论文总字数：18658字

摘 要

随着大气污染的加剧和能源资源的日益匮乏，电动车作为新型交通工具因其轻巧和环保被人们广泛使用。作为电动车的动力来源蓄电池的好坏则决定了电动车的质量，而研究表明充电器的优劣直接影响电池的性能及寿命。因此设计出一款高性能的充电器不仅可以增加电动车骑行寿命，还能减少大众的经济投入，有众多益处。实践证明，以恒流限压、恒压限流、浮充三段式充电模式为基础的方式最佳，所以本文先分析现有的充电器，再基于430系列单片机设计了一款可进行多模式自动转换，并带有温度、定时监测及无线传输报警功能的自侦测智能充电器。通过单片机与UTC3842的结合作用对电池充电情况进行实时监控与调节，这对提高充电速度、节约资源都有着重大意义。

关键词：三段式；蓄电池；智能充电器；单片机

Design of Intelligent Electric Bicycle Charger

Abstract

With the intensification of air pollution and energy resources increasingly scarce, and electric vehicles as a new means of transport because of its lightweight and environmental protection has been widely used. As the power source of electric vehicles battery good or bad determines the quality of electric vehicles, and research shows that the charger directly affects the battery performance and life.So the design of a high performance of the charger can not only increase ride electric vehicles life can reduce the mass of economic inputs have many benefits.Practice has proved that at constant flow pressure limiting, constant voltage current limiting, floating a three-stage charging mode based on the best way, so in this paper, analysis of the existing charger first, Then 430 series microcontroller based on the design a can be many mode automatic conversion and self detection intelligent charger with temperature detection, timing and wireless transmission function. Through the combination of single-chip microcomputer and UTC3842, the real-time monitoring and adjustment of the battery charging situation is significant for improving the charging speed and saving resources.

Keywords：Three-step method；batteries；Intelligent charger；microcontroller

目 录

摘要 I

Abstract II

II

第一章 引 言 1

1.1课题背景及意义 1

1.2现状分析及存在问题 1

1.3课题任务及内容 2

第二章 充电器基础知识及方案论证 3

2.1充电器基础知识 3

2.1.1充电器结构 3

2.1.2铅酸蓄电池的充放电原理及特性 3

2.1.3充电器的充电方法 4

2.2方案论证 6

2.2.1整体方案论证 6

2.2.2单片机的选择 6

2.2.3温度模块的选择 7

2.2.4无线模块的选择 7

第三章 硬件电路设计 8

3.1电路总体设计 8

3.2主要芯片介绍 8

3.2.1UTC3842开关电源 8

3.2.2TL431可控精密稳压源 9

3.2.3LM358运算放大器 10

3.2.4EL817光电耦合器 11

3.2.5C1815及5N60C 11

3.3原理图及原理概述 12

3.3.1原理图 12

3.3.2原理概述 13

第四章 软件部分设计 15

4.1软件流程图 15

4.2各功能模块的设计 15

4.2.1温度监测模块的设计 15

4.2.2定时模块的设计 17

4.2.3无线模块的设计 19

第五章 数据分析 21

5.1数据分析 21

5.2问题分析及注意事项 23

第六章 总结 24

致谢 25

参考文献 26

附录 27

第一章 引 言

1.1课题背景及意义

21世纪以来，汽车使用率的不断高升不仅带来了交通的拥堵，还使有害气体的排放增加了好几倍，大气污染程度不断加剧。而伴随着科学技术的迅猛发展、油价的飞涨、资源的紧缺以及大众环保意识的不断增强，以高效的清洁能源代替石油等主导能源已成为了现代社会发展的必然趋势。

