智能型充电器的电源制造技术

本发明专利技术智能型充电器的电源对基于单片机的LCD液晶显示器控制系统进行了研究。本发明专利技术是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。简单描述系统硬件工作原理，且附以系统硬件设计框图，并介绍了单片机微处理器的发展史，各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程,并描述了8052、8279及SED1520外接电路接口的软、硬件调试。其次阐述了程序的流程和实现过程。

【技术实现步骤摘要】
随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。AVR已经在竞争中领先了一步，被证明是下一代充电器的完美控制芯片。AtmelAVR微处理器是当前市场上能够以单片方式提供Flash、EEPROM和10位ADC的最高效的8位RISC微处理器。由于程序存储器为Flash，因此可以不用象MASKROM一样，有几个软件版本就库存几种型号。Flash可以在发货之前再进行编程，或是在PCB贴装之后再通过ISP进行编程，从而允许在最后一分钟进行软件更新。EEPROM可用于保存标定系数和电池特性参数，如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。10位A/D转换器可以提供足够的测量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案为了达到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB空间，也提高了系统成本。AVR是目前唯一的针对像“C”这样的高级语言而专利技术的8位微处理器。C代码似的专利技术很容易进行调整以适合当前和未来的电池，而本次智能型充电器显示程序的编写则就是用C语言写的。1.1.1课题背景如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。从20世纪60年代的商用镍镉和密封铅酸电池到近几年的镍氢和锂离子技术，可充电电池容量和性能得到了飞速的发展。目前各种电器使用的充电电池主要有镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）和密封铅酸电池（SLA）四种类型。电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。专利技术充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。因此，智能型充电电路通常包括了恒流／恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。AtmelAVR微处理器是当前市场上能够以单片方式提供Flash、EEPROM和10位ADC的最高效的8位RISC微处理器。由于程序存储器为Flash，因此可以不用象MASKROM一样，有几个软件版本就库存几种型号。Flash可以在发货之前再进行编程，或是在PCB贴装之后再通过ISP进行编程，从而允许在最后一分钟进行软件更新。EEPROM可用于保存标定系数和电池特性参数，如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。10位A/D转换器可以提供足够的测量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案为了达到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB空间，也提高了系统成本。AVR是目前唯一的针对象“C”这样的高级语言而专利技术的8位微处理器。1.1.2常见充电电池特性及其充电方式电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的，由于使用的化学物质的不同，电池的特性也不同，其充电的方式也不大一样。电池的安全充电现代的快速充电器(即电池可以在小于3个小时的时间里充满电，通常是一个小时)需要能够对单元电压、充电电流和电池温度进行精确地测量，在充满电的同时避免由于过充电造成的损坏。充电方法SLA电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流；NiCd电池和NiMH电池的充电方法为恒定电流法，且具有几个不同的停止充电的判断方法。最大充电电流最大充电电流与电池容量(C)有关。最大充电电流往往以电池容量的数值来专利技术示。例如，电池的容量为750mAh，充电电流为750mA，则充电电流为1C(1倍的电池容量)。若涓流充电时电流为C/40，则充电电流即为电池容量除以40。过热电池充电是将电能传输到电池的过程。能量以化学反应的方式保存了下来。但不是所有的电能都转化为了电池中的化学能。一些电能转化成了热能，对电池起了加热的作用。当电池充满后，若继续充电，则所有的电能都将转化为电池的热能。在快速充电时这将使电池快速升温，若不及时停止充电就会造成电池的损坏。因此，在专利技术电池充电器时，对温度进行监控并及时停止充电是非常重要的。现代消费类电器主要使用如下四种电池：密封铅酸电池(SLA)镍镉电池(NiCd)镍氢电池(NiMH)锂电池(Li-Ion)在正确选择电池和充电算法时需要了解这些电池的背景知识。密封铅酸电池(SLA)密封铅酸电池主要用于成本比空间和重量更重要的场合，如UPS和报警系统的备份电池。SLA电池以恒定电压进行充电，辅以电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。只要电池单元电压不超过生产商的规定(典型值为2.2V)，SLA电池可以无限制地充电。镍镉电池(NiCd)NiCd电池目前使用得很普遍。它的优点是相对便宜，易于使用；缺点是自放电率比较高。典型的NiCd电池可以充电1000次。失效机理主要是极性反转。在电池包里第一个被完全放电的单元会发生反转。为了防止损坏电池包，需要不间断地监控电压。一旦单元电压下降到1.0V就必须停机。NiCd电池以恒定电流的方式进行充电。镍氢电池(NiMH)在轻重量的手持设备中如手机、手持摄象机，等等镍氢电池是使用最广的。这种电池的容量比NiCd的大。由于过充电会造成NiMH电池的失效，在充电过程中进行精确地测量以在合适的时间停止是非常重要的。和NiCd电池一样，极性反转时电池也会损坏。NiMH电池的自放电率大概为20%/月。和NiCd电池一样，NiMH电池也为恒定电流充电。锂电池(Li-Ion)和本文中所述的其他电池相比，锂电池具有最高的能量/重量比和能量/体积比。锂电池以恒定电压进行充电，同时要有电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。当充电电流下降到生产商设定的最小电流时就要停止充电。过充电将造成电池损坏，甚至爆炸。1.1.3主要芯片的选择ATMEL公司是世界上有名的生产高性能、低功耗、非易失性存储器和各种数字模拟IC芯片的半导体制造公司。在单片机微控制器方面，ATMEL公司有AT89,AT90和ARM三个系列单片机的产品。由于8051本身结构的先天性不足和近年来各种采用新型结构和新技术的单片机的不断涌现，现在的单片机市场是百花齐放。ATMEL在这种强大市场压力下，发挥Flash存储器的技术特长，于1997年研发并推出了个新配置的、采用精简指令本文档来自技高网...

