电能收集器硬件设计
电能收集器硬件设计Electrical Energy Collector Hardware Design
2012 届电气工程系
专业电子信息工程
学号
学生姓名
指导教师王翠艳
完成日期 2012年 5 月 15 日
毕业设计成绩单
学生姓名学号班级专业电子信息工程毕业设计题目电能收集器硬件设计
指导教师姓名王翠艳张飞雄
指导教师职称讲师助教
评定成绩
指导教师得分
评阅人得分
答辩小
组组长得分
成绩：
院长(主任) 签字：
年月日
毕业设计任务书
题目电能收集器硬件设计
学生姓名学号班级专业电子信息工程
承担指导任务单位电气工程系导师
姓名
王翠艳
导师
职称
讲师
一、主要内容
设计一个电能收集充电器，该充电器的核心为直流电源变换器，它从一个5v直流电源中吸取电能，以尽可能大的电流充入一个可充电池。并在充电结束后可以在相同接口将电能输出。
二、基本要求
1. 在充电电压5V，±10%状态下可以进行充电，充电电流≥500mA 。
2. 当进行放电时电压不低于5V，放电电流可达到1A。
3．具有保护电路，防止过压，过充；以及具有输出短路过载等保护。
4．采用标准USB接口，进行设计，方便充放电。
4. 完成电路图和印制板图设计。
三、主要技术指标（或研究方法）
1. 可采用专用电源芯片。
2. 要有必要的充电指示，电源容量和放电指示。
3．完成电路原理图、PCB图设计。
4．完成设计说明书。
5．设计说明书正文不少于1.5万字，查阅文献资料不少于15篇，其中外文文献2篇以上，翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。
四、应收集的资料及参考文献
DC-DC电源变换技术可充电电池充电技术电源芯片应用
电压监测控制
五、进度计划
第1周：开题，完成开题报告。
第2周——第3周：资料收集，文献阅读。
第4周——第8周：系统设计，电路实现，程序仿真。
第9周——第11周：期中检测，系统综合调试。
第12周：系统统调完成。
第13周——第14周：设计说明书撰写。
第15周——第16周：答辩环节。
教研室主任签字时间年月日
毕业设计开题报告
题目电能收集器硬件设计
学生姓名学号班级专业电子信息工程
一、研究背景
电池充电是通过逆化学反应将能量储存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。设计充电器时要了解这些特性，以防止过度充电损坏电池。一个好的充电器设计，不仅能够实时地对充电电路的电压、电流等参数进行检测，针对这些参数的变化调整充电的电流、电压，同时还能在较小充电电压时对电池进行充电。
随着科技的不断进步，和人类文明不断发展，各类新型的充电器充斥着整个充电器行业，新鲜的想法，巧妙的灵感创造出各式各样新型的充电器，这些充电器不仅在整个系统的元器件集成方面更小型化，而且在电能收集途径更方便。如太阳能充电器、无线充电器、手动充电器等等。
二、国内外研究现状
锂离子电池是目前比能量最高的一种便携化学电源，它具有电压高、比能量大、放电电压平稳、低温性能好、安全性能优以及贮存和工作寿命长等优点。随着当今电子设备小型化和微型化的飞速发展，锂离子电池的应用也越来越得到重视。大部分的数码产品也是采用锂电池作为其能源提供端的。移动电源概念是随着目前数码产品的普及和快速增长而发展起来的，其定义就是方便易携带的大容量随身电源。目前数码产品功能日益多样化，使用也更加频繁，如何提高数码产品使用时间，发挥其最大功用的问题就凸显重要了。移动电源，就是针对并解决这一问题的最佳方案。拥有一块电源，就可以在移动状态中随时随地为多种数码产品提供电能(供电或充电)。
三、研究方案
充电部分针对5v的输入电压，利用电源转换芯片实现降压变换电路，达到输出锂电池充电电压，从而达到为锂电池充电的目的。放电部分，输出电压是3.7v，利用电源转换芯片，采用升压变换电路，从而达到5v的输出电压。中间再加一个过充过放保护电路，利用电源芯片实现功能。此为该设计的研究方案。
四、预期结果
符合了电能收集器的要求，根据5v输入电压，采用直流电源变换电路，实现了锂电池充放电。符合了系统的各项要求。电路设计上比较简化，减少了不必要的损耗。升压和降压变换电路的占空比控制在了合理的范围内，提高了变换电路的效率。
指导教师签字时间年月日
摘要
随着全球经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，随身携带式的电子产品也越来越多，如笔记本电脑、平板电脑、手机、数码相机、摄像机、便携式DVD、PDA、MP3、MP4、GPS、保暖设备、医疗保健设备等。它们都要用到电池，但这些设备的原配电池都会因为电池容量低而不能满足设备的正常使用时间。当出差或旅游时又是这些设备的工作高峰期，经常在关键时刻电池没有电了，让我们感觉很无奈和无助。为了解决人们的这种烦恼问题，电能收集器应用而生。
本课题设计了一种高效、低功耗的电能收集器。该设备作为电源储备，为手机、MP3、mp4等电子设备提供多次、充足的电能。本文包括电源芯片TP4056构成的直流-直流转换器(DC-DC转换器)降压电路，实现充电环节。电源芯片MC34063构成的DC-DC升压电路，实现放电环节。过充过放保护电路则由DW01 配MOS管8205A来实现。
该电能收集器在为锂电池充电时充电电流可达到500mA 。锂电池进行放电时电压不低于5V，放电电流可达到1A。具有保护电路，一旦过压，过充，输出短路等情况，会立即终止充放电状态。
