智能手机充电器的设计与实现分析

编号南京航空航天大学金城学院毕业设计题目手机充电器的设计与实现学生姓名吕威学号2010032309系部自动化系专业电气工程与自动化班级20100313指导教师吴玲讲师二〇一四年五月南京航空航天大学金城学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：。。。。。）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名：年月日（学号）：毕业设计（论文）报告纸-1-手机充电器的设计与实现摘要随着当今科学技术的迅猛发展，手机渐渐地进入了人们的日常生活，成为人们不可或缺的一部分，智能手机充电器也就变得越来越重要了。现在的手机充电器，一方面缺乏智能化，只能完成充电功能，而不具有报警和必要的显示功能；另一方面这种充电器对电池没有相应的保护措施，也使得手机电池的寿命锐减。本设计针对这种情况提出以STC89C51单片机为控制核心，实现对充电芯片MAX1898的控制，并通过74HC595芯片实现在数码管上显示充电时间。此外，STC89C51单片机芯片还可以实现对充电状态的控制，并通过LED灯显示出来，红灯点亮表明正在充电，绿灯点亮表明充电完成。硬件电路包括单片机模块、电源电路、充电电路模块以及显示电路模块等。单片机程序采用C语言编程，完成对单片机的控制，进而完成一系列的充电过程，实现了手机充电的智能化，并延长了电池的使用寿命。试验结果表明。。。关键词：智能充电器，单片机，C语言毕业设计（论文）报告纸-2-DesignandimplementationofmobilephonechargerAbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnologytoday,thephonegraduallymovesintopeople'sdailylivesandbecomesanintegralpart.Sotheintelligentphonechargerwillbecomeincreasinglyimportant.Nowthemobilephonecharger,ontheonehandlackingofintelligentchargingfunction,canonlyaccomplishchargingwithoutnecessaryalarmanddisplay;Ontheotherhandthischargerdoesnothavecorrespondingmeasurestoprotectthebattery.Itmakesthecellphonebattery’slifesharpless.ThisdesignusesTC89C51MCUtoaddressthissituationandcontroltheMAX1898chip,showingchargingtimeonthedigitaltubeby74HC595chip.Inaddition,STC89C51MCUchipcanalsoachievethestateofcharge,anddisplaythroughtheLED.Theredlightindicatescharging,thegreenlightindicateschargingiscomplete.HardwarecircuitmoduleincludesaMCU,apowercircuit,achargingcircuitmoduleandadisplaycircuitmodule.WeuseClanguageprogrammingasSCMprogram,completingthecontrolofMCU,andthencompletingaseriesofchargingprocess,toachievetheintelligentmobilephonechargerandextendbatterylife.KeyWords:IntelligentBatteryCharger,MCU,CProgrammingLanguage毕业设计（论文）报告纸-3-第一章绪论1.1课题研究的背景及意义1.1.1手机充电器研究的背景随着社会的不断发展，科学技术的发展速度超乎我们的想象身边，手机也渐渐地成为我们日常生活中不可或缺的一部分。手机充电器作为手机的一个不可缺少组件，它的性能的好坏，将会直接影响到我们手机的正常使用，所以手机充电器的作用超乎我们的想象。现在的手机充电器，一方面缺乏智能化，只能完成充电功能，而不具有报警和必要的显示功能；另一方面这种充电器对电池没有相应的保护措施，也使得手机电池的寿命锐减。为了解决这一系列的问题，我们需要一种智能的手机充电器。现在市场上的有些充电器的产品质量不能满足人们的要求，质量不能保证，而且还存在安全隐患。充电器的质量问题、安全问题等一系列问题直接影响手机的正常使用，这还使手机电池的寿命大大降低，最终导致手机的待机时间变得越来越短。特别是安全问题尤为重要，手机在充电过程中爆炸的报道不计其数，着很大程度上和手机充电器有关，这类问题的解决刻不容缓，一旦出现意外，就会给我们造成难以想象的危害。现在的手机充电器大都采用两种充电方法，第一就是恒流快速充电法，而另一种就是电压比较充电法。实际上两种充电方法还是比较成熟的充电方法，但是它们都会在不同的程度上影响到手机电池的寿命。随着单片机的出现和单片机技术的发展，这也使得手机充电器有了新的发展方向，也就是朝着智能化方向发展。1.1.2手机充电器研究的意义信息技术的迅速发展，便携式电子设备和充电电池得到了广泛应用。各种充电器的使用也渐渐地普及，如万能充电器、车载手机充电器、平板电脑、移动电源等，特别是移动设备需要大量地重复使用电池，这样可充电电池的寿命就显得非常重要了。