简易多功能充电器设计Word文档下载推荐.docx
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致谢11
参考文献12
（附录）13
一、多功能充电器对人们生活的影响
随着数码相机、MP3和CD碟机等电器逐步进入爱好者手中。
充电电池的使用也更加普及。
对充电器的要求也愈来愈高了。
充电器应以实用方便为主，原则要求：
可以对常用的1～4节镍镉、镍氢和锂电池进行单独或同时充电。
互不影响；
可以选用多种电流进行充电。
以满足不同种类、不同容量电池充电的需要。
充电器应具有保护措施。
防止过充电；
为消除镍镉电池的记忆效应和恢复电池的容量。
二、多功能充电器
充电器采用单片机GMS97C2051作编程控制器，其内部的比较器用作电池最高温度检测，用1片LM324和1支TL431以及若干分立元件构成恒压—恒流电路、电压检测电路、基准电压源（兼作单片机电源）电路。
2.1工作原理
2.1.1基准电压源
作为电池电压检测基准，同时作单片机电源。
电路由TL431、T3、R18、R19、R20、C5组成。
由电路可知，当R19=R20时，晶体管T3的发射极（e极）电压等于TL431内部基准电压（UR=2.5V）的两倍，即2UR=5V。
2.1.2恒压——恒流电路
如图1中由U1A和U1B及其周围元器件所组成的一个典型的双环反馈控制电路。
其中U1A为电压控制的运放，U1B为电流控制的运放。
由电路分析知：
电压控制的输出电压U0控制着电流控制的电流设定值，因此电压控制先于电流控制，这时电流控制电路是恒压控制的组成部分。
电路工作原理如下：
恒压控制电路由运放U1A、电阻R1～R10、电位器W1、电容C1、二极管D1、以及开关SW等组成。
其作用是锂离子电池充电时，控制电池电压不超过设定值。
恒压设定值US由R1、R2和W1对基准电压5V分压确定，当SW联接电池的正极后，反馈电压UC由R8、R9对Ub+分压引入，加上R6、R7、C1形成电流控制电路.由电路可知，设误差电压E=Ua一Uc，则有U1=Ua
+
E·
（P
I·
∫dt），式中比例系数P=R6/R7，常数I=1/
（R7·
C1）。
当反馈电压UC较小即E>
0时，U1会不断增大直到消除误差（E=0），否则U1会达到最大值，但由于二极管D1的钳位作用使UO＝5.6V，从而使电流控制电路的设定电压Ud=UO·
R12/（R11+
R12）不变，相应地电池以恒流方式充电。
反之，当反馈电压UC较大即E<
0时，U1会不断减小直到消除误差（E=0），否则U1会达到最小值U1=0，从而使电流控制电路的设定电压Ud逐渐减小直到零，相应电池以恒压方式充电。
显然，恒压控制是通过调节电流控制电路的设定电压，即改变电池充电流完成的。
电路主要参数由下面方程计算：
Ubt=Ub+－Ub-
（1）
（Us－Ua）/R3=Ua/R4+（Ua－Ub-）/R5
（2）
当恒压控制电路处于平衡状态时，电容C1无电流，则有：
Uc=R8·
Ub+/（R8+R9）（3）
Uc
=
Ua
（4）
式中:
Ub+
—
电池正极对地电压；
Ub-
电池负极对地电压；
Ubt
电池端电压；
US
设定控制电压。
恒压控制的目标是电池端电压等于设定电压，即
Ubt=Us（5）
另外，还隐含了一个约束条件就是恒压控制与Ub-的取值无关，这就是在方程组中消去Ub-
必须满足：
R3=R5
（6）
这里，Us为确定量；
其余Ubt，Ub+，Ub－，Ua，Uc，R3，R4，R5，R8，R9等10个参变量应满足上述方程
（1）～（6）。