【技术保护点】
它的主要技术参数及其供电特点如下：电源：DC+5V，模块内自带用于LCD驱动的负压电路；显示内容：128 64全屏幕点阵；指令形式：七种指令；接口形式：与控制器采用8位数据总线和8位控制线相连；工作环境：－10~+50℃；模块应用有三种电源：逻辑电源、液晶驱动电压、背光电压；本次选用的模块是双电源供电（VDD/V0），需要提供一个液晶驱动电压，用以调节对比度，接在液晶模块的V0引脚上，由于液晶的对比度会随着温度的变化而相应变化，所以其液晶显示驱动电压值应随着温度作相应的调整，这里采用了一个电位器，调整电压值；电源电路的专利技术在本次的专利技术中，要供电给mega16和LCD显示模块两部分，而一个LM7805的输出电流不足，将mega16和显示模块分别供电，所以实际电路中用到了两片7805；下面就一个电源电路给出专利技术方案，另一个同样原理；5V电源电路的专利技术LM78作为输出电压固定的典型电路专利技术，正常工作时，输入、输出电压差为3‑8V；输入电压PS为9V；电路中接入电容C5用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑止电路引入的干扰，C11是有极性的电解电容，以减小稳压电压输出端由输入电源引入的电平干扰；D1是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器C11一个放电电路，防止C11两端电压作用于调压管的be结，造成调压管be结击穿而损坏；其中C5、C11两个电容只是起滤波作用选用的大小没有特别的要求；硬件电路专利技术经过对以上对ATmega16L芯片的端口、存储器、时钟电路、以及复位电路和LCD液晶显示等原理的介绍后，现在就可以完成对这部分硬件电路的专利技术了；再结合前面的分析采用间接访问的方式实现单片机与液晶显示模块之间的连接；LCD模块的8位数据线接在了Atmega16L芯片B口的8位数据线上，这里用了一个74LS24作为锁存器使它们间接连接在一起；LCD的EN、D/I、CS1、CS2、R/W分别连接到PA3~PA7上；                      PROTEL99的应用简介在这里主要用它来绘制电路原理专利技术和生成印制电路板。...

【技术特征摘要】
1.它的主要技术参数及其供电特点如下：
电源：DC+5V，模块内自带用于LCD驱动的负压电路；
显示内容：12864全屏幕点阵；
指令形式：七种指令；
接口形式：与控制器采用8位数据总线和8位控制线相连；
工作环境：－10~+50℃；
模块应用有三种电源：逻辑电源、液晶驱动电压、背光电压；
本次选用的模块是双电源供电（VDD/V0），需要提供一个液晶驱动电压，用以调节对比度，接在液晶模块的V0引脚上，由于液晶的对比度会随着温度的变化而相应变化，所以其液晶显示驱动电压值应随着温度作相应的调整，这里采用了一个电位器，调整电压值；
电源电路的发明
在本次的发明中，要供电给mega16和LCD显示模块两部分，而一个LM7805的输出电流不足，将mega16和显示模块分别供电，所以实际电路中用到了两片7805；下面就一个电源电路给出发明方案，另一个同样原理；
5V电源电路的发明
LM78作为输出电压固定的典型电路发明，正常工作时，输入、输出电压差为3-8V；输入电压PS为9V；电路中接入电容C5用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑止电路引入的干扰，C11是有极性的电解电容，以减小稳压电压输出端由输入电源引入的电平干扰；D1是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器C11一个放电电路，防止C11两端电压作用于调压管的be结，造成调压管be结击穿而损坏；其中C5、C11两个电容只是起滤波作用选用的大小没有特别的要求；
硬件电路发明
经过对以上对ATmega16L芯片的端口、存储器、时钟电路、以及复位电路和LCD液晶显示等原理的介绍后，现在就可以完成对这部分硬件电路的发明了；再结合前面的分析采用间接访问的方式实现单片机与液晶显示模块之间的连接；LCD模块的8位数据线接在了Atmega16L芯片B口的8位数据线上，这里用了一个74LS24作为锁存器使它们间接连接在一起；LCD的EN、D/I、CS1、CS2、R/W分别连接到PA3~PA7上；
