電動車充電站畢業論文(更新版)

　　

【正文】 的大小，然后再輸出頻率為 1KHz 的復位應答 尋卡 防沖突 選卡 用戶身份驗證 有卡？ Y Y N 是此用戶？ 電子支付 開始充電 余額顯示 N 返回 電量計量 Y 充電完成 開始 電動車充電站充電電路設計 22 PWM 波形控制開關管的導通與斷開實現對蓄電池的充電。把蓄電池接入進行充電時，首先檢測它的電壓，如果電壓小于 48V則給晶閘管門極一個脈沖，使晶閘管導通給蓄電池充電。還有需要懂得電路制圖軟 件 DXP 等的熟練操作。都是我倍受感動并受益匪淺的，同時也是我將來學習、生活和工作的榜樣。感謝電子與電氣工程系的所有老師，感謝所有任課老師教給我的基礎與專業知識，讓我能在這次論文及以后的工作中展開運用。 總體說來，在整個畢業論文設計的過程中，我學到了做任何事情所要有的態度和心態，認識到只有不斷地學習，各方面的知識都充分地接觸，才能為今后更好地發展打下基石。 本課題通過采用單片機技術和 RFID技術實現電動車充電站設計 ,主要有三個功能，電量檢測功能、 RFID電子錢包功能和充電功能。當蓄電池充滿電時，單片機控制繼電器，斷開電源停止充電，程序流程圖如下圖所示： 圖 20 充電電路流程圖 ADC0809 軟件設計 在這個軟件模塊設計中，單片機首先向 ADC0809 發送采樣電壓信號轉換的地址，然后向 ADC0809 發送寫信號，即發送地址鎖存和模數轉換啟動信號，之后進入等待狀態。若不存在，則有報警提示音。電源電路如圖 17所示： 圖 17 12V電源電路 5V 電源用于為單片機以及其它的數字芯片、模擬芯片提供電源。 OE(9 腳 )— 輸出允許信號。為三態緩沖輸出形式， 直接 和單片機的數據線直接相連 ，在本設計與單片機的 P0相連 。由 控制，則 8 路模擬通道的地址為 0FEFEH～ 0FEFFH。此時，由 R46 和 R56 構成運放 OP07 的反饋電路，放大 51 倍。采樣信號在不同的范圍時，就會對應一個或幾個電壓比較器輸出低電平，再由譯碼器 74HC154進行譯碼使對應的引腳輸出低電平，以便用于分析電流信號的范圍和實現放大倍數自動轉換。一個對前級電路相當于開路，輸出電壓又不受后級阻抗影響的電路當然具備隔離作用，即使前、后級電路之間互不影響 。 P0口與 ADC0809的數據口相連，用于讀取取樣的電壓和電流信號。當開關管斷開后，初級繞組將會產生一個反向電壓，此時， R C D6為反向電壓提供了一個通路，反向電壓返回到初級組，將能量消耗在 RC回路上。濾波電容 C1將整流電路出來的脈動電流變為直流電源，電壓大小為 U= 220=311V。其中繼電器電路用于接通和斷開電源，橋形濾波整流電路用于將交流電轉換為直流電源，保護電路用于過壓和過流保護。 共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性 [4]。 ? 查詢方式 ： A/D轉換芯片由表明轉換完成的狀態信號，例如 ADC0809的 EOC端。直到 A/D轉換完成， EOC變為高電平，指示A/D轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。是目前國內應用最廣泛的 8位通用 A/D 芯片 。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位 [3]。當單片機檢測到蓄電池充滿電時，控制繼電器斷開電源，停止充電。在充滿電的情況下才會產生過充電的現象，減少蓄電池的損耗，延長蓄電池的壽命，方案圖如圖 8所示： 圖 8 方案三 電源 高頻變壓器 開關管 指示電路 FPGA 蓄電池 模數轉換 采樣電路 繼電器 電源 高頻變壓器 繼電器 開關管 指示電路 MCU 蓄電池 模數轉換 采樣電路 電動車充電站充電電路設計 9 綜合以上三個方案，方案一雖然所需的成本是最低，技術簡單、成熟，但是與本次題目的要求不甚相符。