此电能收集器不仅能为许多电子设备充电，同时自身储能也很方便，满足了户外用户的需求，具有很强的现实适用性。
关键词：电能收集降压电路升压电路过冲过放保护电路
Abstract
With the rapid development of global economy, people living standard rise ceaselessly, carry type of electronic products more and more, such as laptops, tablet PCS, mobile phones, digital cameras, video cameras, portable DVD, PDA, MP3, MP4, GPS, warm equipment, medical treatment and health care equipment, etc. They all want to use the battery, but these devices will because the original battery capacity and low equipment can not meet the normal use of the time. When on business or travel is the equipment peak work, often in the key moment battery without electricity, let us feel very helpless and helpless. In order to solve the problem of the people worry, electrical energy collector born application.
In this paper, a kind of high efficient, low power consumption of electric energy collector. The device as a power supply reserves, for mobile phones, MP3, mp4 and other electronic equipment provided many times, plenty of electricity. This article include power chip TP4056 consists of the dc-dc converters (DC-DC converter circuit)step-down circuit, realize the charging link. MC34063 consists of the DC power supply DC-DC boost up circuit, achieve discharge link. Overcharge discharge protection circuit by the DW01 MOS tube with 8205A to realize.
The electrical energy collector for lithium batteries in charge when current can be up to 500 mA. Lithium batteries for electric discharge voltage is not less than 5 V, discharge current can be up to 1 A. With the protection circuit, once over-voltage, overcharge, output short circuit, etc, will immediately terminate charge and discharge status.
The electrical energy collector for many electronic equipment not only charge, and their own energy storage very convenient also, meet the outdoor the needs of users, and has a strong suitability of reality.
Key words：Electrical energy collect Step-down circuit Boost-up circuit Overcharge discharge protection circuit
目录
第1章绪论 (1)
1.1课题研究的背景 (1)
1.2课题研究的意义 (1)
1.3课题研究的主要内容 (1)
第2章系统总体方案设计 (3)
2.1充电模块选择方案 (3)
2.2放电模块选择方案 (4)
2.3过充过放保护电路方案 (4)
2.4总体设计框图 (4)
第3章系统硬件设计 (6)
3.1概述 (6)
3.2充电模块 (12)
3.2.1 TP4056芯片的简介 (12)
3.2.2 充电模块电路原理图 (14)
3.3放电模块 (14)
3.3.2 放电模块电路原理图 (17)
3.4过充过放保护电路模块 (17)
