濾波 蓄電池 電流采樣 電動車充電站充電電路設計 10 表性的 MCS51 單片機。 方案三需要的成本最高，技術復雜，編寫 VHDL 語言程序復雜，在此不選用這種方案。數字信號送入 FPGA，由 FPGA的有限狀態機對數字信號進行分析和處理。這個脈沖寬度調制（ PWM）信號送給開關電源開關管，從而調節開關管在一個周期內關斷和導通的時間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時間，從而實現控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。 PWM 信號發生器對反饋回來的電壓、電流信號進行分析，然后調整 PWM 輸出信號的占空比。 控制部分則包括單片機模塊、電源通斷控制模塊、開關管驅動模塊三個基本部分。 （ 3） 補足充電 快速充電終止后，電池并不一定充足電，為了保證電池充入 100％的電量，對電池還要進行補足充電。 四階段充電法 目前 ， 電動自行車主要以鉛酸蓄電池為動力。 與恒流充電法相比，其充電過程更接近于最佳充電曲線。但是各個蓄電池的容量應當盡可能相同，否則應當以容量最小的蓄電池計算充電電流。其中最著名的就是 “ 安培小時規則 ” ：充電電流安培數，不應超過蓄電池待充電的安培時數。隨著放電狀態、使用和保存期的不同 ,即使是相同型號、相同容量的同類蓄電池的充電也大不一樣。浮充電壓不能過高，以免因嚴重的過充電而縮短電池壽命。這樣 ， 在密封鉛酸蓄電池中，采用中等充電速率時，氫氣和氧氣能夠重新化合為水。該電路能夠 采用 單片機 (MCU)實時檢測充電 電流 和蓄電池電壓的實際值， 分級 控制開關電源的脈沖頻率和實時調節脈沖占空比，從而調節充電電流和電壓，實現對蓄電池的分級慢脈沖充電 。 電動車蓄電池按電極材料和工作原理的不同，應用最廣泛的包括鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等四類。控制開關電源的脈沖頻率和占空比，從而調節充電電流和電壓，實現對蓄電池的分級慢脈沖充電。 基于此，本文提出了一種用于全密封免維護鉛酸蓄電池的智能充電設計方案， 針對蓄電池充電過程中出現的種種問題，分析 解決方法 ，提出一種可對鉛酸蓄電池實現四段式慢脈沖充電的智能充電設計方案。 RFID的研究和應用都得到了前所未有的發展，本課題設計內容把射頻識別技術與電動車充電站結合起來，以 AT89C51單片機為核心，利用 RFID技術電子錢包功能實現用戶身份 識別 和電子支付充電 費用功能， 防盜報警，安全可靠 ； 充滿自停 ， 來電續充 ，付費合理，并加上 LCD顯示費用余額方便簡單 。本文通過六部分電路的設計來實現充電的功能，即交流 220V整流濾波電路、充電主電路、單片機電路、信號采樣與放大電路、模數轉換電路、電源模塊電路。當正負極板上的硫酸鉛完全生成鉛和二氧化鉛后，電池開始發生過充電反應，產生氫氣和氧氣。浮充電壓下，充入的電流應能補充電池因自放電而失去的能量。充電過程中影響充電的因素很多 ,諸如電解液的濃度、極板活性物的濃度、環境溫度等的不同 ,都會使充電產生很大的差異。 充電方法研究 常規充電制度是依據 1940年前國際公認的經驗法則設計的。采用恒流充電法，可以將不同容量的蓄電池串聯在一起進行充電。如果充電電路輸出電壓過高，充電電流將顯著增大，即使蓄電池已經充足電，但端電壓仍然低于充電器的輸出電壓，充電電流仍然純在，充電始終在進行，勢必導致蓄電池過充電，加快電解液的消耗，使用壽命縮短。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為充電電流 充電電壓 0 恒流 恒壓 t u,i 充電電壓 充電電流 u,i t 0 電動車充電站充電電路設計 6 一種快速充電方法使用，受到一定的限制。采用這種方法可以消除充電接近充滿時易出現的振蕩現象及過充電問題。系統可以分為控制部分和信號檢測部分。蓄電 池充電時，電壓、電流采樣電路將蓄電池的電壓、電流信號進行采樣，采樣的信號經過各種處理后，分別送進 PWM 信號發生器的電壓和電流反饋引腳。然后單片機調整 PWM 輸出信號的占空比。電壓、電流采樣電路將蓄電池的電壓、電流信號進行采樣，采樣信號分別送進模數轉換器，將電壓和電流的模擬信號轉換為數字信號。 并不是理想的設計方案。