電動車充電站畢業論文-wenkub.com

　 　

【正文】 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、迅速把握核心問題和解決問題的能力為我展示了一名學者的風范，也潛移默化的成為激勵我求知上進的動力。 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。 在本次設計的過程中，我也遇見了很多的問題，一開始以為這個設計目的和方法很清晰，但開始著手做的時候，很多具體的細節問題便出現了，許多東西都需要自己先去摸索，再搜集相關的資料，例如： 要 去設計 ADC0809 模 塊時， 就必需要熟習其詳細資料和功能用途以及在具體的電路中應該注意的問題。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。在本系統的設計中增加了一個電源閉合與關斷的控制電路，并用軟件控制其關斷與閉合。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。 充電電路軟件設計 系統采用 8位的 ATMEL 單片機 AT89C51 來完成對系統的控制和數據處理，當上電復位后單片機首先對 ADC0809 進行初始化， 測量蓄電池的電壓 ， 讀取由 ADC0809 轉換出來的數字信號 [12]。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。由于在本電路中既有強電部分的電路，又有弱電部分的電路，而弱電電路又分為數電部分和模電部分，為提高各部分電路之間的抗干擾能力，在電源電路設計時，將強電的地與弱電的地進行隔離，將數字地與模擬地進行隔離，并將數字電源與模擬電源隔離。 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。電解電容用于抑制芯片的自激振蕩，瓷介電容用于壓縮芯片的高頻帶寬，減少高頻噪聲。用于控制三態輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。 START(6 腳 )—轉換啟動信號。 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。 EOC=0,正在進行轉換； EOC=1,轉換結束。 CLK(10 腳 )—— 時鐘信號。當充電電流為 1000mA～ 2250mA 時，引腳 9和 10所接的線圈通電，最右邊的繼電器導通。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。其電路如圖 15所示： 圖 15 繼電器陣列驅動電路 （ 5）后級放大電路 后級放大電路由低噪聲高精度運放 OP07 對前置放大電路輸出的信號進行放大，而放大倍數自動轉換則由繼電器陣列所構成 。 （ 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。 （ 3）高精度自動換擋比例運放電路 從前置放大電路輸出電流信號的幅值為 20mA～ 3A，變化的范圍很大，為了方 便對電流信號的處理，在本設計中采用了高精度自動換擋比例運放電路，將前置放大電路輸出電流信號分成了四個量程 :第一檔為 20mA～ 100mA；第二檔為 100mA～ 500mA；第三檔為500mA～ 1000mA；第四檔為 1A～ 5A，在這范圍內的電流信號放大 1倍，放大后的信號幅值為 1V～ 5V；高精度自動換擋比例運放電路分為電壓比較電路。 （ 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。對于頻率大于 的干擾信號經電容 C24流入地，而對頻率小于 中，再將信號送進模數轉換芯片中。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]。如圖 12所示 ： 電動車充電站充電電路設計 15 圖 12 充電主電路模塊 單片機電路設計 單片機小系統電路如圖 13所示： 圖 13 單片機電路模塊 單片機采用的是 AT89C51型芯片，在 18和 19腳上接一個 12MHz晶振，并聯兩個 30PF的瓷介電容，為單片機提供時鐘基準。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。其中，光電耦合器 NEC2501(U11)用于隔離強電與弱電，防止強電部分干擾單片機系統， PNP三極管 Q2用于驅動開關管 DFF4N60，確保開關管的導通， R8～ R11為限流電阻。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。整流濾波電路由四個二極管D1～ D四個電容 C31～ C34和一個濾波電容 C1組成，電容 C31～ C34()對交流 50Hz阻抗很大，而對高頻干擾的阻抗很小，基本上可以通過它順利入地。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。 由于 LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉等優點，因此被廣泛用在各種電路中。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。 電動車充電站充電電路設計 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 。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。 ? 定時傳送方式 ： 對于一種 A/D轉換器來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。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。此地址經譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 （ 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。作為一般 I/O口 使用時 ， 為準 雙向 I/O口 可驅動 4個 LS型TTL負載 RST 9 復位輸入 ，高電 平有效。 （ 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。 AT89C51 提供以下標準功能： 4k 字節 Flash 閃速存儲器， 128 字節內部 RAM，32 個 I/O 口線，兩個 16位定時 /計數器，一個 5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。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。在蓄電池的出口處分別的進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。 并不是理想的設計方案。當蓄電池充電滿后，由單片機輸出信號控制開關斷開電源，充電電路便停止對蓄電池的充電。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。方案圖如圖 7所示： 蓄電池 PWM波形發生器 電流電壓反饋 高頻變壓器 電動車充電站充電電路設計 8 圖 7 方案二 （ 3）方案三：用 VHDL 設計實現。然后單片機調整 PWM 輸出信號的占空比。這種方案的優點是，技術簡單、成熟、有多年的實用經驗、所需的元器件少、 成本低，但其在沒充滿電的情況下就會產生過充電的現象，增加蓄電池的損耗，使蓄電池的壽命減少，方案圖如圖 6所示： 圖 6 方案一 （ 2）方案二：用單片機實現的方案。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。從而控制充電電壓和電流的大小。系統可以分為控制部分和信號檢測部分。 （ 4） 浮充電 此階段主要用來補充蓄電池自放電所消耗的能量，只要電池接在充電 電路 上并且接通電源，充電 電路 就會給電池不斷補充電荷，這樣可使電池總處于充足電狀態。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。根據鉛酸蓄電池的上述特點， 鉛酸蓄電池的充電過程一般分為四個階段： 預充電、脈沖快速充電、補足充電、浮充電 。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。首先，以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。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。充電曲線如下圖所示 ： 圖 3 恒流充電曲線 恒壓充電法 恒壓充電又叫定電壓充電法，在充電過程中，始終保持一個恒定的充電電壓，絕大多數汽車都采用這種充電方法對車載蓄電池進行充電。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。一般來說，常規充電有 恒流充電、恒壓充電法、階段充電法。 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。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向 [2]。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。鉛酸電池在環境溫度為 25℃ 時工作 在理想狀態 ，當環境溫度降到 0℃ 時，電池就不能充足電，當環境溫度上升到 50℃ 時，電池將因嚴重的過充電而縮短壽命 。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。只有充電速率小于 C/100，才能使電池在容量恢復到 100%后，出現過充電反應。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。 2 充電原理 蓄電池與充電技術 蓄電池通常是指鉛酸蓄電池，屬于 二次電池 。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。鉛酸蓄電池自發明以來，至今已有 150年的歷史，技術十分成熟。 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 。storagebattery。 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