3.5整个电路的原理图 (19)
第4章结论和展望 (23)
参考文献 (25)
致谢 (26)
附录 (27)
附录A外文资料 (27)
附录B PCB图 (33)
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第1章绪论
1.1 课题研究的背景
现在市场上，便携式电子设备越来越多，市场上的充电器，只是电器和电源之间的连接适配器。此设备的电池容量和功耗却远远不满足市场的要求，对日常生活特别是户外生活造成诸多不便。我们大概都有过这样的经历：当出门在外，手机常常因为使用而电池电量耗尽，即使是带着充电器，又找不到电源，实在是叫天天不应，叫地地不灵，造成了很多遗憾。随着电子技术的发展，如何持续而方便地获得稳定电源，再度形成了市场瓶颈。
为此，制作多功能、高效、低耗、安全的电能收集器，以满足户外需求，将有很大的实用价值。锂离子电池具有体积小、重量轻、比能量高、寿命长、可快速充电等优点。相较于其它类型的电池而言，具有明显优越的综合性能。
1.2 课题研究的意义
锂离子电池的高效快速充电将成为一种趋势，另外，它的特点决定了它要求有性能完备、安全可靠的充电管理电路。随着人们日常外出活动的频繁，多功能大容量的移动电源将会成为市场开发的另一个主要的方向。该产品可用来为MP3、MP4、手机等电子设备充电。
1.3 课题研究的主要内容
本论文主要是对锂离子电池、usb接口、开关电源芯片的基本知识、概念的应用学习和研究，以及对电路图pcb图的学习及制作。该设计的目的是设计一实现具有充放电功能的电能收集器，可以用市面上常见的usb接口对锂电池充放电，同时保证锂电池不会过充过放以烧坏锂电池。本设计的主要工作有以下几个方面：（1）整体方案的设计
方案的选择要符合设计的要求，既要保证设计的电路简单又要保证芯片的功能能够实现。本文研究设计的电能收集器是采用充电芯片TP4056和放电芯片MC34063,以及保护电路芯片DWO1配MOS管8205A来实现电能收集器的充电和放电功能。
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（2）程序流程图
一个程序要想实现其功能，不能没有次序而盲目下手，必须对其有一个全面的了解后画出流程框图，然后逐个模块的实现其功能，最终把模块之间合理的连接起来，构成完整程序。本设计的主要包括充电模块、放电模块、和防止电池过充过放保护电路模块。
（3）系统原理图pcb图及硬件调试实验
本设计在进行硬件原理分析后，需要连接实物进行实际操作，检验自己的设计是否可以行得通。需要在protel99SE环境下画出硬件原理图pcb图并进行电气测试，检测无异议后进行硬件系统的调试实验，为了保证系统的可靠性分析查找，硬件的调试整个系统进行了模拟试验。
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第2章系统总体方案设计
2.1 功能要求
1、用5v电压以尽可能大的电流给可充电池充电，充电电流≥500mA 。
2.、当电能收集器进行放电时电压不低于5V，放电电流可达到1A。
3、具有保护电路，防止过压，过充；以及具有输出短路过载等保护。
2.2 设计思路
此次课题的系统总体方案设计应包括充电电池的选择，充电模块、放电模块、过冲过放保护电路模块功能的实现，这几个大的部分组成。其中以可充电池作为核心展开充电模块、放电模块和过充过放保护电路模块的设计。充电模块和放电模块是两个独立模块，但都需要和过冲过放保护电路模块结合在一起，以实现的课题要求。
2.3 充电电池选择方案
方案一：可用充电电池镍镉电池，镍镉电池已为大众早期广泛使用，可重覆约500次之充放电，但约10次充放电后即会产生记忆效应；缺点是，在充放电时，阴极会长出镉的针状结晶，有时会穿透分隔物而引起内部枝状晶体式的短路。由于含有镉之成份，因此必须回收。
方案一：可用充电电池锂离子电池，该电池具有体积小、重量轻、比能量高、寿命长、可快速充电等优点，且无记忆效应，身薄容量大。相较于其它类型的电池而言，具有明显优越的综合性能。
鉴于上述对比与分析，本设计采用方案二。
2.4 充电模块选择方案
方案一：可用电源芯片TP4056，TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的SOP8/MSOP8封装与较少的外部元件数目使得TP4056成为便携式应用的理想选择。TP4056可以适合USB电源和适配器电源工作，且性价比很高，可完全实现功能要求。
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方案二： 采用电源芯片BQ24070，由于该芯片成本较高且输出电流达不到要求的500ma ，电路也比较复杂，并不适合该设计。
鉴于上述对比与分析，本设计采用方案一。
2.5 放电模块选择方案
方案一：采用电源芯片MC34063，34063由于价格便宜，开关峰值电流达1.5A ，电路简单且效率满足一般要求，且此芯片市面上很容易买到。
方案二：采用电源芯片GS1661，由于该芯片是新生产的芯片价格比较昂贵，且市面上很难买到，虽然能够达到设计要求，但鉴于客观事实，还是放弃。
鉴于上述对比与分析，本设计采用方案一。
2.6 过充过放保护电路方案
选用芯片DWO1配MOS 管8205A 实现该方案。由于该方案电路简单功能轻松实现，故直接选择。
2.7 总体设计框图