同時蓄電池通過 DCDC 變換器經整流濾波后給單片機、 A/D 模數轉換器、指示電路和其它的電路提供電源。 （ 2）管腳說明 AT89C51 有兩種通用的封裝方式，一種是 40 腳的雙列直插（ DIP）方式，另一種是44腳的 PLCC 方形貼片封裝方式。 （ 1）主要 特性 ? 輸入通道， 8位 A/D 轉換器，即分辨率為 8位 ? 具有轉換起停控制端 ? 轉換時間為 100μs ? 單個＋ 5V 電源供電 ? 模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準 ? 工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 ? 低功耗，約 15mW （ 2） 內部結構 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉換器，內部結構如圖所示，它由 8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關型 A/D 轉換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。當 OE輸入高電平 時，輸出三態門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。因此可以用查詢方式，測試 EOC的狀態，即可確認轉換是否完成，并接著進行數據傳送。它有 5個引出腳，其中 “+” 、 “ ” 為兩個信號輸入端 ， “V+” 、 “V ” 為正、負電源端， “Vo” 為輸出端。繼電器 J1驅動電路由光電耦合器 NEC250 PNP三極管 Q3和續流電路構成，光電耦合器 NEC2501為了防止現場強電磁干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到單片機系統。保護電路的 熔斷器用保護電路過流，壓敏電阻 RT1用于保護電路的過壓。次級繞組接 D D D10和 D15構成二次整流電路，然后用一個 470UF的大電容進行濾波。單片機的地址鎖存輸出引腳經過四分頻后為 ADC0809提供時鐘信號， ADC0809的地址線， ～ ， (WR)和 (RD)為 ADC0809的讀寫控制引腳， (INT0)用于接收來自 ADC0809模數轉換結束的中斷 [5]。 （ 2）前置放大電路 對電流信號的處理經過一個低通濾波器和兩級電路放大電路。 （ 4）繼電器陣列驅動電路 在后級放大電路中采用了由繼電器陣列組成的放大倍數自動轉換電路，由于譯碼器74HC154引腳最大的輸出電流只有幾十毫安，不足以驅動繼電器，所以需要一個繼電器陣列驅動電路，以驅動繼電器實現放大倍數的自 動轉換。當充電電流為 100mA～ 500mA 時， 引腳 13 和 14所接的線圈通電，從左邊數第二個繼電器導通。 CLK(10 腳 )—— 時鐘信號。 Vref(1 16腳 )—— 參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。用于控制三態輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。 5V 電源電路采用的是三端固定式穩壓器 LM7805，由蓄電池直接接入 LM7805 的輸入端，輸入和輸出端與地之間除接有大容量的 470UF 電解電容濾波外，還并聯了一個小容量為 的瓷介電容到地。若存在， 在天線所覆蓋的范圍內，讀寫器開始檢測響應沖突，進而使用命令來處理存在的沖突，即通過發送命令可以記錄讀寫器天線覆蓋范圍內的標簽的用戶識別信息，然后利用其唯一性，讀寫器和標簽開始建立獨立的通道進行通信，從而消除沖突。當 ADC0809 模數轉換結束發出中斷信號，單片機收到中斷后，進入中斷子程序，接著向ADC0809 發 出讀信號，讀出采樣電壓信號。而此設計的主要內容是實現充電功能，將 220V市電通過一系列的轉換與控制輸出穩定的電壓對電動車進行充電。 本文的研究還存在不足和疏漏之處，將在未來的研究和實踐中不斷地改進和完善，以期望得到更好的設計方法和性能。 感謝電子信息工程班的全體同學，是你們的幫助、支持和勉勵讓我有了今天的成績。在此，對幫助過我的同學、和教誨過我的各位老師表示忠心的感謝，特別是我的指導教師郭老師，郭老 師淵博的學識、敏銳的思維、深刻的洞察力、