电动车充电站毕业论文(编辑修改稿)

电动车充电站毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

管在一个周期内关断和导通的时间，也就是控制了高频变压器通断的时间，从而实现控制高频变压器输出电压和电流的大小。 当蓄电池充电满后，由单片机输出信号控制开关断开电源，充电器便停止对蓄电池的充电。 这是充电器目前比较新的一种方法，这种方案的特点是，技术比较复杂，单片机使用软件来控制整个充电过程，使得充电的过程易于控制。 方案图如图 7所示： 蓄电池 PWM波形发生器 电流电压反馈 高频变压器 电动车充电站充电电路设计 8 图 7 方案二 （ 3）方案三：用 VHDL 设计实现。 用 VHDL 设计主要是利用有限状态机来实现。 用状态机来控制 A/D 采样，包括将采得的数据存入 RAM，整个采样周期需要 4至 5个状态即可完成。 由 FPGA 代替 PWM 信号发生器输出 PWM 波形控制开关管在一个周期内的导通与断开。 电压、电流采样电路将蓄电池的电压、电流信号进行采样，采样信号分别送进模数转换器，将电压和电流的模拟信号转换为数字信号。 数字信号送入 FPGA，由 FPGA的有限状态机对数字信号进行分析和处理。 然后 FPGA 调整 PWM 输出信号的占空比。 这个 PWM信号送给开关电源开关管，从而便调节的开关管在一个周 期内关断和导通的时间，也就是控制了高频变压器通断的时间，从而实现控制高频变压器输出电压和电流的大小。 当蓄电池充电满后，由单片机输出信号控制开关断开电源，充电电路便停止对蓄电池的充电。 这是充电电路目前比较新的一种方法，这种方案的特点是，技术最复杂、使用 VHDL 编程较复杂，成本比上两个方案都要高。 FPGA 的晶振频率一般为几十兆赫兹，故信号的采样频率高。 在充满电的情况下才会产生过充电的现象，减少蓄电池的损耗，延长蓄电池的寿命，方案图如图 8所示： 图 8 方案三 电源 高频变压器 开关管 指示电路 FPGA 蓄电池 模数转换 采样电路 继电器 电源 高频变压器 继电器 开关管 指示电路 MCU 蓄电池 模数转换 采样电路 电动车充电站充电电路设计 9 综合以上三个方案，方案一虽然所需的成本是最低，技术简单、成熟，但是与本次题目的要求不甚相符。 ， 并不是理想的设计方案。 方案三需要的成本最高，技术复杂，编写 VHDL 语言程序复杂，在此不选用这种方案。 方案二成本比方案一略高一点，易于接受，而且编程没有那么的复杂，在本次设计选择此方案。 4 充电电路的硬件设计 电路总体设计 由市电送来的 220V 的交流电经继电器进行整流滤波，得到大约 300V 的直流电送入给脉冲变压器，高频变压器的次级绕组输出电压为 48V 给蓄电池充电。 在蓄电池的出口处分别的进行电压和电流的采样 ，采样信号送入低通滤波器以滤掉谐波的干扰。 低通滤波器输出的信号送入 A/D 模数转换器，将模拟信号转换为单片机可识别的数字信号送入单片机中。 单片机通过软件将送进来的电压和电流信号转换为实际值，并将它们与上一次的实际值进行比较，然后再调节输出的 PWM 波形的频率和占空比，并控制指示灯的亮灭来指示充电的过程。 当单片机检测到蓄电池充满电时，控制继电器断开电源，停止充电。 同时蓄电池通过 DCDC 变换器经整流滤波后给单片机、 A/D 模数转换器、指示电路和其它的电路提供电源。 如图 9所示： 图 9 电路总体设计方框图 芯片选择 AT89C51 型单片机 在本设计中控制部分的单片机是核心，它作为本系统的微控制器，负责整个系统的控制和监控任务 . ATMEL 公司生产的 89 系列单片机是市场上比较常见，也是比较具有代交流 220V 继电器 A/D模数转换 单片机 （ MCU） 指示电路 开关管 DC— DC 整流 滤波 直流 5V电源 高频变压器 整流滤波 电压采样 低通滤波 低通滤波 蓄电池 电流采样 电动车充电站充电电路设计 10 表性的 MCS51 单片机。 其中 AT89C51 是我们在学习生活中常常用到或见到的，它的功能非常强大，在许多方面都得到应用。 （ 1）功能特性描述 AT89C51 是一种带 4K字节 FLASH 存储器 的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称 单片机。 AT89C51 提供以下标准功能： 4k 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16位定时 /计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时， AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可 选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位 [3]。 （ 2）管脚说明 AT89C51 有两种通用的封装方式，一种是 40 脚的双列直插（ DIP）方式，另一种是44脚的 PLCC 方形贴片封装方式。 在本设计中采用 DIP 方式，其引脚功能如表 2所示： 表 2 AT89C51的引脚功能 符号 引脚 功能 P0口 39~32 P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O口， 每位能驱动 8个 LS型 TTL负载 P1口 1~8 P1口是一个内部 有 上拉电阻的 8位 准 双向 I/O口， 可驱动4个 LS型 TTL负载， T2（ ）， T2EX（ ） P2口 21~28 P2口为一个内部 有 上拉电阻的 8位 I/O口。 当 CPU以总线方式访问片外存储器时， P2输出高 8位地址。 作为一般 I/O口 使用时 ， 为准 双向 I/O口 可驱动 4个 LS型 TTL负载 P3口 10~17 P3口内部 有 上拉电阻的 8位 I/O口， 还有一个全双功能口。 作为一般 I/O口 使用时 ， 为准 双向 I/O口 可驱动 4个 LS型TTL负载 RST 9 复位输入 ，高电 平有效。 