由于变量数比方程数多4个，因此需要确定的参数R3，R4，R5，R8，R9有无穷多组解。
为了求解只需要增加四个约束方程，不妨设：
R3=
R4=R5=R8=R（R取标称电阻值）将其代入上述方程组，不难解得：
R9
=2R。
取R=12kΩ，则有：
R4=R5=R8=12kΩ，R9=24kΩ。
当电压反馈开关SW接地（即充镍镉电池时）或者电池端电压小于设定电压（即Ubt<
U8）时运放U1A饱和输出，但由于二极管D1的钳位作用使U0=5.6V，这时电流控制的设定值为常数（由电阻R11，和R12对U0分压确定），相应地电池以恒流方式充电．
电流控制电路由运放U1B、三极管T1、T2、功率三极管TP、电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、RF、电容C2、C3等组成，其中R11、R12对电压U0进行分压得Ud作为设定值；
R13、R14、C2构成比例积分电路，运放U1B的输出通过T1和TP控制充电电流，RF作为电流一电压反馈电阻，电压Ub一为反馈电压．由于电流控制电路能消除静差，因此当调节平衡时Ub一=Ud,充电电流为Ud／RF．
由以上分析可知：
当Ubt<
U8时，U0=5．6V，若经R11和R12分压后设定值为Ud=160mv，取RF=0.5Ω，则恒流方式充电电流Is=320mA．通过改变RF的阻值，则能调节Ir的大小．三极管T可控制晶格管，与T2饱和导通时，使T1截止，Tp也无电流输出。
充锂离子电池时，开关SW接电池的正极．当电池端电压小于设定电压（即Ubt<
Us）时，以恒流方式充电；
当Ubt=Us时,恒压控制起作用，通过降低输出电压U0使充电电流逐渐减小，以恒压方式充电.
2.1.3电压检测电路
通过电压检测电路，对电池电压检测，达到识别电池充电状态以便进行控制的目的。
电路由两个运放U1C、U1D、三极管T4和T5以及电阻R21～R26、电容C6、二极管D4构成，其中U1D组成积分电路，U1C作上、下限电压比较器。
这里，当三极管T5截止时上限电压为基准电压5V；
当三极管T5饱和导通时下限电压由R25、R26分压确定，取R25=
R26，则下限电压2.5V（电阻值较大T5的饱和压降很小），从而保证运放工作在线性区。
由电路图1可知，开关三极管T4控制积分电容的充电和放电，当其饱和导通时，电容C6充电。
若忽略电阻RX的压降（因RX=RF其压降不大于160mV），取R21=R22
则充电电流Ic=0.5U
bt/R24（略去管压降）（7）而当T4截止时，使电容C6放电,则放电电流
Id=0.5Ubt/（R23
+R24）（8）取R23=470kΩ,R24=5.1kΩ,RX=RF=0.5Ω，则R23>
>
R24，放电比充电缓慢得多，且放电过程不受开关三极管T4的影响，因此，利用放电过程来检测电池电压可保证较高的精度。
运放U1D输出电压从5V降到2.5V，即电容C6的端电压因放电下降ΔU=5-2.5=2.5V时，所需时间T可由下式导出：
由C6=
dq/dU
（dq——电容电荷增量，dU——电容电压增量）得
dq=C6dU（9）
流经电容C6的电流
：
Id=
dq/dt
=C6dU/dt
也就是
Id·
dt=C6·
dU（10）
对两边定积分得ID·
T=C6ΔU
即T
C6ΔU/
ID=C6·
2.5（R23+R24）/（0.5Ubt）将R23=470kΩ，R24=
5.1kΩ，C6=0.1μF代入上式可得T
237.55ms/Ubt（Ubt单位为伏时，T单位为ms）可见放电时间T仅与电池电压成反比，1/T与Ubt是线性关系。