电动车作为目前世界上可以达到零排放的绿色交通工具，由于其具有时尚环保、轻巧方便、省力安全等众多优点逐渐成为现代人的理想代步工具，给人们的出行生活带来了巨大变化，在当今及未来世界中都会有巨大的市场保有量。众所周知蓄电池是电动车最为重要的部分，它为电动车提供电力从而保障电动车的工作，因此蓄电池的使用时间长短会直接影响电动车的质量好坏。实践及研究证明，充电器对蓄电池进行充电的过程会对电池的寿命产生严重影响。当充电一直不够充分时，会使蓄电池内部化学反应进行不完全，长期下去蓄电池的容量会受影响，导致电动车骑行路程缩短；而当过充电时，蓄电池内部化学反应过度造成电解液失水，同样影响使用性能。由此可见，造成蓄电池性能不佳及寿命过短的原因都是充电的不合理性，所以利用现有技术开发出一款智能充电器对蓄电池的使用具有重要意义。

1.2现状分析及存在问题

中国作为世界上人口最多的国家，对电动车的需求量也十分巨大，基本家家户户都会拥有一到两辆电动车，电动车在人们日常生活中成了出行必不可少的工具。面对前些年金融风暴的影响，电动车产业依旧蒸蒸日上，显示出其不可估量的前景发展。电动车是集众多技术如电力电子技术、电机技术、蓄电池技术等于一体的新型自行车，其主要由电动车车体、电动机、控制装置、蓄电池、充电器这五大部分组成。前三者它们在技术和理论上都已较为成熟，而后两个部件的发展却还不能满足电动车的要求，尚有一些理论及技术方面的问题有待解决，成为影响电动车使用寿命和行程里数的重要瓶颈因素。现在在我国，一般选择铅酸蓄电池作为电动车的动力来源，这主要是因为铅酸蓄电池没有记忆的功能，并且加上负载后能保持输出稳定。除此之外还具备容量大，使用技术比较成熟，价格低廉等优点。当然，除了铅酸蓄电池以外，市面上还存在锂离子电池、燃料电池等多种电池，这些电池具有高性能的特点，但由于技术还不够成熟，所以虽然有相关产品使用但还没有被广泛推广。虽然铅酸蓄电池具有众多优点，但其比容小、寿命短导致电动车行程里数变短，需要频繁更换电池也是一大主要缺点，所以延长电池使用时间和提高性能显得至关重要。大量的理论实践表明，充电方法的正确与否会直接影响蓄电池的寿命，而充电方式完全取决于充电器，因此充电器的选择能够影响蓄电池的性能。目前在市场上售出的充电器主要有二段式、三段式、脉冲式等几种类型，充电器的规格也会根据铅蓄电池的容量不同而不同，现在常用的48v12ah的充电器表示的就是电池的输出电压为48v，电池的容量为12ah。现如今常常使用的电动车充电器大都采用的是循环充电和浮充（恒压充电）方式，但这两种方法都存在着一些不足之处：循环充电的充电方式充电效果很好，但对于容量较大的蓄电池进行充电时时间会比较长，时效降低，造成许多不便；恒压充电的充电方式是从充电开始到充电结束都保持电压的稳定，而不考虑蓄电池的当前状态，这样很容易造成电池的损坏。而且，我国当前几乎所有地区电动车使用的都是没有温度补偿的充电器，这样容易导致冬季充电不足而夏季充电过度，这两种情况会分别造成硫酸盐化和电池失水。当电池失水后，铅蓄电池内部的硫酸浓度就会提高，从而加剧板极的腐蚀，更容易发生硫酸盐化现象，而硫酸盐化后的电池更加容易造成电解液的失水情况，这样会形成一种恶性循环的链式反应。除此之外，人们通常插上充电器后就不管它，让它一直对蓄电池充电，造成充电时间过长电池发烫，从而使电池极化，影响蓄电池的寿命，出现电池流水和鼓包等现象，以至于电池无法再使用。

1.3课题任务及内容

通过学习掌握基本电力电子器件、恒流源工作原理、电池充电机理等知识，针对目前国内的充电器现状，分析研究现有的48v12ah充电器，并在此基础上利用MSP430F149单片机设计出带有自侦测功能的智能充电器。主要任务内容如下：

1、观测电动车充电的整个过程，并对相关参数进行数据记录。

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