吉林大学：仪器科学与电气工程学院中文论文集（2015年下半年）

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 偏低则需以较细电流充电 当电流回升至一定水平 模块、市电充电主电路、采样回路、保护电路、 人 后才以正常电流充电。当以恒流充电时，电池电出 机交互等部分组成。市电充电主回路中主要包括 会随之上升，直到电压达至5.0V时，充电器需转以 ACDC转换电路部分，BUCK DC /DC降压电路 恒压方式充电，因为电压高过5.0V的话就会对电池 部分。采样回路主要包括电压电流温度采样、小信 造成损坏。这时，电流会自然地缓缓减少，当电流 号放大、AD转、申压由控制。保护同路 小于设定数值时便可以停止充电。 要包括电压电流限制、过冲保护、高温保护、防倒 流等。 1总体设计 该系统可实现充电电压电流的智能控制，温度 电压监测显示，以及太阳能、市电两种方式的充电 系统的总体框图如图1所示，主要包括太阳能 方式。 太阳能板→升压梗块 UsB口 220VAC AC-DC →BUCK电路 PM控制芯片 人机交互和 STC12C5A60S2 温度检测 图1系统总体结构。 Fig.1 General architecture of the system 片将太阳能电池板输出的不稳定的电压值升至稳定 2太阳能充电部分 的5V(开路电压)，该器件本身包含了DCDC变 换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。 该部分为辅助充电电路，作应急充电之用。以 硬件电路为主，以太阳能板和集成芯片34063为核 工作是搭建 压电路 并进行滤波处理 以得到较为稳定的充电电压。 2.1太阳能电池板 常见的太阳能电池板有单品硅、多品硅、非晶 硅、多元化合物四种，其中前种较为常用。单晶硅 电池板的光电转化效率较高，为15%左右，最高可 达到24%，但价格较高。 多晶硅电池板的光电转 效率较单品硅降低不少，约12%左右，总的生产成 图2升压电路电路图 本比单品硅低。此外单品硅太阳能电池板的使用寿 Fig.2 Boost Converter Circuit Diagram 命要比多品硅太阳能电池板长，综合考虑以上因素 2.3性能测试 选用低造价，适宜大批量生产的多晶硅太阳能电池 能够独立对毛机申池和移动申源等充电。可测 板作为光电转换元件， 得带载电压为4.74.9V 满足充电器标准要求： 2.2升压电路 电电流随阳光强度变化而变化。可以实现无市电时 图2为升压模块电路图，该部分利用34063芯 的应急充电功能。图3为单电池板晴天时测试结果。 6

16 偏低则需以 后才以正常 会随之上升 恒压方式充 造成损坏。 小于设定数 1 总体设 系统的 2 太阳能 该部分 硬件电路为 心，主要工 以得到较为 2.1 太阳能 常见的 硅、多元化 电池板的光 达到 24%， 效率较单晶 本比单晶硅 命要比多晶 选用低造价 板作为光电 2.2 升压电 图 2 为 较细电流充 电流充电。 ，直到电压达 电，因为电压 这时，电流会 值时便可以停 设计 总体框图如 能充电部分 为辅助充电 主，以太阳能 作是搭建升压 稳定的充电 能电池板 太阳能电池板 合物四种，其 电转化效率较 但价格较高 硅降低不少 低。此外单 硅太阳能电池 ，适宜大批量 转换元件。 电路 升压模块电路 吉林大学 电，当电流回 当以恒流充电 达至 5.0V 时 压高过 5.0V 的 会自然地缓缓 停止充电。 图 1 所示，主 分 电路，作应急 能板和集成芯 压电路，并进 电压。 板有单晶硅、 其中前种较为 较高，为 15 。多晶硅电池 ，约 12%左右 晶硅太阳能电 池板长，综合 量生产的多晶 路图，该部分 仪器科学与电 回升至一定水 电时，电池电 ，充电器需转 的话就会对电 缓减少，当电 主要包括太阳 急充电之用。 芯片 34063 为 进行滤波处理 、多晶硅、非 为常用。单晶 %左右，最高 池板的光电转 右，总的生产 电池板的使用 合考虑以上因 晶硅太阳能电 分利用 34063 气工程学院 20 水平 电压 转以 电池 电流 阳能 模块 机交 AC 部分 号放 要包 流等 电压 方式 。