当振荡器复位器件时，要保持 RST脚两个机器周期的高电平时间 ALE 30 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节 PSEN 29 外部程序存储器的选通信号 EA 31 当 EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H~FFFFH），不管是否有内部程序存储器 XTAL1 19 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 18 来自反向振荡器的输出 VCC： 40 该引脚接 5V电源正端 VSS 20 该引脚接 5V电源地端 电动车充电站充电电路设计 11 ADC0809 模数转换芯片 ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8通道， 8位逐次逼近式 A/D 模数转换器。 其内部有一个 8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。 是目前国内应用最广泛的 8位通用 A/D 芯片。 （ 1）主要 特性  输入通道， 8位 A/D 转换器，即分辨率为 8位  具有转换起停控制端  转换时间为 100μs  单个＋ 5V 电源供电  模拟输入电压范围 0～＋ 5V，不需零点和满刻度校准  工作温度范围为 40～＋ 85 摄氏度  低功耗，约 15mW （ 2） 内部结构 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器，内部结构如图所示，它由 8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、 8 位开关型 A/D 转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 如下图所示： 8路模拟量开关8路A / D转换器三态输出锁存器 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 锁 存与 译 码 器ABCA L EV R E F ( + )V R E F ( )O E 图 10 ADC0809内部结构 （ 3）外部特性 ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能 ：  IN0～ IN7： 8路模拟量输入端 电动车充电站充电电路设计 12  21～ 28： 8位数字量输出端  ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路  ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效  START： A/D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使 0809 复位，下降沿启动 A/D 转换）  EOC： A/D 转换结束信号，输出，当 A/D 转换结束时，此端 输出一个高电平（转换期间一直为低电平）  OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。 当 A/D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量  CLK：时钟脉冲输入端。 要求时钟频率不高于 640KHZ  REF（ +）、 REF（ ）：基准电压  Vcc：电源， +5V  GND：地 （ 4） ADC0809的工作过程 首先输入 3位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。 此地址经译码选通 8路模拟输入之一到比较器。 START上升沿将逐次逼近寄存器复位。 下降沿启动 A/D转换，之后 EOC输出信号变低，指示转换正 在进行。 直到 A/D转换完成， EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。 当 OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。 数据传送的关键问题是如何确认 A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。 为此可采用下述三种方式。  定时传送方式 ： 对于一种 A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。 例如 ADC0809转换时间为 128μs ，相当于 6MHz的 MCS51单片机共 64个机器周期。 可据此设计一个延时子程序， A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。  查询方式 ： A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如 ADC0809的 EOC端。 因此可以用查询方式，测试 EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。  中断方式 ： 把表明转换完成的状态信号（ EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。 首先送出口地址并以信号有效时， OE信号即有 效，把转换数据送上数据总线，供单片机接收。 电动车充电站充电电路设计 13 LM324 是四运放集成 芯片 LM324系列器件带有真差动输入的四 运算放大器。 与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。 该四放大器可以工作在低到 32伏的电源下。 共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性 [4]。 它有 5个引出脚，其中 “+” 、 “ ” 为两个信号输入端 ， “V+” 、 “V ” 为正、负电源端， “Vo” 为输出端。 两个信号输入端中， Vi为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反； Vi+为同相输入端，表示运放输出端 Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324本身具有许多特点，比如：一是具有短路保护输出；二是真差动输入级；三是可单电源工作；四是低偏置电流，最大为 100nA；五是每个封装含有四个运算放大。