吉林大学仪器科学与电气工程学院2015年下半年中文论文集 池上还有报警装置，当电量低于15%或电路出现 围内。数据通信模块拟通过串口数据线将单片机 故障时会自动启动报警装置 侧和计算机的数据进行传输。 该电路以MSP430单片机为控制核心来实现 计算机监控模块接收USB传输过来的信息 各部分功能，维持系统的正常工作。这个设计中 显示并存储在计算机中，并对数据进行处理和分 还有远程监控，通过串口数据线或无线与电池连 析。计算机还可以控制电池的充/放和系统的运行 接，在计算机上用VB设计计算机界面，显示电 状态。计算机还可以控制电池的输出电压 池的输出电压、电流 充放电时间以及电池自身 电压转换模块将蓄电池输出的24V电压转换 的损耗情况，并且可以控制电池的输出电压、充/ 成0-20V之间连续可调电压，用以适应被充电设 放电和系统的运行状态。系统框图如图一。 备对电压的不同需求。系统稳压电源模块使用 保护给出 7824芯片为24V稳压，如果电源前段有轻微波动 对后面输出几平无影响芯片可以自我调节。报警 唐电一电一→电一转肉 模块当蓄电池存储电量少于15%或电池出现故 时会通过蜂鸣器报警，充电时此功能锁定 MSP430某本工作电路模块用单片机外围接 一个晶振和一个复位电路，再接上电源和地。监 控定时器（硬件设计）模块在系统受到干扰后需 计邦机一通台 序跑飞或者死机 图1系统框图 监控定时器就会产生一个复位脉冲，能有效使系 Figurel system block diagram 统复位从而使系统恢复正常运转。液品显示模块 2.2主要模块、实施计划和技术路线 接收显示单片机的P0端口发送的显示数据。保 蓄电池充/放电模块主要完成用220V电源为 电路模块当过压、过流、短路时停止蓄电池工 蓄电港充电， 对蓄电池进行大电流充电时如果电 作 压升高到规定的上限值，由于硅管的导通和偏置 使蓄电池转向小电流充电，使电流限制在允许范 3部分电路比较 110 T494 图2开关电源电路 Figure2 Switch power supply circuit diagram 0
10 池上还有报 故障时会自 该电路 各部分功能 还有远程监 接，在计算 池的输出电 的损耗情况 放电和系统 2.2 主要模 蓄电池 蓄电池充电 压升高到规 使蓄电池转 市电 报警 报警装置，当 自动启动报警 路以 MSP430 能，维持系统 监控，通过串 算机上用 VB 电压、电流、 况，并且可以 统的运行状态 图 1 Figure1 syste 块、实施计 池充/放电模块 电，对蓄电池 规定的上限值 转向小电流充 充电 监控 计算机 吉林大学 当电量低于 1 警装置。 单片机为控 统的正常工作 串口数据线或 设计计算机 充/放电时间 以控制电池的 态。系统框图 系统框图 em block diagr 计划和技术路 块主要完成用 池进行大电流 值，由于硅管 充电，使电流 Fig 保护 电池 430 通信 仪器科学与电 15%或电路出 控制核心来实 作。这个设计 或无线与电池 机界面，显示 间以及电池自 的输出电压、 图如图一。 ram 路线 用 220V 电源 流充电时如果 管的导通和偏 流限制在允许 图 2 gure2 Switch p 输出 转换 液晶 气工程学院 20 出现 实现 计中 池连 示电 自身 充/ 源为 果电 偏置 许范 围内 侧和 显示 析。 状态 成 备对 782 对后 模块 时会 一个 控定 要进 正常 监控 统复 接收 护电 作。 3 部 开关电源电 power supply c 015 年下半年中 内。数据通信 和计算机的数 计算机监控 示并存储在计 。计算机还可 态。计算机还 电压转换模 0-20V 之间连 对电压的不同 24 芯片为 24 后面输出几乎 块当蓄电池存 会通过蜂鸣器 MSP430 基 个晶振和一个 定时器（硬件 进行复位，监 常工作，如果 控定时器就会 复位从而使系 收显示单片机 电路模块当过 。 部分电路 电路 circuit diagram 中文论文集 信模块拟通过 数据进行传输 控模块接收 计算机中，并 可以控制电池 还可以控制 模块将蓄电池 连续可调电 同需求。系统 4V 稳压，如果 乎无影响芯片 存储电量少于 器报警，充 基本工作电路 个复位电路 件设计）模块 监控定时器用 果工作不正常 会产生一个复 系统恢复正常 机的 P0 端口 过压、过流 比较 m 过串口数据 输。 USB 传输过 并对数据进 池的充/放和 电池的输出 池输出的 24 压，用以适 统稳压电源 果电源前段 片可以自我 于 15%或电 电时此功能 路模块用单片 ，再接上电 块在系统受 用来检测微 常，程序跑飞 复位脉冲， 常运转。液 口发送的显示 、短路时停 线将单片机 过来的信息， 进行处理和分 系统的运行 电压。 4V 电压转换 适应被充电设 源模块使用 段有轻微波动 我调节。报警 池出现故障 锁定。 片机外围接 源和地。监 受到干扰后需 微处理器是否 或者死机， 能有效使系 液晶显示模块 示数据。保 止蓄电池工 机 分 行 换 设 动 警 障 监 需 否 系 块 工