由 FPGA 代替 PWM 信號發生器輸出 PWM 波形控制開關管在一個周期內的導通與斷開。數字信號送入單片機（ MCU），由單片機對數字信號進行分析和處理。 （ 1）方案一：用 PWM 信號發生器 (比如 UC3842)實現的方案。由市電送來的 220V交流電經整流、濾波后，經脈沖變壓器降壓送給蓄電池進行充電。 （ 2） 脈沖快速充電 在快速充電過程中，采用分級定電流脈沖快速充電法， 將充電電流分成三級，開始充電時采用大電流，隨著電池容量的增加，電壓逐漸升高，電流等級開始降低，使充電電流的脈沖幅度和寬度隨蓄電池端電壓的升高而分級減小。當電流衰減到預定值時，由第二階段轉換到第三階段。 如果充電電路輸出電壓不足，則充電很短時間就導致充電電流下降為零，過早地結束了充電，長期如此，勢必導致 蓄電池長期充電不足，容量下降，壽命縮短。 在充電過程中，由于蓄電池的段電壓逐漸升高，為了保持充電電流的恒定，必須相應提高充電電壓。在密封式蓄電池充電過程中，內部產生氧氣和氫氣，當氧氣不能被及時吸收時，便堆積在正 極板（正極板產生氧氣），使電池內部壓力加大，電池溫度上升，同時縮小了正極板的面積，表現為內阻上升，出現所謂的極化現象。一般地說 ,充電電流在充電過程中隨時間呈指數規律下降 ,不可能自動按恒流或恒壓充電。由此可知，電池充足電后，維持電容容量的最佳方法就是在電池組兩端加入恒定的電壓。在充電過電量測量模塊 電源模塊 鍵盤模塊 單片機小系統 RFID 模塊 顯示模塊 充電接口 電動車充電站充電電路設計 3 程中 ， 鉛酸電池負極板上 的硫酸鉛逐漸析出鉛，正極板上的硫酸鉛逐漸生成二氧化鉛。如圖 1所 示： 圖 1 基于 RFID的電動車充電站示意圖 此設計的內容是將 220V市電通過一系列的轉換與控制輸出穩定的 48V電壓對電動車進行充電。 目前 ,RFID作為 一種非接觸式的 自動識別 通信 技術 ， 可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統特定目標之間建立機械或光學接觸。 但 傳統的常規充電時間過長，快速充電技術至今仍未能完全解決，嚴重地制約著電動車的發展。這個方案不僅可實現快速充電，同時可以減少析氣，消除硫化，進行均衡充電，從而大大地延長了鉛酸蓄電池的使用壽命 。這四類電池的性能和優缺點如表 1所示： 表 1 各材料電池性能比較 性能等指標 鉛酸蓄電池 鎳鎘電池 鎳氫電池 鋰離子電池 電池容量 3Ah3000Ah 100mAh7Ah 10mAh3Ah 50mAh50Ah 重量比能量 35Wh/Kg 50Wh/Kg 70Wh/Kg 120Wh/Kg 體積比能量 90Wh/L 100Wh/L 140Wh/L 360Wh/L 工作溫度 40~60℃ 40~50℃ 40~50℃ 20~60℃ 大電流放電性能 高 較高 較低 較低 充放電壽命 較低 一般 高 高 記憶效應 無 有 略有 無 安全性 高 較高 較高 較低 回收循環利用 高 低 低 低 技術成熟度 高 較高 較高 一般 成本 低 較低 較高 高 鉛酸蓄電池的主要優點是技術成熟、成本低、容量大、大電流放電性能好、使用溫度范圍廣、安全性高，并且能夠做到完全回收和再生利用，缺點是重量大、 比能量低。 設計中系 統可以分為控制部分和信號檢測部分。過充電開始的時間與充電的速率有關。采用適當的浮充電壓，密封鉛酸蓄電池的壽命可達 10年以上。 上世紀 60年代中期，美國科學家馬斯對開口蓄 電池的充電過程作了大量的試驗研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電曲線，如圖 2所示。實際上，常規充電的速度被蓄電池在充電過程中的溫升和氣體的產生所限制。 恒流充電法的優點是可以任意選擇充電電流，有益于延長蓄電池的使用壽命。用恒定電壓快速充電，如圖 4 所示 ： 圖 4 恒壓充電法曲線 階段充電法 此方法包括二階段充電法和三階段充電法。