[5]。鎳氫電池相對(duì)于鎳鉻電池在電容量有著較大的提高，使用壽命也較之有所提高。但是相對(duì)于鋰電池其性能要差一些。因此，相較于前兩種電池而言，它有著明顯的優(yōu)點(diǎn)比如使用壽命長(zhǎng)、充電時(shí)間短等。故此，在設(shè)計(jì)充電器的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)首選鋰離子的充電器。2.2.2控制器選擇一．STC89C51單片機(jī)在主控的選擇方面主要是根據(jù)芯片的功耗和質(zhì)量以及價(jià)格等方面進(jìn)行選購(gòu)，考慮到最優(yōu)性?xún)r(jià)比，對(duì)市面上的現(xiàn)有stm32系列芯片、STC89C51系列芯片、以及ZigBee系列芯片進(jìn)行性能對(duì)比，相比較之下價(jià)格低廉易獲取的STC89C51系列芯片比較適合本設(shè)計(jì)的性能需求，功率較低，耗電低，待機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)REF_Ref8164\w\h[6]。因此選取STC89C51作為本設(shè)計(jì)的核心芯片。STC89C51的工作頻率高達(dá)8OMHZ，可滿足驅(qū)動(dòng)各個(gè)模塊的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及數(shù)據(jù)的采集、傳輸，最新因此,我們使用STC89C51作為主要的CPUREF_Ref19830\w\h[7]。圖2-1STC89C51引腳圖二．LCD1602液晶顯示器在市面上，液晶顯示模塊主要為L(zhǎng)CD1602和LCD12864兩種。相較于LCD1602,LCD12864有其顯著的優(yōu)勢(shì)。比如說(shuō)它的體積相對(duì)較小、功耗也相對(duì)較低、能顯示圖形REF_Ref23047\w\h[8]。在這次設(shè)計(jì)中，僅僅需要對(duì)數(shù)字和字母的顯示。并且LCD12864的成本也相對(duì)較高。另外，LCD1602的控制也相對(duì)簡(jiǎn)單。所以應(yīng)該選用LCD1602作為系統(tǒng)的液晶顯示模塊。圖2-2液晶顯示模塊ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0832具8位分辨率且它還是雙通道的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。在生產(chǎn)和學(xué)習(xí)領(lǐng)域，它具有許多顯著的優(yōu)良特性。比如說(shuō)，其兼容性好而且具有性?xún)r(jià)比。它具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，從而降低誤差，且穩(wěn)定性強(qiáng)還具備較強(qiáng)的轉(zhuǎn)換速度REF_Ref9814\w\h[7]。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)選用ADC0832作為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。圖2-3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊DS18B20數(shù)字溫度傳感器在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)充電時(shí)溫度過(guò)高的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警機(jī)制。此時(shí)，就需要在系統(tǒng)中加入溫度測(cè)量模塊。DS18B20作為數(shù)字溫度傳感器被廣泛的應(yīng)用于在日常生活中REF_Ref24908\w\h[9]。它具備許多優(yōu)良的特性，比如說(shuō)性?xún)r(jià)比高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。并且它在接線過(guò)程中非常方便，經(jīng)過(guò)封裝后可以被廣泛的應(yīng)用在各種場(chǎng)合。在系統(tǒng)中，對(duì)于溫度的測(cè)量它以高精確度著稱(chēng)，所以可以應(yīng)用在彈藥庫(kù)測(cè)溫、農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫等。圖2-4數(shù)字溫度傳感模塊BUZZ蜂鳴器在生產(chǎn)生活中，蜂鳴器被廣泛的應(yīng)用在報(bào)警器、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。當(dāng)在系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境中，元件處于電壓過(guò)高或者溫度處在異常的情況下可以通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行預(yù)警。從而使得系統(tǒng)整體處于穩(wěn)定的狀態(tài)。圖2-5蜂鳴器模塊

3硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案在搭建整體框架的過(guò)程中，不僅要注意硬件參數(shù)。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)在整體設(shè)計(jì)過(guò)程中，突出將系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性擺在較為重要的位置。當(dāng)處于充電過(guò)程的階段，為了使系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)永久損壞的結(jié)果。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該安排相應(yīng)的保護(hù)措施。包括溫度保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)。此外，在充電過(guò)程中，其將會(huì)包含兩個(gè)工作階段。其分別為恒流階段與恒壓階段。為此，需要保持系統(tǒng)的恒流恒壓相對(duì)穩(wěn)定。為了使所設(shè)計(jì)的充電器具有智能功能，應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)中采用MAX1898電源控制芯片和對(duì)應(yīng)的單片機(jī)，以便能夠達(dá)成手機(jī)充電的目標(biāo)REF_Ref72844966\w\h[10]。圖3-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的構(gòu)思中，需要對(duì)充電器采取恒壓充電方式。將電壓220V轉(zhuǎn)換,在進(jìn)行一系列的處理后（整流、濾波、穩(wěn)壓）,使其能夠以5V的直流電壓進(jìn)行輸出,采用相應(yīng)的電池控制芯片，進(jìn)行限制和輸出處理。在充電進(jìn)程中，通過(guò)收集電池兩端的電壓，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，之后把處理后的結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行處理和判斷。當(dāng)單片機(jī)處理完成后，會(huì)將信號(hào)傳導(dǎo)到液晶顯示屏，通過(guò)液晶顯示屏將相應(yīng)的參數(shù)和充電進(jìn)度進(jìn)行顯示。3.2電路原理圖及說(shuō)明3.2.1控制電路設(shè)計(jì)STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)是在保證正常工作的前提下使用最少的元件。通常上包括復(fù)位電路、晶振電路與單片機(jī)。STC89C51內(nèi)置4K在線可編程flash存儲(chǔ)器，不允許外接擴(kuò)展程序存儲(chǔ)。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如下:圖3-2控制電路供電電路將40腳接至電源（+5V），20腳進(jìn)行接地，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)供電選擇使用內(nèi)部 ROM在把程序下載完成后，然后將其放置在ROM內(nèi)。在完成上述操作后，將EA/VPP接到高電平。與此同時(shí)，單片機(jī)就會(huì)識(shí)別ROM中的程序。若接地，單片機(jī)不會(huì)執(zhí)行外部的ROM程序。系統(tǒng)中的復(fù)位電路由電容C3與電阻R1組成。復(fù)位電路針對(duì)單片機(jī)的RAM和內(nèi)部的寄存器進(jìn)行復(fù)位REF_Ref25692\w\h[11]。其目的就是在單片機(jī)未進(jìn)行工作的時(shí)候，復(fù)位電路會(huì)把寄存器內(nèi)部的值全部復(fù)位到默認(rèn)的初始值后才可能正常工作，從而規(guī)避程序運(yùn)行中的錯(cuò)亂。此時(shí)，若對(duì)單片機(jī)進(jìn)行通電處理的時(shí)候，電容兩側(cè)會(huì)進(jìn)行電壓的獲取。從而進(jìn)行到充電的操作。當(dāng)電容進(jìn)行充電時(shí)，電流流通電阻R1，電阻R會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電壓，從而使得瞬時(shí)電壓傳導(dǎo)到RST端REF_Ref25748\w\h[12]。然后，隨著時(shí)間的流逝，在電容實(shí)現(xiàn)充電操作后。這個(gè)時(shí)候就不會(huì)有電流流經(jīng)電阻R1了，其電阻R1的兩側(cè)的電壓也就隨之消失。使得單片機(jī)的RST從高電平變成低電平。從而使得單片機(jī)開(kāi)始工作。時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路由C1、C2與晶振X1構(gòu)成。在其收到時(shí)鐘脈沖后，單片機(jī)才將執(zhí)行程序。3.3.2顯示電路圖3-3液晶顯示電路LCD1602寫(xiě)入自己的字符及顯示漢字：因?yàn)長(zhǎng)CD是作為外部設(shè)備運(yùn)行的，它的處理事件的速度相對(duì)于CPU要慢上很多。因此，當(dāng)向LCD寫(xiě)入命令的過(guò)程到其執(zhí)行完整的功能就需要一定的時(shí)間。在整個(gè)流程中，LCD將會(huì)進(jìn)入忙狀態(tài)。這個(gè)時(shí)候不可以再向LCD傳入新的指令。此外，如何判斷忙指令可以通過(guò)讀忙標(biāo)指令來(lái)進(jìn)行了解。當(dāng)使用state=LCDPORT指令進(jìn)行讀取I/O端口的操作時(shí)，我們可以把state&Ox80用作判斷其是否處在忙狀態(tài)。如果IO端口為1，其就為忙狀態(tài)。否則，就處于空閑的狀態(tài)。3.3.3充電芯片電路充電芯片MAX1898具備許多優(yōu)良的功能，比如電壓和溫度的檢測(cè)等。當(dāng)它處在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)輸入電流比默認(rèn)的門(mén)限電流大，這是可以采取削弱充電時(shí)電流從而控制充電電流。它可以接入限流型的電源模塊與PNP三極管，進(jìn)而可以使得充電變得高效。其最大優(yōu)點(diǎn)是在未使用電感的情況下可以仍能維持較低的功耗。它也可以其溫度保護(hù)的作用，并且能夠?yàn)橄到y(tǒng)中的電源模塊提供二次保護(hù)。