论文总字数：17327字

目 录

1绪论 1

1.1课题背景 1

1.2智能充电器的发展 1

1.3设计任务和要求 2

2设计方案的选择与论证 2

2.1总体电路分析 2

2.2方案论证 3

2.2.1 主控芯片选择 3

2.2.2 显示模块的选择 3

2.2.3 充电方式 4

3系统的硬件设计 4

3.1单片机最小系统设计 5

3.1.1单片机选型 5

3.1.2单片机最小系统组成 5

3.2电压信号采集模块 6

3.2.1信号采集芯片选型 6

3.2.2 电压检测电路原理 6

3.3 充电模块 7

3.3.1电源管理芯片选型 7

3.3.2充电电路原理 8

3.4放电模块 11

3.5 RS-232模块 11

3.6显示与按键控制模块设计 12

3.6.1液晶显示模块 12

3.6.2按键控制模块 13

4系统的软件设计 14

4.1软件开发环境简介 14

4.2 软件总体开发设计 14

5电路的调试 15

5.1硬件电路的焊接 15

5.2 系统的调试 16

6总结评价 16

参考文献 18

致谢 19

附录 20

锂电池智能充电系统设计

袁秋月

，China

Abstract:With the wide use of Electronic information products,Lithium battery with excellent performance occupied a seat in the field of Electronic Science and technology field.In this paper, we design the lithium battery intelligent charging and discharging equipment to prevent the lithium battery charging or leakage,mainly use the smallest single-chip microcomputer system of STC11F32XE combined with ADC0832 to detect the voltage of lithium battery.Then the voltage feedback to the TP5100 lithium battery management chip and the TP5100 charges the lithium battery charging and discharging management,through the charging module and discharge module.In which the whole process using LCD1602 display and button module to achieve human-computer interaction.The design of the low cost controls the lithium battery charging and discharging process,extended the life of the lithium battery and improve the charging efficiency of the lithium battery.

key word:Intelligent charging and discharging equipment;lithium battery;STC11F32XE ;TP5100

1绪论

1.1课题背景

由于科技持续不断地发展和进步，如今的社会已经一步步的进化为信息化、科技化的社会。电脑、手机、照相机也随之得到了快速的发展，成为几乎每家每户都会拥有的产品，人们对电子科技产品的喜爱使得电子产品高速发展，随之对电池产业也有了相应的更加严格的要求。人们希望电池不再是只能一次性使用，而是可以反复利用，希望电池可以方便携带，不那么沉重，希望电池可以价廉物美。于是可充电的绿色电池备受人们的关注和喜爱。

如今市场上大范围使用的可充电绿色电池主要有镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等三种可充电绿色电池。把这三种电池进行各方面的比较，在正常温度下，锂电池是各类可充电绿色电池中各项性能指标最好的一类可充电绿色电池。通常容量下，锂电池的能量密度一般镍氢电池能量密度的两倍多，而且随着科学技术的不断发展，锂电池的能量密度尚有进一步提升的趋向。锂离子电池凭借着体积小、轻便、成本低、比能量大、使用寿命长、放电性能好等优点成为未来最有发展前途的可充电绿色电池。但是，若是使用不当，锂离子电池的寿命也会大大的减小。经研究发现，对电池寿命影响最大的因素是充电过程，而放电过程对其影响反而较小。综上所述，绝大部分的锂电池不是因为使用过长而导致寿命减少，而是充电不恰当导致电池寿命缩短，所以一个好的充电器可以很好的延长锂电池的使用寿命。

目前人们大多数使用的充电器一般都是普通的传统充电器，而传统充电器所采用的充电方法一般都比较单一，只能采用最简单的恒压或恒流充电方法，以致充电时间过长，充电效率较低。而且，绝大部分的电池充电器对电池的深度放电，放电电流和电池温度并没有加以控制，但是这些因素对电池的寿命都有一定的影响。此外在充电结束时，电池散热量较大，因而导致电池极化，缩减电池寿命。在以前的研究中，人们希望不断提高锂电池的容量，实现以最小的物理尺寸电池完成最长的工作时间。但是相比较通过提高电池容量来提高电池的使用率，从改善充电器来延长电池的寿命显得更为有效且成本较低。相比传统充电器而言，智能充电器可以依据不同的电池的充电特性，智能控制电池在不同的状态下采用最恰当的充电方法，具有维护简单，充电效率高，使用寿命长等特点。随着便携式电子产品的迅猛发展，人们肯定会对电池的寿命有极高的要求，所以我设计了锂电池智能充电器，针对4.2V和8.4V的锂电池进行智能充放电控制，以较低的成本实现功能。