以 为核 理， 非晶 晶硅 高可 转换 产成 用寿 因素， 电池 3 芯 片将 的 5 换器 2.3 得带 电电 的应 015 年下半年中 块、市电充电 交互等部分组 C /DC 转换电 分。采样回路 放大、A/D 转 包括电压电流 等。 该系统可实 压监测显示， 式。 将太阳能电池 5V（开路电 器所需要的主 Fig.2 B 3 性能测试 能够独立对 带载电压为 4 电流随阳光强 应急充电功能 中文论文集 电主电路、采 组成。市电充 电路部分，BU 路主要包括电 转换、电压电 流限制、过冲 实现充电电压 以及太阳能 池板输出的不 压），该器件 主要功能的单 图 2 升压电 Boost Converte 对手机电池和 4.7-4.9V，满 强度变化而变 能。图 3 为单 采样回路、保 充电主回路中 UCK DC /DC 电压电流温度 电流控制等。 冲保护、高温 压电流的智能 能、市电两种 不稳定的电压 件本身包含了 单片控制电路 电路电路图 er Circuit Diagr 和移动电源等 满足充电器标 变化。可以实 电池板晴天时 保护电路、人 中主要包括 C 降压电路 度采样、小信 保护回路主 温保护、防倒 能控制，温度 种方式的充电 压值升至稳定 了 DC/DC 变 路且价格便宜 am 等充电。可测 标准要求；充 实现无市电时 时测试结果。 人 信 主 倒 度 电 定 宜。 测 时

减子游等：以太阳能为第二能源的快速智能充电器研究 电油电压与充电时间折楼眉 电电 120 14 图3单太阳能电池板充电时电池电压与充电时间的关系， FigThe relationship between the battery voltageand the charging time of charging 负反馈控制以使充电稳定， 3市电充电部分 3.1降压电路设计 BUCK电路（如图4）是一种降压式变换电路， 该部分以硬件电路为主。通过ACDC模块和 它具有以下优点：效率高，可以输出大电流，静态 BUCK降压电路将市电转为可为移动设备充电的直 电流小。它常常被用于设计开关电源。本设计采用 流电。在充电过程中依据电池的最佳充电曲线将 BUCK电路 电过程分为为涓流、恒流、恒压三个阶段，并加入 +) ↑) R0,) 基本电路结构 +a i0 图4U0K电路 Fig.4 Buck converter circuit diagram. 3.2控制芯片选择 模式，通过一个电阻和一个电容即可控制振荡器的 TL494是一种频率固定的脉冲宽度控制器，内 频率。偏上集成两个误差放大器，一个5.0V基准电 部结构图如图5。该芯片主要为开关电源控制器而 压。可调整的死区时间控制，输出品体管输出和灌 设计。它偏上的振荡器可以工作在主动模式和被动 入电流可达500mA

臧子漪等：以太阳能为第二能源的快速智能充电器研究 17 3 市电充电部分 该部分以硬件电路为主。通过 AC-DC 模块和 BUCK 降压电路将市电转为可为移动设备充电的直 流电。在充电过程中依据电池的最佳充电曲线将充 电过程分为为涓流、恒流、恒压三个阶段，并加入 负反馈控制以使充电稳定。 3.1 降压电路设计 BUCK 电路（如图 4）是一种降压式变换电路， 它具有以下优点：效率高，可以输出大电流，静态 电流小。它常常被用于设计开关电源。本设计采用 BUCK 电路。 3.2 控制芯片选择 TL494 是一种频率固定的脉冲宽度控制器，内 部结构图如图 5。该芯片主要为开关电源控制器而 设计。它偏上的振荡器可以工作在主动模式和被动 模式，通过一个电阻和一个电容即可控制振荡器的 频率。偏上集成两个误差放大器，一个 5.0V 基准电 压。可调整的死区时间控制，输出晶体管输出和灌 入电流可达 500mA