按照系统功能的具体要求，在保证实现其功能的然础上，尽可能降低系统成本。总体设计方案围绕上述思想，初步确定系统的方案如图2-1所示。
Usb 接口
放电
电子设备电量指
示
放电电路
防过充电路
红灯闪绿灯亮 防过放电路
充电电路
Usb 接口
充满红灯灭绿灯
亮
充电红灯亮绿灯灭 充电
石家庄铁道大学四方学院毕业设计图2-1 电能收集器流程图
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第3章系统硬件设计
3.1 概述
此次的毕业设计主要由3个大的模块构成，分别是充电模块、放电模块、防止过充过放保护电路模块。其中充电模块和放电模块是两个相对独立的模块，但他们都要通过防止过冲过放保护电路模块来与锂电池相连，从而实现功能又不至于损害到锂电池的寿命。
3.2 锂电池
当今社会，锂离子电池已经成为我们生活中必不可缺的部分，平均每个人拥有好几块锂电池，不论是手机，还是笔记本电脑还是数码相机的舞台，也都少不了锂离子电池的身影。随着锂在动力电池和储能等新兴领域应用的快速增长，锂动力电池有望成为锂消费的最大领域，全球锂行业正迎来历史性的发展机遇。通过本次的毕业设计我相信我会对锂离子电池有一个更加清晰的认识。
首先，锂电池是如何站在众多电池的肩膀上发展起来的。世界上第一个电池是由意大利人伏打发明的，伏打电堆，跟原电池差不多，世界上第一个可充电电池法国人普兰特发明的铅酸蓄电池，随后还有镍镉镍氢电池，直到1991年锂离子电池问世并商业化生产，锂离子电池以容量大，电压高，循环性能好等优越性能在众电池中脱颖而出，成为最理想最有前途的电池，但锂电池的发展也并不是一翻风顺，它经历了由金属锂电池发展到锂离子电池的过程。金属锂电池，是指直接由金属锂参与的电池，而锂离子电池中就没有金属锂了而是锂的化合物。其中金属锂电池又包括锂一次电池和锂二次电池，而锂离子电池只有二次电池。一次电池是不能充电的电池，二次电池则可以充电。
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图1-1 锂离子电池原理图
我们最熟悉的金属锂一次电池便是手表，计算器和电脑主板中经常使用的纽扣电池，它是典型的锂锰一次电池，但是这种电池只能用一次，不够环保。自然要发展可以循环使用的二次电池，锂二次电池曾经在很长的一段时间内研究的都非常热门，但至今以金属锂为负极的二次电池都没有投入生产，这是为什么呢？关键是安全问题。首先看一下锂二次电池的工作原理。放电过程与前面相同，充电时过程相反，外电路给负极提供了很多电子，锂离子在负极获得电子而析出，问题就出在金属锂析出的过程发生了枝晶偏析，即形成了树枝状的晶体，等树枝长的足够大便从正极连到了负极，发生了短路，锂电池便要发生爆炸。所以此时锂二次电池的发展便遇到了巨大的瓶颈。研究人员不得不去寻找一种能够吸收金属锂防止枝晶偏析的物质来代替锂做负极，这个伟大的想法源于1981年bell实验室，而他们找的这种物质也是我们再熟悉不过石墨。大家都知道，石墨具有层状结构，层间距是0.355nm，而锂离子只有0.7个埃，所以很容易插入石墨中，形成组成为C6Li的石墨层间化合物，这样就避免了充电过程中锂的枝晶偏析问题，成功解决了二次电池的安全性问题，直接导致了锂离子电池的产生。经过研究人员不断的努力便得到了我们现在使用的商业化锂离子电池。
锂电池和锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池。锂电池一般指锂一次电池和锂二次电池。这种电池的负极是金属锂，正极用MnO2，SOCl2，等。
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锂一次电池的研究始于20世纪50年代，70年代进入实用化。因其具有比能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等，部分代替了传统电池。
锂二次电池安全性能尚未完全解决，仍处于实验研究阶段。锂离子电池研究始于20世纪80年代，1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极、LiC002为正极的锂离子二次电池。同年，Moll和Sony电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池。1991年，日本索尼电池部与能源技术公司联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池。
1993年，美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报导了采用PVdF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB)。国内生产聚合物锂离子电池的厂家也在20世纪90年代相继问世，1999年12月厦门宝龙工业有限公司、2000年7月广东惠州TCL金能电池有限公司先后投产。据统计，全世界锂离子电池的产量增长速度很快。
聚合物锂离子电池容量比目前的液态锂离子电池容量大一些，且由于聚合物电池材料柔软，电池不漏液，易于制成超薄型和任意形状的电池。因此，聚合物锂离子电池是小型电器，如笔记本电脑、移动电话、摄像机、照相机等的理想电源。