圖3-4MAX1898電路設(shè)計(jì)3.3.4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC0832A/D轉(zhuǎn)換電路，是把收集到的模擬電壓傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中。同時(shí)將數(shù)字信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)顯示并由單片機(jī)處理。然后與內(nèi)部充電參數(shù)進(jìn)行對(duì)照，進(jìn)行運(yùn)算和驅(qū)動(dòng)操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)充電電路的驅(qū)動(dòng)。ADCO832在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，僅需要一個(gè)通道，使用CHO作為A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入通道。當(dāng)進(jìn)行電壓采集操作時(shí)，為了確保輸出電壓的正常輸出。其應(yīng)該對(duì)輸出模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，此外對(duì)輸入端加入高阻抗的集成運(yùn)放LM358。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是:不會(huì)對(duì)原充電電路輸出產(chǎn)生影響，從而使得控制變得更為精準(zhǔn)。3-5模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3.3.5自動(dòng)報(bào)警電路智能充電器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于，在電池充滿電的時(shí)候，能夠降低對(duì)電池的損傷進(jìn)而使得使用周期變得更長(zhǎng)。采用單片機(jī)進(jìn)行智能控制，在充滿后可以自動(dòng)斷開(kāi)，其主要是由耳機(jī)管與繼電器完成。在完成充電后，繼電器會(huì)將電源斷開(kāi)。因?yàn)槔^電器線圈中的電流不會(huì)立即發(fā)生變化。因此，當(dāng)中斷電源后，需要一個(gè)回路對(duì)原線圈中的電流進(jìn)行釋放。雖然在斷電時(shí)，其電流很小，但若不添加一個(gè)回路，將會(huì)導(dǎo)致線圈兩側(cè)電壓處在較高的位置，會(huì)造成線圈的損壞。所以,設(shè)計(jì)中需要給繼電器外加一個(gè)泄放的二極管，從而規(guī)避線圈的損壞。圖3-6自動(dòng)報(bào)警電路

4充電器的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件功能實(shí)現(xiàn)從可充電電錘收集信號(hào)，經(jīng)集成運(yùn)算放大器放大。然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度與充電進(jìn)度的顯示。若電量未充滿，則應(yīng)當(dāng)開(kāi)啟充電模式繼續(xù)進(jìn)行充電。如果是滿的，則應(yīng)當(dāng)停止充電。當(dāng)電池充滿的時(shí)候，就應(yīng)當(dāng)自動(dòng)斷電。在充電過(guò)程中，其可以通過(guò)LCD1602顯示溫度和充電時(shí)的電壓情況。本項(xiàng)目程序代碼采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，經(jīng)過(guò)編譯器處理后自動(dòng)編譯為機(jī)器語(yǔ)言代碼。其軟件流程圖如下：圖4-1程序流程圖圖4-1是軟件框架的主要流程圖，包括液晶屏初始化、系統(tǒng)電壓采樣及ADC0832的相關(guān)轉(zhuǎn)換、adc08的數(shù)據(jù)采集采集電池采樣、加載并顯示電池?cái)?shù)據(jù)、判斷電池是否重組REF_Ref72845029\w\h[13]。如果電池被重組，充電模式將關(guān)閉，并啟動(dòng)full提示，然后報(bào)警時(shí)間自動(dòng)停止。如果電池沒(méi)有重組，啟動(dòng)充電模式，切換到電壓采樣模塊進(jìn)行操作和處理。根據(jù)軟件流程的時(shí)序設(shè)計(jì)，各模塊的調(diào)用系統(tǒng)如下1.MCU進(jìn)行充電時(shí)，會(huì)使得寄存器被初始化MCU上電后，通過(guò)main函數(shù)調(diào)用并初始化call命令。在初始化中，主要包括三個(gè)方面REF_Ref72845045\w\h[14]。首要，實(shí)現(xiàn)MCU端所有寄存器的定義。第二，端口條件和片上寄存器的初始化應(yīng)該完成。第三，監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)位的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試。2.調(diào)用電池檢測(cè)子程序，獨(dú)立完成測(cè)試在未安裝電池的時(shí)候，可以使用本次的狀態(tài)值去覆蓋上次的無(wú)效值。之后，可以根據(jù)獲取的狀態(tài)，進(jìn)而判斷充電器中的電池能否正常的實(shí)現(xiàn)充電操作?？偟膩?lái)說(shuō),整個(gè)系統(tǒng)的智能手機(jī)鋰電池充電器將不斷樣品電池電壓,電源電壓,電池的充電電流和相應(yīng)的溫度總共四次,并比較使用狀態(tài)值與預(yù)設(shè)系統(tǒng)作為一個(gè)整體的未分化的參數(shù):如果四個(gè)比較的結(jié)果是正確的,你應(yīng)該進(jìn)入電池檢測(cè)子程序的步驟。