PROTEL99的应用简介
在这里主要用它来绘制电路原理发明和生成印制电路板。
2.发明的发明步骤如下：
(1)设置原理发明发明环境；其中，工作环境设置是使用Design/Options和Tool和Preferences菜单进行的，画原理发明环境的设置主要包括发明纸大小、捕捉栅格、电气栅格、模板设置等；
放置元件，将电气和电子元件放置在发明纸上；
原理发明布线；元件一旦放置在原理发明上，不需要用导线将元件连接起来，连接时一定要符合电气规则；
编辑和调整；编辑元件的属性；包括元件名、参数、封装发明等；调整元件和导线的位置等操作；
本次发明所用的主要元件属性如下：
说明编号封装元件名称
单片机U1DIP-40Atmega16
LCDJ2DIP-20LCD模块
电阻RAXIAL0.3RES2
电容CRAD0.1CAP
锁存器U5DIP-2074LS245
NPN三极管QTO462N2222A
晶体XXTAL-1XTAL
通用运放U2A，U2BDIP8LM358
检查原理发明；使用电气规则功能(ERC)检查原理发明的连接是否合理和正确；给出检查报告，若有错误则要根据错误进行改正；
生成网络发明；所谓网络发明就是元件名、封装、参数及元件之间的连接发明，通过该发明可以确认各个元件和它们之间的关系；
打印原理发明；
对电路板的发明主要分为以下几个步骤；
使用原理发明编辑器发明原理发明，进行电气检查(ERC)并生成原理发明的网络发明；
进入电路板(PCB)环境，使用电路向导确定电路板的层数、尺寸等电路板参数；
使用Design/Netlist菜单，调入网络发明；
由于在前面的元件封装不规范，这里面出现了许多错误，通过请教老师及自己的不懈努力，花了数天的时间才全部改了出来；
布置元件，就是将元件合理地分布在电路板上；自动布置元件或人工布置元件，多次布置直到自己满意为止；
人工布线是画电路板的基础，但比较耗时和费力，另外由于自身经验的不足，只得先采用自动布线，在此基础上作了适当的修改；
完成修饰等工作，完成整个电路板的发明；
接下来是焊接的工作，这部分相对来说并不陌生，在大二时曾进行过电子课程的实习，主要就是完成收音机的焊接；虽然以后接触得比较少，但通过几天的练习，还是基本圆满地完成了任务；焊接通常要求：①焊点接触良好，尤其避免虚焊的产生；②焊点要有足够的机械强度以保证被焊点不致滑落；③焊点发明面应美观，有光泽；这块板子面积不算大(约90cm70cm)，元器件引脚多，看起来很密集；从焊下来的结果来看，焊点还可以，也算比较美观，最关键的是没有短路的情况发生
焊接完成后，整个硬件电路原理、绘制原理路、焊接等工作已全部完成，下面转到软件部分的发明；
软件发明
C语言是一种编译型的结构化程序发明语言，具有简单的语法结构和强大的处理功能，具有运行速度快、编译效率高，移植性好和可读性强等多种优点，可以实现对系统便件的直接操作；用C语言来编写目标系统软件，可以大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而开发出大规模、高性能的应用系统；其优势如下：
可以大幅度加快开发进度，程序量越大，用C语言就越有优势；
无需精通单片机指令集和具体的硬件，也能够编出符合硬件实际专业水平的程序；
可以实现软件的结构化编程，使得软件的逻辑结构变得清晰、有条理、便于开发小组计划任务、分工合作；源程序的可读性和可维护性都很好；
省去了人工分配单片机资源的工作，在汇编语言中要为每一个子程序分配单片机的资源；在使用C语言后，只要在代码中申明一下变量的类型，编译器就会自动分配相关资源，根本不需要人工干预，从而有效地避免了人工分配单片机资源的差错；
汇编语言的可移植性很差，而C语言只要将一些与硬件相关的代码作适当的修改，就可以方便地移植到其它种类的单片机上；
C语言提供auto、static、flash等存储类型，针对单片机的程序存储空间、数据存储空间及EEPROM空间自动为变量合理地分配空间，而且C语言提供复杂的数据类型，极大地增强了程序处理能力和灵活性；C编译器能够自动实现中断服务程序的现场保护和恢复，并且提供常用的标准函数库，供用户使用；并且C编译...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝金娥，
申请(专利权)人：上海汇轶环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31