在各种可充电电池中，锂离子电池相比于其他普通电池具有明显的优越性，锂电池不仅体积小、重量轻，而且自放电率低、无记忆效应。由于多种优点，使得锂电池被广泛使用在各种新型移动设备当中。毕业设计（论文）报告纸-4-现在市场上的手机充电器大多采用的充电方法是大电流的快速充电法,这种充电方法最大的坏处就是当电池充满后，如果不及时地停止充电会使得电池发烫，这样很容易损坏电池。当然也有成本比较低的充电器，它们采用充电方法是电压比较法，这种充电方法能够防止过充，当电池充电到95%满的时候，就会停止大电流快充，转而采用小电流涓流补充充电。通常为了让电池充满电，很容易造成过度充电。具体表现为：一些充电器在电池充满时会持续发烫。电池经常性的出现过充或欠充时，会严重影响人们的使用，具体表现为：手机待机时间变得越来越短。研究表明锂电池的使用寿命、单次使用时间和充电维护过程与使用情况有着密切联系。衡量一个充电器的好坏的标准就是看该充电器能不能在短时间内将电池充满,而且能够对电池起到相应的保护作用，并且修复由于电池不当使用而造成的记忆效应。传统的充电器不具备这种保护和修复功能。智能充电器就是为满足用户的需求而设计的。智能充电器能够对充电进程进行控制，不仅能在充电过程中能对电池进行保护，而且可以防止过电压和控制充电温度。这种智能充电器以单片机为控制核心，它能检测到在电池充电饱和时的电压信号变化，然后精确地结束充电过程。除了单片机，这种智能充电器还有一个重要的部件：充电芯片，这种充电器芯片可以实现对充电过程的控制，再加上单片机控制功能，比如时间控制、蜂鸣报警、电源关断、温度控制和液晶显示控制等，就能够实现智能化充电。电力电子技术的迅速发展，使得芯片体积越来越小，电路的集成化，这使得智能充电器大规模生产成为可能。智能充电器拥有无法超越的优越性，如可靠性高、操作简单，而且更具安全性和通用性,代表着未来充电器发展方向。由此可见，充电器在智能化的研究方向上具有非常广阔的发展前景和无可比拟的现实意义。1.2基于单片机的智能手机充电器的应用前景1.2.1智能手机充电器的发展前景基于单片机的智能手机充电器的设计与研究，对于当今手机及手机充电器发展和市场前景提供了很好的研究方向。现在的手机充电器，一方面缺乏智能化，只能完成充电功能，而不具有报警和必要的显示功能；另一方面这种充电器对电池没有相应的保护措施，也使得手机电池的寿命锐减。不仅如此，其充电效率很低，充电时间长，满足不了快节奏城市生活人们的需求。由此可见，毕业设计（论文）报告纸-5-新型的、智能的手机充电器急需发展，在科学技术研究领域中也就成为了一件非常紧迫的任务。AT89C51单片机功能齐全，价格适中，是一款性价比很高的芯片，所以AT89C51单片机作为智能手机充电器的控制核心具有突出的优越性。智能充电器拥有无法超越的优越性主要表现在可靠性高、操作简单，而且更具安全性和通用性,代表着未来充电器发展方向。由此可见，充电器在智能化的研究方向上具有非常广阔的发展前景和无可比拟的现实意义。1.2.2手机充电器的发展方向随着单片机技术和电力电子技术的迅速发展，这也使得手机充电器有了新的发展方向，朝着智能化方向发展。电池充电的智能化，不仅满足了人们的要求，而且可以延长电池的使用时间。电力电子技术使得芯片的体积越来越小、集成度越来越高、造价低廉和电路简洁的优点，为智能手机充电器的发展奠定了广阔的发展平台。信息技术必将使得智能化在充电器发展领域成为可能，必将取代传统充电器，相信基于单片机的智能手机充电器在将来一定会得到普及和迅猛发展。1.3本论文完成的工作及内容编排1.3.1论文需完成的工作在持续供电的情况下，首先将家用的220V交流电经过一个变压器（变比220:12）将其变成为12V的交流电，然后经过全桥整流，将交流变成直流，这时要经过稳压芯片LM7805，输出电压为直流5V,这个电压就能给充电芯片做输入，也给单片机做电源，单片机就进行相应的分析和处理，检测充电状态，不充电时绿灯亮，数码管显示时间为零，充电时红灯亮，数码管开始计时，充满绿灯亮，数码管锁定充电时间，蜂鸣器滴滴提示充满电。通过使用模块化、简单化、集成化，最终达到智能充电的效果。1.3.2论文的组织论文按如下的方式来组织：第一章绪论。。。。第二章电池的充电方法及充电控制技术。综述基于单片机的智能手机充电器的基本概念、原理和方法。第三章手机充电器的硬件设计与实现。阐述了智能手机充电器硬件的设计和实现的方毕业设计（论文）报告纸-6-法。从原理图设计、电路图的设计一直到最后涉及的技术问题等一一进行了说明和解释。第四章手机充电器的软件设计与仿真。详细了应用Protel软件和Proteus软件的总体设计、关键流程的设计和程序的设计思路。第五章系统调试及运行结果。详细介绍了系统的调戏和运行结果的分析。第六章总结与展望。总结了本文的重点解决的问题以及对后期工作的展望，提出了本系统的有待改进之处和本系统今后应该的研究方向。毕业设计（论文）报告纸-7-第二章电池的充电方法及充电控制技术2.1充电器与电池的充电方法2.1.1充电器的介绍充电器也就是为一些设备充电的装置，它的主要功能主要是将家庭用电220V交流电转化成5V的直流电，从而可以给一些移动设备充电。安全性、快速性和使用方便性是人们对于充电器的基本要求。随着科学技术的快速发展，人们对于充电器的功能有了新的需求，比如报警和必要的显示功能。另外，充电器的充电安全性也一直是人们所讨论的话题。电池电压检测功能是一个功能齐全的充电器所必有的功能。当终止放电电压小于充电电池的电压，为了防止电池记忆效应的产生，此时电池应当放电知道终止放电电压，随后完成自动充电。电池的一般充电过程为预充电、快速充电、涓流充电，在各个充电过程都应该有LED灯的显示。充电率的设定、定时器时间设定以及充电前电池状态测定同样是一个功能齐全的充电器所必有的功能。当充电的电流较小时，充电器可选择线性电源；在充电电流较大时，便可以使用开关电源，这样不仅省电，而且也解决了充电器发热的问题。功能比较齐全的充电器的结构图如图2