当Ubt=8V时，可得T8=29.69ms，这对于采用6MHz晶振的单片机而言，因其计时可精确到2μs，故可以做到很高的精度，很容易使电压检测电路的分辨率达到5mV。
由于是积分检测，故对电池电压的高频干扰完全可以消除，因此工作稳定可靠。
触发，Q2端输出高电平，又将发声电路IC5触发，使其发出“谢谢光临”的问候语。
同时Q2端的高电平通过R11向C7充电，使甲端高电平延时。
在Q2端为高电平时，币2端为低电平，这一低电平加至IC3a的DI端，将IC3a封锁，使其不得翻转，IC4也不会发声。
模拟声发声电路由KD5603“欢迎光临”发声集成电路和KD5604“谢谢光临”发声集成电路组成。
当它们的2脚受到高电平触发时就会发声。
其中，在电路中附加的晶体管VT4和VT5为功率放大晶体管，它将发声电路发出的语言声放大，使扬声器发出足够大的声音。
图所示为JS1和JS2的实际电路CX20106的实用连接图，JS的1、2,3脚分别与CX20106的1、2,3脚对应。
2.1.3元器件选择
ICl选用LM7905三端集成稳压器；
ICZ选用NE555、VA555或SI555等时基集成电路；
IC3选用CD4013数字集成电路；
IC4选用KD5603语言集成电路；
IC5选用KD5604语言集成电路；
IC选用CX20106红外线接收解调专用集成电路。
VTl一VT3选用9012或3CGI2型硅PNP中功率晶体管，要求电流放大系数β＞100；
VT4一VT5选用9013、3DG12或3DK4型硅NPN中功率晶体管，要求电流放大系数β＞100。
VLI、VL2选用红外发射二极管，如SE303型；
VD1一VD4、VD爪VD6均选用1N4004型硅整流二极管。
T用220V/7.5V、5W优质电源变压器，要求长时间运行不过热。
其他元器件均无特殊要求，可按图所标型号及参数进行选择。
2.2第二种电路方案
2.2.1工作原理
电子礼仪语音器电路由电源、红外线发射、红外线接收、语言、触发器和控制等部分电路组成，如图所示。
与VT2组成；
红外线发射电路由红外发射寻极管VL3和限流电阻器R9组成；
触发器电路由六非门集成电路IC1内部的非门D1~D4和电阻器R5~R8组成；
控制电路由三极管VT3－VT6、二极管VD1一VD6等组成；
语言电落由语言集成电路IC2、IC3和扬声器BI、B2等组成。
接通电源，220V交流电压经T降压、QD整流及C6滤波后，产生约8V的直流电压并分为两路：
一路经IC4稳压、C8滤波产生6V直流电压，供给红外线接收电路和触发器电路；
另一路经IC5稳压和VD7降压后，产生4.5V直流电压，作为语言电路的工作电源。
平时，红外发射二极管VU发出的红外光使VLI和VL2导通，VTl和VT2因基极为低电平也处于导通状态，VTI和VT2集电极输出的高电平经非门集成电路反相后，使非门D2和D4的输出端也变为高电平，VD3、VD4和VT3~VT6均截止，语言电路IC2和IC3均不工作。
当有顾客进门并将VU发出的红外线挡住时，使VLl和VT2截止，非门D2的输出端由高电平变为低电平，此低电平脉冲经C1、VD3加至VT5的基极，使VT5瞬间导通，IC2受触发而工作，驱动扬声器B1发出“欢迎光临’户欢迎语。
同时IC2输出的语言信号的一部分经VD5整流后使VT4导通，IC3无法工作，扬声器B2不发声。
当有顾客出门并将VU发出的红外线挡住时，会使VL2和VT2均截止，非门D4的输出端由高电平变为低电平，此低电平脉冲经C2和VD4加至VT6的基极，使VT6瞬间导通，IC3受触发而工作，驱动扬声器B2发出，“谢谢光临”欢送语。
