附录

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基于单片机的充电桩系统设计

李远民   赵祖玉

山东协和学院 山东济南 250109

摘 要：在新能源汽车产业中，电动汽车充电桩是不可或缺的一部分。本文采用AT89C52单片机,在确定技术后，运用单片机及 C语言的知识，设计出一种新型的充电桩，采用电流控制方法，确保其充电均匀性，且不影响充电桩及电动车的使用寿命。为集成控制晶片和高功率晶片而提供了创新性的集成电路。本文的研究工作主要集中在对充电桩的硬件试验上，采用不同的命令对其进行仿真，并用 C语言编写程序来实现软件的实现。本系统以单片机为核心。单片机是一种智能化的控制系统，其主要作用是对整个系统进行控制，并在控制的同时，对所采集到的数据进行分析、处理。

1.1  背景及意义

电动汽车充电桩是新能源汽车产业的重要组成部分。从发展趋势来看，充电桩数量有较大增长空间。随着新能源汽车市场的不断扩大、保有量的不断增加，以及电动汽车充电需求的持续增长，未来几年充电桩数量仍有较大的增长空间。从充电设施的构成来看，公共充电桩和私人充电桩占比接近1:1,公共充电桩数量最多。从充电服务模式来看，主要以运营为主，部分为自用；快充模式下则以私人桩为主。

1.2内容与框架

本文基于单片机对电动汽车充电系统进行研究，对系统的设计结构进行分析，明确各个模块的功能，并完成相关的程序编写。

在本课题中，将从以下几个方面来进行分析：

(1)从充电装置的分类，技术要求，工作原理等方面对其进行了分析。

(2)从功能要求、性能要求和成本要求等方面，对整个充电桩系统进行了需求分析。

(3)在理解了总体系统的基本功能和性能需求之后，对总体系统的结构进行了分析，确定了各部分的相互关系。

(4)在此基础上，对系统的整体架构进行了设计，其中包括了软硬件的设计。

(5)按照系统的整体架构，编制相应的软件模块。

(6)根据本系统的功能要求，设计相应的软件模块；

(7)对电动车充电装置的分类和选择；以电动汽车的结构和特征为依据，对充电设备进行分类和选择，从而决定系统所使用的电动汽车的种类，并采用哪一种充电设备。根据电动车的结构与特性，选择与电动车充电装置的性能与成本相适应的车型与型号。然后根据所得到的结果，选取适当的硬件构成。

(8)对整个充电桩系统进行功能分析与结构分析。确定各个模块之间的关系。

(9)编写相关软件模块。在整个系统结构设计完成后，结合各个模块的功能进行编程与设计。并对整个充电桩系统进行测试与调试。

1.3充电电路

在放电过程中，为了使电池进入正常工作状态，需要引入放电电流，放电电流的方向与DC电流的方向相反,这个过程称为蓄电池充电。电动汽车的电池电压为350V,先将AC220V变为DC311V之后升压，把311V升压到充电所需电压350V。充电电路图如图1所示

充电电路采用boost电路，boost电路计算公式为;

占空比D：

电感L:

电容C:

图1  充电电路

1.4  驱动电路设计

KA7500B芯片是一种脉冲宽度调制方式的开关稳压器，控制器电路由电压振荡器、误差放大器、触发器、输出电路、输出晶体管和空载时间等电路组成。输出三极管可以通过输出电路来进行推挽式的操作，也可以进行单端放大的操作。

此次设计以KA7500B芯片做控制IC构成开关电源。开关电路工作原理：在上电后，单片机输出PWM电压，提供给KA7500B的15脚作为电压基准，输出电压通过前面电压采样电阻分压后，与电压基准进行比较，当电压过大时，则减小脉宽，若电压过小，则增加脉宽，使电压保持恒定的输出值。

1.5单片机选型

根据研究难度还有研究耗费两个层次来说，本次设计使用AT89C52单片机，此产品有着研究难度较低、稳定性更好，使用的芯片很少，并且原料市场也易于采购，价钱较低。

1.6  AD转换电路

AD转换电路采用ADC0834芯片，ADC0834有四个通道，需要通过DI端口在不同的时钟周期输入不同的数据来实现端口的选择,这里AD转换电路的作用是把采集到的电池的电流和电压的模拟量转换为数字量并传送给单片机。

1.7显示电路

显示电路采用LM016L液晶显示屏，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输，LCD显示屏有很好的实用性和直观性。显示电路的主要功能是显示电流电压。

1.8充电控制流程的软件设计

在充电控制软件的设计中，完整的正常充电过程为开始、桩体自检、选择充电指令、选择充电金额、执行充电、充电结算、充电结束、充电完成，

1.10  结 论

基于上述信息和观点，本次设计主要是以51单片机功能作为出发点来设定充电桩，在设计模块中，它的主要作用是接收系统的反馈信息，并对接收到的信息进行检测，做出判断。通过特殊的电路设计，使系统工作更稳定、更可靠，更安全、更放心，并强化了对电池的充电保护，尤其是在断电保护和故障预警方面进行了改进的设计优化。这样，不仅可以满足用户的实际需求，而且可以确保充电过程中的可靠性和电池的使用寿命。

参考文献

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[3]韦春玲,姜楠,方小燕,余丙武,杨宝平.一种太阳能手机充电桩的设计[J].电子测试,2020(15):35-36.