吉林大学仅器科学与电气工程学院2015年下半年中文论文集 输出控制 w 大 本器件包合了46个话联的品体管 图5TL494内部结构图 Fig.5 Intemal structure diagram of TL494 3.3恒压恒流部分 表1充电对比 电流的波动会对被充电设备造成不同 Tab.ICharging contrast diagram 程度的损伤，故市电充电时需提供稳定的电压或电 充电时常min 电池电量V 流。该部分利用稳PWM芯片和BUCK电路对输出 普通充电器 自制充电器 进行稳定控制。 0 352 352 3.4性能测试 3,91 该部分基本按预期实现了功能，能够依据电泄 10 4.1 4.21 (或移动电源等)的电压，控制不同的充电模式（如 15 4.16 4.53 图6)： 428 477 当电池电压小于2.7V时，控制输出200mA的 涓流充电： 454 48 30 4.8 4.97 当电池电压在2.7V时，控制输出2000mA的快 35 49 4.97 速恒流充电 40 495 497 当电池电压大于5.0V时，控制输出稳定5.0V 进行恒压充电。 市电充电结果如图6所示，30分钟电池电压增 4充电状态检测显示 长1.5V。表1为普通充电器与该样机的充电对比表 该部分用以检测充电电压电流温度，通过检测 格， 可看出本样机充电速度优于普通充电器。 结果控制充电器的工作状态，同时对监测结果进行 市电充电曲线 显示。 检测 的电压电流对市电充电其辅助作用。 用 以确定充电状态，温度传感器检测芯片温度，高温 断电防止芯片烧毁。 ◆◆一◆◆◆ 4.1原理框图 温度检测洗用数字传成器DS18B20。它是一利 数字式的温度传感器， 是可编程分辨率的单总线数 充电时间t/5min 字温度计，通过编程可以实现12~1/16的四级精度 转换，只需要一根口线与CPU相连接，无需外围电 图6市电充电曲线图 路，支持一线多点测温模式。 电压检测利用单片机stc12c5a60s2的内部A/D

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 18 3.3 恒压恒流部分 电压电流的波动会对被充电设备造成不同 程度的损伤，故市电充电时需提供稳定的电压或电 流。该部分利用稳 PWM 芯片和 BUCK 电路对输出 进行稳定控制。 3.4 性能测试 该部分基本按预期实现了功能，能够依据电池 （或移动电源等）的电压，控制不同的充电模式（如 图 6）： 当电池电压小于 2.7V 时，控制输出 200mA 的 涓流充电； 当电池电压在 2.7V 时，控制输出 2000mA 的快 速恒流充电； 当电池电压大于 5.0V 时，控制输出稳定 5.0V 进行恒压充电。 市电充电结果如图 6 所示，30 分钟电池电压增 长 1.5V。表 1 为普通充电器与该样机的充电对比表 格，可看出本样机充电速度优于普通充电器。 图 6 市电充电曲线图 Fig.6 The charge curve diagram of 220V 表 1 充电对比 Tab.1 Charging contrast diagram 充电时常 t/min 电池电量/V 普通充电器 自制充电器 0 3.52 3.52 5 3.91 4.07 10 4.1 4.21 15 4.16 4.53 20 4.28 4.77 25 4.54 4.85 30 4.8 4.97 35 4.9 4.97 40 4.95 4.97 4 充电状态检测显示 该部分用以检测充电电压电流温度，通过检测 结果控制充电器的工作状态，同时对监测结果进行 显示。检测的电压电流对市电充电其辅助作用，用 以确定充电状态，温度传感器检测芯片温度，高温 断电防止芯片烧毁。 4.1 原理框图 温度检测选用数字传感器 DS18B20。它是一种 数字式的温度传感器，是可编程分辨率的单总线数 字温度计，通过编程可以实现 1/2～1/16 的四级精度 转换，只需要一根口线与 CPU 相连接，无需外围电 路，支持一线多点测温模式。 电压检测利用单片机 stc12c5a60s2 的内部 A/D 电池电量 充电时间t/5min 市电充电曲线

减子游等：以大阳能为第二能源的快速智能充电器研究 进行，该AWD为逐次比型10位高速AD转换器 具有速度高、功耗低等优点。检测系统框图如图7。 6结论 人机互 采用STC12C5A60S2单片机结合TK7500B芯 片设计构成的BUCK型快速智能充电器，采用大功 率原件，合理的散热设计，可达到最 大充电电流 电压采集 47A。分阶段充电的模式进一步提升充电速度， 充 电速度比普通充电器快1小时左右。辅助的太阳能 电压采集 充电方式可满足无市电时临时充电的要求。 Ds18E20DS1820 参考文献 图7检测系统原理框图 1.