同时IC3输出的语言信号的一部分经VD6整流后使VT3导通，IC2无法工作，扬声器B1不发声。
2.2.3元器件选择
IC1选用CD4069六非门集成电路；
IC2选用KD5603语言集成电路：
IC3选用KD5604语言集成电路；
IC4选用LM7906三端集成稳压器；
IC5选用LM7905三端集成稳压器。
VTl~VT6选用9014或9011、3DG8型硅NPN小功率三极管，要求电流放大系数β＞100。
VLl和VL2选用普通红外光敏二极管，如2CU1或2CU2型；
VI3选用红外发射二极管，如SE303型。
VD1~VD6均选用1N4148型硅开关二极管：
VD7选用1N4007型硅整流二极管。
QD选用QL－La/50V型硅全桥。
R1~R9均选用RTX一1/4W型碳膜电阻器或RJ一1/4W型金属膜电阻器。
Cl一C4和C7均选用CT4D型独石电容器；
C5、C6和C8选用CD11一16V型电解电容器。
B1、B2均选用YD57一2型等8Ω、0.5W小型动圈式扬声器。
T用220V/7.5一9V、5W优质电源变压器，要求长时间运行不过热。
将焊接好的电路板连同电源变压器T、扬声器等一起装人体积合适的塑料盒内，在盒面为扬声器开释音孔，红外发射管VU与接收管VLl、VL3应安装大门的两侧，应使发射管与接收两管中心线相对，以保证发射光能被人体挡住。
接通电源后，在发射管与接收管的对面放置一块反射挡板，改变发射电路的R9的阻值，使接收电路非门D2或D4的输出端由高电平变为低电平即可。
2.3第三种方案
2.3.1工作原理
采用tx05d的红外线控制电子礼仪语音器电路由进出门检测、语言发声、进出发声互锁控制、功率放大和电源等部分电路组成，如图8一30所示。
进出门检测电路由两组tx05d组成，分别作进出门检测电路。
当有人进门时，进门检测电路icl输出高电平；
有人出门时，出门检测电路ic2输出高电平。
ic1输出的高电平加至语言发声电路ic3的触发端tg1，ic2输出的高电平加至ic3的另一触发端tg4。
语言发声电路由一只hfc5218五合一语音集成电路组成，该电路内存储有“您好，欢迎光临”、“您好，谢谢光临”、“欢迎光临”、“谢谢光临”和“您好”五段礼貌用语，可分别通过其外设的五个触发端进行触发。
触发信号可以是高电平，也可以是正脉冲。
本电路使用其中两段问候语，即“您好，欢迎光临”和“您好，谢谢光临”，分别通过触发端tgl和tg4进行触发。
当有人进门时，进门检测电路ic1输出的高电平通过tg1一将其触发，使电路发出“您好，欢迎光临”的问候语。
当有人出门时，出门检测电路ic2输出的高电平通过tg4将其触发，使电路发出“您好，谢谢光临”的问候语。
语言发生电路的工作电压和触发电压均为3v，所以通过稳压管vs1、vs2和vs3分别将电源电压和触发电压调整为3v，供电路使用。
r6为发声电路振荡器的外接电阻器，用来调节发声电路发声的速度和音调。
由语言发声电路直接发出的声音功率较小，在噪声较大的公共场所，人有可能听不清楚。
因此需通过功率放大电路将其放大，使扬声器发出洪亮清晰的问候声。
本电路采用lm386小功率集成功率放大电路，它的最大输出功率为660mw。
由于进出门检测电路具有相同的检测功能。
通常，当人们进门时，在通过进门检测器后紧接着又要通过出门检测器，这就有可能使语言发声电路在发出“欢迎光临”之后又会发出“谢谢光临”。
因此必须设置互锁电路，以防电路发出错误的问候语。
互锁电路由晶体管vtl和vt2组成的开关电路组成，它们分别设置在语言电路hfc5218的触发端元1和tc4o当有人进门时，icl输出的检测信号通过tgl将语言电路触发，使其发声，这时由功放电路输出端输出的语言信号一方面涌讨杨声器发出“您好．欢迎光临”的问候语；