王楠等：远程控制智能电源的研制 图3线性电源电路 Figure3in wer supply 如图2为TL494,内置5V基准电压参考源 在野外进行较大范围的测量，而且需要的电压值有 采用脉宽调制对输出电压控制。效率高，但是很鸡 斋要明整，这样测量人员的来回往复就增加了测量 实现调节到0V。如图三，T几C5615将数字信号转 的时间和测量过程的复杂性，本电源可以实现对电 换成模拟信号，输出的模拟信号经过比较器进行比 压在0-20V的实验设备进行远程控制供电，大大减 较，姚后输出申压。申路简单.易于实现。纹波小： 少了实哈人员的工作量，提高了工作效率。本产品 回控范围大 由此选择DA数模转换加比较电路实 还可以用作车载备用电源，对于要走出较远距离的 现对输出电压的控制。 车辆，本电源可提供12V的车辆用电，还可以为 行者的手机电脑等电子通信设备充电，为出行提供 4实现的功能 了方便。上位机界面显示当前输出电流、电压，并 且可以手动设置输出电压，如图4所示。 4.1基本功能 电压0-20V连续可调，步进值为0.1V, 该装置 可以实现电源电压调节可以给手机、电脑以及一些 小型用电设备充电，并有输出电压电流显示功能。 当前电旺05.0V当前电流0000 可以通过串口数据线与计算机相连，计算机中有由 VB设计的页面.显示由酒显示屏上的所有数据 通过计算机标点击可以远程控制电源，在电源指 设置电厨50 础 标不合格时可自动切断供应。该装置可实现过流报 警功能。 4.2项目创新点 (1)过压过流报警 图4上位机界面 (2)上位机控制输出电压并显示输出电压、电 流 通信协议 (3)通过串口与计算机连接，实现远程控制。 void PutString(ucharptr) 5远程测量的软件功能 uchar i for(-0,i<9,i+) 本产品较之市场上的其他同类产品有自己的特 色，它能实现远距离上位机控制的功能。其他同头 while (!(IFGI UTXIFGO)). 产品的维护和调整要求人员要到电源的附近，如果 ∥TX缓存空闲？
王 楠等：远程控制智能电源的研制 11 图 3 线性电源电路 Figure3 Linear power supply circuit diagram 如图 2 为 TL494，内置 5V 基准电压参考源， 采用脉宽调制对输出电压控制。效率高，但是很难 实现调节到 0V。如图三，TLC5615 将数字信号转 换成模拟信号，输出的模拟信号经过比较器进行比 较，然后输出电压。电路简单，易于实现。纹波小， 可控范围大。由此选择 DA 数模转换加比较电路实 现对输出电压的控制。 4 实现的功能 4.1 基本功能 电压 0-20V 连续可调，步进值为 0.1V，该装置 可以实现电源电压调节可以给手机、电脑以及一些 小型用电设备充电，并有输出电压电流显示功能。 可以通过串口数据线与计算机相连，计算机中有由 VB 设计的页面，显示电源显示屏上的所有数据。 通过计算机鼠标点击可以远程控制电源，在电源指 标不合格时可自动切断供应。该装置可实现过流报 警功能。 4.2 项目创新点 （1）过压过流报警。 （2）上位机控制输出电压并显示输出电压、电 流。 （3）通过串口与计算机连接，实现远程控制。 5 远程测量的软件功能 本产品较之市场上的其他同类产品有自己的特 色，它能实现远距离上位机控制的功能。其他同类 产品的维护和调整要求人员要到电源的附近，如果 在野外进行较大范围的测量，而且需要的电压值有 需要调整，这样测量人员的来回往复就增加了测量 的时间和测量过程的复杂性，本电源可以实现对电 压在 0-20V 的实验设备进行远程控制供电，大大减 少了实验人员的工作量，提高了工作效率。本产品 还可以用作车载备用电源，对于要走出较远距离的 车辆，本电源可提供 12V 的车辆用电，还可以为出 行者的手机电脑等电子通信设备充电，为出行提供 了方便。上位机界面显示当前输出电流、电压，并 且可以手动设置输出电压，如图 4 所示。 图 4 上位机界面 Figure4 PC interface 通信协议： void PutString(uchar *ptr) { uchar i; for(i=0;i<9;i++) { while (!(IFG1 & UTXIFG0)); // TX 缓存空闲？
吉林大学仅器科学与电气工程学院2015年下半年中文论文案 TXBUF0=*ptr++, 软件流程图如图5： 发送数据 压加( 电压减( 中口发送电压、电流 至上位机 结束 图5软件流程图 Figure5 flow chart 负载时误差的大小稳定情况较好，有负载的误差符 6测试结果 号比无负载时稳定：负载较小时误苏情况优于负我 大时的误差。如表1为远程控制智能电源经测试得 图6为根据测试结果计算出的电压误差绘制的 到的技术指标。 曲线图，由图6可以看出在0-20V电压范围内，无