鉛酸蓄電池的主要優點是： 電池容量大、價格便宜并具有無記憶效應 。此階段充電采用恒壓充電，可使電池容量快速恢復。信號檢測部分由充電電流測量及充電電壓測量模塊組成，其中電流測量用以測量蓄電池充電時的充電電流，電壓測量模塊模塊 測量蓄電池充電時蓄電池的實時電壓。這個 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。當蓄電池充電滿后，由單片機輸出信號控制開關斷開電源，充電器便停止對蓄電池的充電。然后 FPGA 調整 PWM 輸出信號的占空比。方案二成本比方案一略高一點，易于接受，而且編程沒有那么的復雜，在本次設計選擇此方案。其中 AT89C51 是我們在學習生活中常常用到或見到的，它的功能非常強大，在許多方面都得到應用。當 CPU以總線方式訪問片外存儲器時， P2輸出高 8位地址。當 A/D 轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態門，輸出數字量 ? CLK：時鐘脈沖輸入端。數據傳送的關鍵問題是如何確認 A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數據傳送。 LM324本身具有許多特點，比如：一是具有短路保護輸出；二是真差動輸入級；三是可單電源工作；四是低偏置電流，最大為 100nA；五是每個封裝含有四個運算放大器；六是具有內部補償的功能；七是共模范圍擴展到負電源；八是行業標準的引腳排列；九是輸入端具有靜電保護功能。三極管 Q3用于將光電耦合器 NEC2501的信號放大，以確保有效的驅動繼電器，其中R1 R17和 R18為限流電阻。 充電電路部分是電動車充電站三大功能的一部分，主要實現智能充電功能。 R15～ R17構成蓄電池實際電壓的采樣電路，在本電路采樣蓄電池的 1/10的電壓。其中，電流采樣信號經過兩級放大和量程自動轉換電路調整后級放大電路的放大倍數。如圖 14所示，采樣電流經過由 R15和 C6組成的低通濾波器，讓 10 KHz的有用信號能進入到前置放大器中，而 10 KHz以上的諧波信號則從電容 C24流入地中，提高了電路的搞干擾能力。在這用的是 Ω的電阻。當充電電流為 500mA～ 1000mA 時，引腳 11 和 12 所接的線圈通電，從左邊數第三個繼電器導通。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號 ， ADC0809 的時鐘信號由單片機的 地址鎖存允許信號 引腳ALE 輸出 1MHZ 的方波，經兩個 D 觸發器組成的四分頻電路后得到 500KHZ 的方波時鐘信號。 ALE(22 腳 )— 地址鎖 存允許信號。 由單片 機的 RD和 引腳通過與非門和反相器來打開 ADC0809 三態輸出鎖存器 。在輸入端與地之間接有一個 3K 的電阻和一個發光二極管，用于指示有無電源的輸入， 便于調試和維修。若是確定某一個用戶，則以電量檢測模塊返回的所需充電度數作為電子付費的依據，對電動車充電，直至充電完成。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，讀出采樣電流信號，開始 初始化 啟動模 數轉換 讀取電壓幅值 U10V? 恒流充電 讀取電 壓幅值 U40V? N 預充電 Y N 停止充電 U48V？ 讀取電 壓幅值 涓流充電 U45V？ 讀取電 壓幅值 恒壓充電 N Y Y Y N 電動車充電站充電電路設計 23 程序流程圖如下圖所示 : 圖 21 模數轉換啟動與數據讀取程序流程圖 電源通斷控制軟件設計 在傳統的的充電電路中并沒有設計有自動閉合與關 斷電源的電路，這就使蓄電池在充滿電后，充電電路仍在對它進行充電。與傳統的充電電路相比，本設計中增加了一個電源閉 合與關斷的控制電路，并用軟件控制關斷與閉合。同時，在設計的過程中由于時間較短，自身技術的不成熟，設計中仍存在很大的不足，希望在今后的學習中能夠