另一方面又通过vd1整流、电容器c1滤波将语言信号变为直流电压。
这一直流电压菇。
经r4使vt1,vt2导通，将两个触发端tgl、tg4对地短接。
对于tg1来说，这时已完成了它的触发任务，它的工作已不受影响。
但对于tg4来说，这时恰好处在行人通过出门检测电路的时刻并使ic2输出高电平，由于vt2的导通，将加至tc4的高电平对地短路，无法实现对语言发声电路的触发。
这就使语言发声电路不会再发出“您好，谢谢光临”的声音。
语言发声电路hfc5218也可由两片单独的发声电路来代替，它们是kd5603（内储欢迎光临）和kd5604（内储谢谢光临）。
代用时，将ic1的输出端接kd5603的触发端，将ic2的输出端接kd5604的触发端。
vtl,vt2分别接kd5603和kd5604的触发端。
由于该电路工作电压为3v，所以稳压管vs1一vs3是不可少的。
互锁控制电路与icl、ic2、ic4采用交流供电、全波整流、三端集成稳压器稳压后供电，工作电压为12v。
2.3.3元器件选择
ic1,ic2选用tx05d低功率消耗红外线反射开关，它内部采用了低功率消耗器件和抗外界干扰的电路，其详细介绍参见例259。
ic3选用hfc5218五合一语音集成电路；
ic4选用lm386小功率集成功率放大电路；
ic5选用lm7812三端集成稳压器。
vsl一vs3选用3v、0．5w稳压二极管，如2cw51-3v、in5987或2cw5225等型号。
t用220v/15vx2或5w优质电源变压器，要求长时间运行不过热。
fu用bgxp--0．15a型普通熔丝管，并配套使用机装管座。
其他元器件均无特殊要求，可按图8一30所标型号及参数进行选择。
三、进出门自动装置的应用
纵观上述几种方案都是各有其特点，它们都完全适合宾馆、饭店、商场等公共场所的门口，它将成为一个无人值守的自动迎宾礼仪小姐，有兴趣的话家庭也可使用。
市面上可供选择的产品亦非常有限，这些因素或多或少地影响了这些技朮在国内各个领域的进一步普及和应用。
致谢
在做毕业设计过程中黄敬华老师对我十分的关心，在我有疑问时总是耐心的给我讲解，让我从开始的对毕业设计模模糊糊到思路的逐渐清晰，从对原理的一知半解到把原理完全搞懂。
在这期间黄敬华老师给了我很大的支持，给了我很大的帮助，正是黄敬华老师的支持和帮助我的毕业设计才得以顺利的完成。
在这里我对黄敬华老师表示衷心的感谢。
祝黄敬华老师在以后的生活和工作过程中一帆风顺万事如意。
参考文献
[1]《单片机原理与接口技术》马淑华等著北京邮电大学出版社
[2]《单片机原理与应用》唐俊翟等著冶金工业出版社
[3]《单片机原理及应用》李建忠西安电子科技大学出版社
[4]《单片微型计算机原理及应用》张毅坤西安电子科技大学出版社
[5]《单片机微型机原理及应用》徐淑华等著哈尔滨工业大学出版社
[6]《单片机原理及应用技术》李全利高等教育出版社
[7]《单片机应用程序设计技术》周航慈北京航空航天大学出版社
[8]《智能仪器原理及应用》赵茂泰电子工业出版社
附录
NE555多谐振荡器
KD5603模拟发声器
CD4069六非门集成电路
KD5603语言集成电路
KD5604语言集成电路
LM7906三端集成稳压器；
LM7905三端集成稳压器。
hfc5218五合一语音集成电路
tx05d低功率消耗红外线反射开关
2cw51-3v、in5987、2cw5225稳压二极管
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