5系統(tǒng)調(diào)試5.1充電器的硬件調(diào)試對(duì)于硬件部分的調(diào)試主要分為兩個(gè)方面。首先對(duì)單片機(jī)的電路進(jìn)行測(cè)試和校核。其次，在整個(gè)系統(tǒng)中，還需要對(duì)充電控制電路進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于整個(gè)電路，單片機(jī)控制的電路比較容易處理和調(diào)試。內(nèi)部主要輸入輸出接口為p2.1和p2.0。對(duì)于接口p2.0，其主要功能是在信號(hào)輸出過(guò)程中控制光耦REF_Ref10509\w\h[15]。當(dāng)有及時(shí)需要斷電時(shí)，可以及時(shí)切斷電源。但p2.1接口是用來(lái)打開(kāi)告警進(jìn)行告警處理的。充電控制電路以51單片機(jī)為核心控制器。如果充滿電，綠燈就會(huì)熄滅。對(duì)于整個(gè)FET來(lái)說(shuō)，51單片機(jī)需要與其他控制元件連接處理，才能給鋰電池充電。我們可以分別檢測(cè)其功能的特點(diǎn)，從而判斷我們?cè)O(shè)計(jì)的整體硬件電路是否能夠正常運(yùn)行。圖5-1系統(tǒng)仿真圖5.2充電器的軟件調(diào)試對(duì)于系統(tǒng)的軟件調(diào)試主要是判斷在充電過(guò)程中能否控制硬件電路的充電過(guò)程。當(dāng)我們完成硬件電路的調(diào)試后，就可以接上電源了。當(dāng)充電器進(jìn)入充電狀態(tài)時(shí)，我們可以打開(kāi)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。電池充電完畢后，單片機(jī)進(jìn)行預(yù)操作。接收到51單片機(jī)發(fā)送的信號(hào)后，進(jìn)行終端操作。然后使用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警處理。在測(cè)試的最后，如果整個(gè)硬件電路的功能能夠正常實(shí)現(xiàn)，則說(shuō)明我們的軟件測(cè)試結(jié)果是正確的。相反，在我們的軟件測(cè)試結(jié)果中會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的問(wèn)題。圖5-2程序調(diào)試圖5.3系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試在系統(tǒng)調(diào)試的過(guò)程中，首先將手機(jī)連接至USB端口。并且將電源連接到系統(tǒng)上，DC輸入以12V進(jìn)行電壓的輸入。打開(kāi)充電開(kāi)關(guān)，此時(shí)USB端口的提示燈亮起。在LCD顯示屏上的電壓顯示正在以5V進(jìn)行充電，并且此時(shí)的溫度為20攝氏度。若電壓大于5V的時(shí)候，將會(huì)觸發(fā)充電器的報(bào)警機(jī)制，蜂鳴器開(kāi)始進(jìn)行報(bào)警。在調(diào)試中，可以將發(fā)熱探頭放置在設(shè)備上REF_Ref10774\w\h[16]。如果溫度超過(guò)30攝氏度的時(shí)候，此時(shí)由于溫度過(guò)熱，也會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)的預(yù)警機(jī)制。這將會(huì)導(dǎo)致蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警處理。在整機(jī)調(diào)試的過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題具體去分析和總結(jié)。例如：在充電過(guò)程中，溫度超過(guò)30攝氏度為進(jìn)行報(bào)警處理。液晶顯示屏上的電壓采集信息的數(shù)據(jù)有偏差。在連接至手機(jī)進(jìn)行充電時(shí)，手機(jī)未顯示充電流程。針對(duì)上述的問(wèn)題，其分析的原因如下：對(duì)系統(tǒng)中DS18B20模塊進(jìn)行程序分析，程序編譯正常。然后，對(duì)實(shí)物的焊接部分拿驗(yàn)電筆進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)焊接存在異常，針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行重新焊接。在之后再進(jìn)行調(diào)試，溫度模塊的報(bào)警機(jī)制可以正常運(yùn)行。首先，對(duì)實(shí)物的液晶顯示模塊進(jìn)行檢測(cè)。液晶模塊的焊接未見(jiàn)異常，之后對(duì)于液晶模塊的子程序進(jìn)行編譯運(yùn)行處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)程序編譯錯(cuò)誤，針對(duì)程序中的錯(cuò)誤進(jìn)行修改。在程序進(jìn)行修改后，液晶顯示的電壓參數(shù)恢復(fù)正常。針對(duì)手機(jī)未進(jìn)行充電的情況，對(duì)于USB模塊進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)USB模塊上的提示燈未正常發(fā)光，大體推斷USB充電模塊存在問(wèn)題。使用驗(yàn)電筆進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)USB模塊的元器件存在問(wèn)題。之后在更換了USB模塊后，手機(jī)可以正常充電。圖5-3整機(jī)調(diào)試圖

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