電動車充電站畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 管在一個周期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時間，從而實現(xiàn)控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。當(dāng)蓄電池充電滿后，由單片機(jī)輸出信號控制開關(guān)斷開電源，充電器便停止對蓄電池的充電。這是充電器目前比較新的一種方法，這種方案的特點是，技術(shù)比較復(fù)雜，單片機(jī)使用軟件來控制整個充電過程，使得充電的過程易于控制。方案圖如圖 7所示： 蓄電池 PWM波形發(fā)生器 電流電壓反饋 高頻變壓器 電動車充電站充電電路設(shè)計 8 圖 7 方案二 （ 3）方案三：用 VHDL 設(shè)計實現(xiàn)。用 VHDL 設(shè)計主要是利用有限狀態(tài)機(jī)來實現(xiàn)。用狀態(tài)機(jī)來控制 A/D 采樣，包括將采得的數(shù)據(jù)存入 RAM，整個采樣周期需要 4至 5個狀態(tài)即可完成。由 FPGA 代替 PWM 信號發(fā)生器輸出 PWM 波形控制開關(guān)管在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通與斷開。電壓、電流采樣電路將蓄電池的電壓、電流信號進(jìn)行采樣，采樣信號分別送進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓和電流的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號送入 FPGA，由 FPGA的有限狀態(tài)機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行分析和處理。然后 FPGA 調(diào)整 PWM 輸出信號的占空比。這個 PWM信號送給開關(guān)電源開關(guān)管，從而便調(diào)節(jié)的開關(guān)管在一個周 期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時間，從而實現(xiàn)控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。當(dāng)蓄電池充電滿后，由單片機(jī)輸出信號控制開關(guān)斷開電源，充電電路便停止對蓄電池的充電。這是充電電路目前比較新的一種方法，這種方案的特點是，技術(shù)最復(fù)雜、使用 VHDL 編程較復(fù)雜，成本比上兩個方案都要高。 FPGA 的晶振頻率一般為幾十兆赫茲，故信號的采樣頻率高。在充滿電的情況下才會產(chǎn)生過充電的現(xiàn)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(guān)管 指示電路 FPGA 蓄電池 模數(shù)轉(zhuǎn)換 采樣電路 繼電器 電源 高頻變壓器 繼電器 開關(guān)管 指示電路 MCU 蓄電池 模數(shù)轉(zhuǎn)換 采樣電路 電動車充電站充電電路設(shè)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(shù)簡單、成熟，但是與本次題目的要求不甚相符。， 并不是理想的設(shè)計方案。 方案三需要的成本最高，技術(shù)復(fù)雜，編寫 VHDL 語言程序復(fù)雜，在此不選用這種方案。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(fù)雜，在本次設(shè)計選擇此方案。 4 充電電路的硬件設(shè)計 電路總體設(shè)計 由市電送來的 220V 的交流電經(jīng)繼電器進(jìn)行整流濾波，得到大約 300V 的直流電送入給脈沖變壓器，高頻變壓器的次級繞組輸出電壓為 48V 給蓄電池充電。在蓄電池的出口處分別的進(jìn)行電壓和電流的采樣 ，采樣信號送入低通濾波器以濾掉諧波的干擾。低通濾波器輸出的信號送入 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識別的數(shù)字信號送入單片機(jī)中。單片機(jī)通過軟件將送進(jìn)來的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換為實際值，并將它們與上一次的實際值進(jìn)行比較，然后再調(diào)節(jié)輸出的 PWM 波形的頻率和占空比，并控制指示燈的亮滅來指示充電的過程。當(dāng)單片機(jī)檢測到蓄電池充滿電時，控制繼電器斷開電源，停止充電。同時蓄電池通過 DCDC 變換器經(jīng)整流濾波后給單片機(jī)、 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器、指示電路和其它的電路提供電源。如圖 9所示： 圖 9 電路總體設(shè)計方框圖 芯片選擇 AT89C51 型單片機(jī) 在本設(shè)計中控制部分的單片機(jī)是核心，它作為本系統(tǒng)的微控制器，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制和監(jiān)控任務(wù) . ATMEL 公司生產(chǎn)的 89 系列單片機(jī)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(shù)轉(zhuǎn)換 單片機(jī) （ MCU） 指示電路 開關(guān)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(shè)計 10 表性的 MCS51 單片機(jī)。其中 AT89C51 是我們在學(xué)習(xí)生活中常常用到或見到的，它的功能非常強(qiáng)大，在許多方面都得到應(yīng)用。 （ 1）功能特性描述 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié) FLASH 存儲器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/O 口線，兩個 16位定時 /計數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可 選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)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(fù)位 [3]。 （ 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。在本設(shè)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(qū)動 8個 LS型 TTL負(fù)載 P1口 1~8 P1口是一個內(nèi)部 有 上拉電阻的 8位 準(zhǔn) 雙向 I/O口， 可驅(qū)動4個 LS型 TTL負(fù)載， T2（ ）， T2EX（ ） P2口 21~28 P2口為一個內(nèi)部 有 上拉電阻的 8位 I/O口 。