王鸿醇，智能快速充电器设计与制作M北京：科学 Fig.7 Principle diagram of detection syst 18B20选择单线多点测温模式，将多个18B20 出版社，2002 接到单片机的一个VO口上，即用单总线控制多个 2. 李治，陈赫，汪东洋，等。智能锂电池充电器设计 从机，通过序列号匹配，分时读取各个从机的数据 [U1.吉林大学学报，2012,30(3)：256一259. 向从机发出命令时 可根据需要编程为同时控制 3. 杨帮文.实用电池充电器与保护电路集锦M北京：电 分时控制。只用到单片机的一个0口，极大的节 约了单片机的资源。 子工业出版社，2000 4.2性能测试 谈发明.基于KA7500B的智能锂电池充电器设计0 温度测试结果绝对误差可保持在0.7℃以内，具 江苏理工学院学报，2014年4月第20卷2期 有较高的测量精度 可满足芯片温度测试的要求 单独测试电压检测模块时，分别检测了升程和泽程 测量结果绝对误差可保持在01V以内。 5总体性能指标 根据上文所述各部分性能测试可知，该设计可 实现市电充电，太阳能充电双充电模式。其中市电 充电以快速充电为特色，可以智能分划分充电阶段， 根据电池情况讲行涓流、相流、相压充电，输出申 压电流稳定，充电速度优于普通充电器。太阳能作 为轴助充电模块，可以实现无市电时的应急充电 为该充电器提供更广泛的使用环境。可实现实时的 充电状态显示。并且具有高温断电、防倒流等保护 模块，安全性能较高。 总结该充申器性能指标如下】 51 太阳能充电部分 太阳能电池板转换效率：10%： 空载输出电压：5V: 带找由压：4749： 5.2市电充电部分 最大充电电流：4.7A 恒压充电：空载5V、带载4.85.0V 纹波：50mV左右（不含噪声）

进行，该 A/ 具有速度高 Fig 18B20 选 接到单片机 从机，通过序 向从机发出 分时控制。 约了单片机 4.2 性能测 温度测 有较高的测 单独测试电 测量结果绝 5 总体性 根据上 实现市电充 充电以快速 根据电池情 压电流稳定 为辅助充电 为该充电器 充电状态显 模块，安全 总结该 5.1 太阳能 太阳能 空载输 带载电 5.2 市电充 最大充 恒压充 纹波： /D 为逐次比 、功耗低等优 图 7 检测 g.7 Principle dia 选择单线多点 的一个 I/O 口 序列号匹配， 命令时，可根 只用到单片机 的资源。 测试 试结果绝对误 量精度，可满 压检测模块 对误差可保持 性能指标 文所述各部分 电，太阳能充 充电为特色 况进行涓流 ，充电速度优 模块，可以实 提供更广泛 示。并且具有 性能较高。 充电器性能指 能充电部分 电池板转换效 出电压：5V 压：4.7-4.9； 充电部分 电电流：4.7 电：空载 5V 50mV 左右 臧子漪 比型 10 位高速 优点。检测系 测系统原理框图 agram of detect 点测温模式。 口上，即用单 分时读取各个 根据需要编程 机的一个 I/O 误差可保持在 满足芯片温度 时，分别检测 持在 0.1V 以 分性能测试可 充电双充电模 ，可以智能分 、恒流、恒压 优于普通充电 实现无市电时 的使用环境。 有高温断电、 指标如下。 效率：10%； V； ； 7A； V、带载 4.8- （不含噪声） 漪等：以太阳能 速 A/D 转换器 统框图如图 图 tion syst 。将多个 18B 单总线控制多 个从机的数据 程为同时控制 O 口，极大的 在 0.7℃以内 度测试的要求 测了升程和降 以内。 可知，该设计 模式。其中市 分划分充电阶 压充电，输出 电器。太阳能 时的应急充电 。可实现实时 、防倒流等保 -5.0V； 能为第二能源的 器， 7。 B20 多个 据。 制或 的节 内，具 求。 降程， 计可 市电 阶段， 出电 能作 电， 时的 保护 6 片设 率原 4.7A 电速 充电 参考 1. 2. 3. 4. 的快速智能充电 结论 采用 STC1 设计构成的 B 原件，合理的 A。分阶段充 速度比普通充 电方式可满足 考文献 王鸿麟. 智能 出版社，2002 李冶，陈赫， ［J］． 吉林大 杨帮文. 实用 子工业出版社 谈发明. 基于 江苏理工学院 电器研究 2C5A60S2 单 BUCK 型快速 的散热设计， 充电的模式进 充电器快 1 小 足无市电时临 能快速充电器设 2 汪东洋，等． 大学学报，201 用电池充电器与 社，2000 于 KA7500B 的 院学报，2014 年 单片机结合 T 速智能充电器 可达到最大 进一步提升充 小时左右。辅 临时充电的要 设计与制作[M]. 智能锂电池 12，30( 3) : 25 与保护电路集锦 的智能锂电池充 年 4 月第 20 卷 19 TK7500B 芯 器，采用大功 大充电电流 充电速度，充 辅助的太阳能 要求。 北京：.科学 充电器设计 56 － 259． 锦[M].北京： 电 充电器设计[J]. 卷 2 期 9 功 充 能 电