吉林大学仪器科学与电气工程学院 2015 年下半年中文论文集 12 TXBUF0 = *ptr++; // 发送数据 } } 软件流程图如图 5： 否 否 否 是 是 是 图 5 软件流程图 Figure5 flow chart 6 测试结果 图 6 为根据测试结果计算出的电压误差绘制的 曲线图，由图 6 可以看出在 0-20V 电压范围内，无 负载时误差的大小稳定情况较好，有负载的误差符 号比无负载时稳定；负载较小时误差情况优于负载 大时的误差。如表 1 为远程控制智能电源经测试得 到的技术指标。 关闭看门狗 AD 初始化 串口初始化 按键 电压加 0.1 电压减 0.1 复位 串口发送电压、电流 至上位机 按键 按键 开始 结束
王楠等：远程控制智能电源的研制 0.35 0.25 0.2 0.15 无负载误差△1 05 202负载误差△2 ·502负载误差△3 -0.05 -0.1 -0.15 图6输出电压误差 Figure6 output-voltage error 表1技术指标 Tablel technical indicators 最大电流 300mA 纹波（输出电压=5V,负载=20Q、5W) 5mV 最大功密 6859.8mW 20Q负载最大效率 96% 50Q负载最大效率 97.6% 输出电压调节范围 0-21v 电压调整率(20负载) Sw=89.7% 电流调整率(20Q负载) S1=83.3% 北京航空航天大学出版社2000年6月. 7结论 5. 王惠中，王强微机原理及接口技术机械工业出版 木次研制基木完成了设计指标，可以应用为国 社2010年8月 家旅行的便捷充电设备 台本电源就解决了手机 林卓然VB语言程序设计.电子工业出版社2009年 平板电脑、笔记本电脑 充电台灯等小型用电设备 月. 的供电问题。比市面上的相似产品增加了远程监控 的功能，大大的方便了用户。在电源程控方面迈出 刘贤兴等新型智能开关电源技术机械工业出版 了新的一步。以后可把电源与计算机的有线通信改 社2012年9月 为蓝牙通信，更加简洁便利，还可以增加通信距离。 方大千，鲍俏伟实用电源及其保护电路人民邮电出版 社.2003年2月. 参考文献 9. 杨度彬数据通信技术北京邮电大学出版社2009年 何桥，段清明，邱春玲单片机原理及应用中田铁道 10.基于MSP430单片机的数控直流电流源的设 出版社.2008年1月第1版 http://wenku.baidu.com/view/cdobb304e87101f69e31 9554.html 2. 金海龙，李聪C语言程序设计，北京科学出版 社.2012年8月第1版 3 张林行，张怀住实验指导书汇编古林大学出版 社.2011年. 4. 胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用
王 楠等：远程控制智能电源的研制 13 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.51 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 无负载误差Δ1 20Ω负载误差Δ2 50Ω负载误差Δ3 图 6 输出电压误差 Figure6 output-voltage error 表 1 技术指标 Table1 technical indicators 最大电流 500mA 纹波（输出电压=5V，负载=20Ω、5W） 5mV 最大功率 6859.8mW 20Ω负载最大效率 96% 50Ω负载最大效率 97.6% 输出电压调节范围 0~21v 电压调整率（20Ω负载） Sv=89.7% 电流调整率（20Ω负载） SI=83.3% 7 结论 本次研制基本完成了设计指标，可以应用为居 家旅行的便捷充电设备，一台本电源就解决了手机、 平板电脑、笔记本电脑、充电台灯等小型用电设备 的供电问题。比市面上的相似产品增加了远程监控 的功能，大大的方便了用户。在电源程控方面迈出 了新的一步。以后可把电源与计算机的有线通信改 为蓝牙通信，更加简洁便利，还可以增加通信距离。 参考文献 1. 何桥,段清明,邱春玲.单片机原理及应用.中国铁道 出版社.2008年1月第1版. 2. 金海龙 , 李 聪 .C 语言程序设计 . 北京科学出版 社.2012年8月第1版. 3. 张林行 ,张怀住 .实验指导书汇编 .吉林大学出版 社.2011年. 4. 胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用. 北京航空航天大学出版社.2000 年 6 月. 5. 王惠中，王强.微机原理及接口技术.机械工业出版 社.2010 年 8 月. 6. 林卓然.VB 语言程序设计.电子工业出版社.2009 年 1 月. 7. 刘贤兴等.新型智能开关电源技术.机械工业出版 社.2012 年 9 月. 8. 方大千，鲍俏伟.实用电源及其保护电路.人民邮电出版 社.2003 年 2 月. 9. 杨彦彬.数据通信技术.北京邮电大学出版社.2009 年. 10. 基 于 MSP430 单片机的数控直流电流源的设 计 .http://wenku.baidu.com/view/cd0bb304e87101f69e31 9554.html