當(dāng) CPU以總線方式訪問片外存儲器時， P2輸出高 8位地址。作為一般 I/O口 使用時 ， 為準(zhǔn) 雙向 I/O口 可驅(qū)動 4個 LS型 TTL負(fù)載 P3口 10~17 P3口內(nèi)部 有 上拉電阻的 8位 I/O口， 還有一個全雙功能口 。作為一般 I/O口 使用時 ， 為準(zhǔn) 雙向 I/O口 可驅(qū)動 4個 LS型TTL負(fù)載 RST 9 復(fù)位輸入 ，高電 平有效。 當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間 ALE 30 當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié) PSEN 29 外部程序存儲器的選通信號 EA 31 當(dāng) EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000H~FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器 XTAL1 19 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入 XTAL2 18 來自反向振蕩器的輸出 VCC： 40 該引腳接 5V電源正端 VSS 20 該引腳接 5V電源地端 電動車充電站充電電路設(shè)計 11 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8通道， 8位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個 8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8位通用 A/D 芯片 。 （ 1）主要 特性 ? 輸入通道， 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8位 ? 具有轉(zhuǎn)換起停控制端 ? 轉(zhuǎn)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(zhǔn) ? 工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 ? 低功耗，約 15mW （ 2） 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由 8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)型 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。 如下圖所示： 8路模擬量開關(guān)8路A / D轉(zhuǎn)換器三態(tài)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(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 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(shè)計 12 ? 21～ 28： 8位數(shù)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(zhuǎn)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(fù)位，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換） ? EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端 輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平） ? OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量 ? CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ ? REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓 ? Vcc：電源， +5V ? GND：地 （ 4） ADC0809的工作過程 首先輸入 3位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，之后 EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正 在進(jìn)行。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成， EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng) OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。 ? 定時傳送方式 ： 對于一種 A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如 ADC0809轉(zhuǎn)換時間為 128μs ，相當(dāng)于 6MHz的 MCS51單片機(jī)共 64個機(jī)器周期。可據(jù)此設(shè)計一個延時子程序， A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 ? 查詢方式 ： A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809的 EOC端。因此可以用查詢方式，測試 EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 ? 中斷方式 ： 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（ EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時， OE信號即有 效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接收 。 電動車充電站充電電路設(shè)計 13 LM324 是四運放集成 芯片 LM324系列器件帶有真差動輸入的四 運算放大器 。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到 32伏的電源下 。 共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性 [4]。它有 5個引出腳，其中 “+” 、 “ ” 為兩個信號輸入端 ， “V+” 、 “V ” 為正、負(fù)電源端， “Vo” 為輸出端。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。 LM324本身具有許多特點，比如：一是具有短路保護(hù)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