付群健等：智能防盗车锁跟踪系统 智能防盗车锁跟踪系统 庞铄：付群健：黎淼兰 (吉林大学仪器科学与电气工程学院长春130022) 摘要：设计了一套可自动定位的智能防盗车锁跟踪系统，该系统以STC12C5A60S2单片机作为 控制器，辅以LCD显示模块 声光报警模块、GSM通信模块、GPS定位模块、加速度模块等 功能模块。系统可以实现无人状态下的声光防盗功能，同时在被盗后可以进行定位并通过GSM 通信模块短信通知车主。测试结果表明：定位误差小于5米，信息更新速度不低于0.2次/分钟 关键词：防盗车锁：GSM:GPS:加速度模块 中图分举号：TH89 文献标志码：B Intelligent anti-theft lock racking system Pang Shuo:Fu Qujian:Li Miaolan (College of Instrumentation and Electrical Engineering.Jilin University.Changchun 130022.China) Abstract:An intelligent anti-theft lock tracking system which can fix position automatically was designed.The single chip microcomputer STC12C5A60S2 is chosen as main roller.And the sys m is cmposed of LCD displ module,sound moved by stranger the sound light alarm module will take effect,and the position where the bike was moved will be fixed using GPS module.meanwhile.the location information will be transformed to the owner through short message by GSM module.The test results show that system position error is less than 5 meters and the information updating rate is less than 0.2timers/minute Key words Anti-theft lockGSM:GPS:Aceeleration module 实现被盗后的准确定位，保证了车子的安全。 0前言 1整体设计 随若社会物质财富的日益增长和人们生活水 平的提高，安全成为现 居民 心的问题 智能2防盗车锁跟踪系统以控制器和各 在各行各业中，防盗报警至关重要，尤其是车锁 能模块为核心。实现功能为当密码输入正确时车 的防盗功能。传统的机械锁由于构造简单、功能 锁打开，所有防盗报警功能都关闭：若无密码输 单一，安全性很低：而电子锁克服了机械锁安全 入或密码输入错误时车子被移动，加速度模块感 性能差的缺点，保密性高，使用灵活性好。 应加速度弯化，出时获取GPS檬块的定位信息 本设计在电子锁的基础上增加 GSM模块 通过GSM通信模块将定位信息发送到车 GPS定位模块和加速度模块设计智能防盗车锁 达到防盗目的。系统总体结构框图及总体流程图 其中密码锁模块具有按键输入显示、输入错误提 如图1、图2所示。 示、控制报警、修改密码等多种功能：加速度模 块和GS定位模块在车子被盗时能感应车子移 动并实现定位：GSM通信模块可发短信通知车主 ”指导教师：万云酸 项目炎型：大学生创新项目