1.2智能充电器的发展

使用寿命是评判一个电池是否优质的重要因素之一，而正确的充电方式可以在很大程度上延长电池的寿命，所以研究发展充电技术对电池而言比较重要，下面是充电技术发展的三个阶段：

1. 限流限压式充电器

发展最初充电器采用的是限压式充电方式，之后逐步发展到限流限压式充电方式，主要运用的充电方法是浅充浅放，限流限压式充电器用使用时间的长短来描述电池寿命的长短，并不以使用次数来描述电池寿命。这种充电模式的效果比较差。

1. 恒流限压式充电器

恒流限压式充电器的工作原理是先维持电流恒定，以恒定的电流对电池进行充电，将电压提升至预先设置好的电压阈值，然后维持电压恒定，以恒定的电压对电池充电，直至充满为止。虽然恒流限压式充电器在当时风靡了充电器市场半个世纪之久，但由于充电阶段它的电流总是小于电池可接受的充电电流，以致欠充或者充电效率不高，很大程度上缩短了电池的寿命，逐渐被人们研究出的自适应智能充电器所取代。

1. 自适应智能充电器

随着生产技术的发展，充电器迎来了发展的第三个阶段即自适应智能充电器。自适应智能充电器一般都由单片机对电池充电过程进行总体上的控制，它主要是依据不同电池的充放电特性对电池进行充放电，其中的算法是根据单片机实时检测到的电池参数来不断改善充电参数的模糊算法。自适应智能充电器的出现，使得电池充电全智能化成为了可能，使得充电器适应各种种类的电池不在是妄想。目前智能充电器还在发展过程中，还没有取代传统充电器的地位，相信随着科技的发展进步，智能充电器也会越来完善，越来越受到人们的喜爱。

1.3设计任务和要求

目前市面上有不同材质的电池，因此也就随之需要相应电池的充电器，然而即便是同种材质的电池也不会完全一样，在不同的场合，会有不同的充放电要求。选择合适、恰当的充电方式对电池而言可以在很大程度上延长寿命。并且对可充电电池来说，过充和欠充都会对电池的寿命产生影响，所以对电池进行恰当的充电显得尤为重要。本文着重设计对不同锂电池进行充放电控制的智能充放电器，主要是基于STC11F32XE单片机，并扩展液晶显示和键盘等人机交互设备来完善设计，以相对较低的成本通过硬件电路和软件设计的配合来实现对不同锂电池的智能充放电控制。

2设计方案的选择与论证

2.1总体电路分析

锂电池智能充电系统需要实现对不同的锂电池进行智能充放电控制的功能，整个电路由单片机最小系统模块、电压信号检测模块、充电控制模块、放电控制模块、RS-232串口通信模块和液晶显示与按键控制模块构成。本设计的主要原理是通过电压信号检测模块来判断接入电池是否为单节锂电池，如果是单节锂电池则采集其电压，否则采集双节锂电池电压，将处理后的电压信号输送到单片机进行处理，然后将处理后的信息发送给电压管理芯片来判断是给单节还是双节锂电池进行充电，充电主要是通过充电控制电路或者将电压信号传递给放电控制电路对锂电池进行放电控制，在整个过程中由按键和液晶显示器来控制及显示电路进程，串口通信模块在锂电池智能充电器中主要扮演着将电路与计算机相连，然后将电池的电压信息传递给计算机的角色。图2.1为锂电池智能充电器电路的硬件框图。

2.1电路硬件框图

2.2方案论证

2.2.1 主控芯片选择

方案一：采用STC11F32XE单片机作为主控芯片。这种型号的单片机是8051单片机的衍生产品，其内核是51内核，是CMOS 8位单片机，拥有功耗低、性能好等优点。STC11F32XE单片机的片上Flash不仅允许程序存储器在系统可编程，还能适用于常规的编程器。因为STC11F32XE的单芯片拥有的8位CPU相较为灵敏以及拥有不仅可在系统编程还能适用于编辑器的Flash，所以STC11F32XE在大多以嵌入式控制为应用的系统中得到了普及。

方案二：采用ATmega16 AVR单片机作为主控芯片。这种型号的单片机是8位的AVR单片机，拥有性能高、功耗低等优点。ATmega16 AVR单片机拥有32个8位的通用工作寄存器，当它工作在16MHz的时候，其性能可以达到16MIPS，而且它只需要安全性能高以及不容易丢失的程序和数据存储器，另外它的硬件乘法器拥有两个时钟周期。除此以外，ATmega16 AVR的内核设置了大量的指令集，并且它还拥有两个8位定时器，一个16位定时器，其中的8位定时器拥有预分频功能。

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