减子游等：以太阳能为第二能源的快速智能充电器研究 以太阳能为第二能源的快速智能充电器研究 减子漪：吴丽梅；姜春峰 (吉林大学仪器科学与电气工程学院，长春130061 摘要：为了缓解现在移动电源等设备大电量与充电器小电流不匹配的问题，利用低功耗单片机STC12C5A60S2, 以电压型PWM控制器T494为核心，设计一种BUCK型快速智能锂电池充电器。该充电器通过检测充电电压 电流将充电分为消流、恒流、恒压三个阶段，其中恒流阶段的最大充电电流可达4.7A。该充电器可对充电电压 电流、温度等参数进行实时检测显示。并具有高温断电、防过充、防倒流等保护功能。同时配备太阳能辅助充电 模块，该模块在睛朗天气中充电电压5V稳定，充电电流随光照率度改变，约为0.4一08A,可以实现无市电时的时 急充电 关键词：TL494太阳能快速充电 中图分类号：TB22 文献标识码：A The research on intelligent fast charger with solar energy as the second energy source Zang Ziyi:Wu Limei:Jiang Chunfeng Changchun 130061.China) Abstract:In order to alleviate the contradictions between large battery power loss of electronic devices such as portable power sources and their small current chargers,based on the low-power single-chip-STC12C5A60S2 and using the voltage-type PWM controller-TL494 as the core,we design a BUCK type of intelligent fast charger.By detecting the voltage and the current of the charger harges by three e which include mall the.7A when in the current.The charge can display its changing and temperature when under the charging process.In addition,it can protect it from the destroy of high charging temperature by cutting the power.It can also prevent over-charging and backflow.Meanwhile,this charge is equipped with solar-assisted emergency charging module,which can keep a stable charging voltage of 5V and a small changing current about 0.4A to 0.8A with the changing light intensity in sunny weather.It has achieved em gency charging Key words: energy Fast Charging 或只有较短时间给电源充电时，这一弊端就更为明 0前言 显。因此，本设计以提高充电速度为主要目的。同 时将太阳能这一绿色环保的新能源应用于充电器领 近年来数码产品的申池容量需求越来越大，为 域，将太阳能作为充电器的辅助能源，使充电器同 电子产品续航的移动电源更是将大电量作为主要或 时具备将太阳能转化为电能的能力，再将电能供给 点。他们的容量基本可达10000mA以上，而充电器 用电设备。 的充电电流较小，绝大部分只有1A,导致给移动电 同时在市电充电方面分阶段进行。采用先恒流 源充电所需的时间过长。这给使用者带来极大的不 后恒压方式充电。由于锂电池完全放电后只可以以 便。尤其当使用者长时间处于室外（例如出外旅游） 较小电流充电，所以充电器需先检测电池电压，若 指导教师：刘名扬 项日类型：大学生创新缓口 15