付群健等：智能防盗车锁跟踪系统 21 智能防盗车锁跟踪系统* 庞铄；付群健；黎淼兰 （吉林大学 仪器科学与电气工程学院 长春 130022） 摘要：设计了一套可自动定位的智能防盗车锁跟踪系统，该系统以 STC12C5A60S2 单片机作为 控制器，辅以 LCD 显示模块、声光报警模块、GSM 通信模块、GPS 定位模块、加速度模块等 功能模块。系统可以实现无人状态下的声光防盗功能，同时在被盗后可以进行定位并通过 GSM 通信模块短信通知车主。测试结果表明：定位误差小于 5 米，信息更新速度不低于 0.2 次/分钟。 关键词：防盗车锁；GSM；GPS；加速度模块 中图分类号：TH89 文献标志码：B Intelligent anti-theft lock racking system Pang Shuo；Fu Qujian；Li Miaolan (College of Instrumentation and Electrical Engineering, Jilin University,Changchun 130022,China) Abstract: An intelligent anti-theft lock tracking system which can fix position automatically was designed. The single chip microcomputer STC12C5A60S2 is chosen as main controller. And the system is composed of LCD display module, sound -light alarm module, GSM communication module, GPS module, acceleration module and some other function modules. When the bike is moved by stranger , the sound light alarm module will take effect, and the position where the bike was moved will be fixed using GPS module, meanwhile, the location information will be transformed to the owner through short message by GSM module. The test results show that system position error is less than 5 meters and the information updating rate is less than 0.2timers/minute. Key words：Anti-theft lock; GSM; GPS; Acceleration module                                                               * 指导教师：万云霞 项目类型：大学生创新项目 0 前言 随着社会物质财富的日益增长和人们生活水 平的提高，安全成为现代居民最关心的问题之一。 在各行各业中，防盗报警至关重要，尤其是车锁 的防盗功能。传统的机械锁由于构造简单、功能 单一，安全性很低；而电子锁克服了机械锁安全 性能差的缺点，保密性高，使用灵活性好。 本设计在电子锁的基础上增加 GSM 模块、 GPS 定位模块和加速度模块设计智能防盗车锁。 其中密码锁模块具有按键输入显示、输入错误提 示、控制报警、修改密码等多种功能；加速度模 块和 GPS 定位模块在车子被盗时能感应车子移 动并实现定位；GSM 通信模块可发短信通知车主， 实现被盗后的准确定位，保证了车子的安全。 1 整体设计 智能[1-2]防盗车锁跟踪系统以控制器和各功 能模块为核心。实现功能为当密码输入正确时车 锁打开，所有防盗报警功能都关闭；若无密码输 入或密码输入错误时车子被移动，加速度模块感 应加速度变化，此时获取 GPS 模块的定位信息， 通过 GSM 通信模块将定位信息发送到车主手中， 达到防盗目的。系统总体结构框图及总体流程图 如图 1、图 2 所示