臧子漪等：以太阳能为第二能源的快速智能充电器研究 15 以太阳能为第二能源的快速智能充电器研究* 臧子漪； 吴丽梅； 姜春峰 （ 吉林大学 仪器科学与电气工程学院， 长春 130061） 摘要：为了缓解现在移动电源等设备大电量与充电器小电流不匹配的问题，利用低功耗单片机STC12C5A60S2， 以电压型PWM 控制器TL494 为核心，设计一种BUCK 型快速智能锂电池充电器。该充电器通过检测充电电压、 电流将充电分为涓流、恒流、恒压三个阶段，其中恒流阶段的最大充电电流可达4.7A。该充电器可对充电电压、 电流、温度等参数进行实时检测显示。并具有高温断电、防过充、防倒流等保护功能。同时配备太阳能辅助充电 模块，该模块在晴朗天气中充电电压5V稳定，充电电流随光照强度改变，约为0.4—0.8A，可以实现无市电时的应 急充电。 关键词：TL494 太阳能 快速充电 中图分类号：TB22 文献标识码：A The research on intelligent fast charger with solar energy as the second energy source Zang Ziyi； Wu Limei； Jiang Chunfeng (College of Instrumentation and Electrical Engineering, Jilin University, Changchun 130061, China) Abstract ： In order to alleviate the contradictions between large battery power loss of electronic devices such as portable power sources and their small current chargers, based on the low- power single-chip—STC12C5A60S2 and using the voltage-type PWM controller—TL494 as the core, we design a BUCK type of intelligent fast charger. By detecting the voltage and the current of the charger, it charges by three stages, which include small current stage, constant current stage and constant voltage stage. It can reach the largest current to 4.7A when in the constant current stage. The charge can display its changing voltage, current and temperature when under the charging process. In addition, it can protect it from the destroy of high charging temperature by cutting the power. It can also prevent over-charging and backflow. Meanwhile, this charge is equipped with solar-assisted emergency charging module, which can keep a stable charging voltage of 5V and a small changing current about 0.4A to 0.8A with the changing light intensity in sunny weather. It has achieved emergency charging when no electronic supply. Key words： TL494 Solar energy Fast Charging * 指导教师：刘名扬 项目类型：大学生创新项目 0 前言 近年来数码产品的电池容量需求越来越大，为 电子产品续航的移动电源更是将大电量作为主要卖 点。他们的容量基本可达 10000mA 以上，而充电器 的充电电流较小,绝大部分只有 1A，导致给移动电 源充电所需的时间过长。这给使用者带来极大的不 便。尤其当使用者长时间处于室外（例如出外旅游） 或只有较短时间给电源充电时，这一弊端就更为明 显。因此，本设计以提高充电速度为主要目的。同 时将太阳能这一绿色环保的新能源应用于充电器领 域，将太阳能作为充电器的辅助能源，使充电器同 时具备将太阳能转化为电能的能力，再将电能供给 用电设备。 同时在市电充电方面分阶段进行。采用先恒流 后恒压方式充电。由于锂电池完全放电后只可以以 较小电流充电，所以充电器需先检测电池电压，若