一般锂电池单节标称电压为3.6v～3.7V，充电时，一般要求采用限压限流法，首先恒流充电，即电流一定，充电电流按国家标准规定的低倍率充电是012C(仲裁充电制式) ,最大不超过1C；而电池电压随着充电过程逐步升高，当电池端电压达到终止电压4.2±0.05V时，应改恒流充电为恒压小电流。充电模块即使把5v直流电源变为3.7v直流电源，放电模块是把3.7v直流电源变为5v直流电源。
3.3 USB接口
USB全称为Universal Serial Bus，即通用串行总线。它使得计算机周边设备连接标准化，它的优点是支持热插拔、在开机情况下，可以安全地连接或断开设备，达到真正的即插即用。
随着各种数码设备的大量普及，特别是MP3和数码相机的普及，我们周围的USB设备渐渐多了起来。然而这些设备虽然都是采用了USB接口，但是这些设备的数据线并不完全相同。这些数据线在连接PC的一端都是相同的，但是在连接设备端的时候，通常出于体积的考虑而采用了各种不同的接口。
USB（Universal Serial Bus）通用串行总线，是一种连接外部串行设备的技术标准，计算机系统接驳外围设备(如键盘、鼠标、打印机等)的输入/输出。USB使用一个4针插头作为标准插头与外部设备进行连接。在这个4针插头中，有两针为数
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据通信线，而外侧的两针则为外部设备提供电源。按照USB规范，每个USB接口应能提供500mA的电流输出；由USB主机或带电源的集线器提供的USB接口，所接外设端的最小可用电压为4.5V，而由USB总线驱动的集线器能提供的最小则应为4.35V。值得注意的是，虽然USB规范定义了提供的电流上限不得超过0.5A，但实际上USB端口输出的电流经常超过几安培。
USB就是设备插架的一种规范。在USB方式下，所有的外设都在机箱外连接，连接外设不必再打开机箱；允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。USB采用"级联"方式，即每个USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个USB外设连接用。
通过这种类似菊花链式的连接，一个USB控制器可以连接多达127个外设，实际上只有111个外设.而每个外设间距离（线缆长度）可达5米。USB能智能识别USB链上外围设备的插入或拆卸，USB为PC的外设扩充提供了一个很好的解决方案。目前常见的USB接头有两种，一种是“方的”，另一种是“扁的”，前一种就是常说的A型头，后一种为B型头。两种接头都有四个引脚，中间两个用来传输资料，侧面两个给USB设备提供电源。接头设计合理，用户不会插错的。
USB接口如3-1 A型公口、3-2 Mini B型5Pin接口、3-3USB接口定义和表
3-1USB引脚定义所示：
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图3-1 USB A 型公口
图3-2 Mini B 型5Pin 接口
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图3-3 USB 接口定义
表3-1 USB 引脚定义
引脚 功能 颜色 备注 1 V Bus 红 电源正5V 2 Data- 白 数据- 3 Data+ 绿 数据+ 4
GND
黑
地
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3.4 充电模块
3.4.1 TP4056芯片的简介
功能特性：TP4056由于采用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环。
当输入电压（交流适配器或USB电源）被拿掉时，TP4056自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA以下。TP4056在有电源时也可置于停机模式，以而将供电电流降至55uA。
特点
·高达1000mA的可编程充电电流
·无需MOSFET、检测电阻器或隔离二极管
·用于单节锂离子电池、采用SOP封装的完整线性充电器
·恒定电流/恒定电压操作，并具有可在无过热危险的情况下实现充电速率最大化的热调节功能
·精度达到±1%的4.2V预设充电电压
·用于电池电量检测的充电电流监控器输出
·自动再充电
·充电状态双输出、无电池和故障状态显示
·C/10充电终止
·待机模式下的供电电流为55uA
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·2.9V涓流充电
·软启动限制了浪涌电流
·电池温度监测功能
·采用8引脚SOP-PP封装
TP4056引脚图如下：
图3-1 TP4056芯片
管脚说明：
TEMP（引脚1）：电池温度检测输入端。将TEMP管脚接到电池的NTC传感器输出端。如果TEMP管脚的电压小于输入电压的45％或者大于输入电压的80％，意味着电池温度过低或过高，则充电被暂停。如果TEMP 直接接GND，电池温度检测功能取消，其他充电功能正常。
PROG（引脚2）：恒流充电电流设置和充电电流监测端。从PROG管脚连接一个外部电阻到地端可以对充电电流进行编程。在预充电阶段，此管脚的电压被调制在0.1V；在恒流充电阶段，此管脚的电压被固定在1V。
RPROG与充电电流的关系确定为2000k对应电流580ma。
GND（引脚3）：电源地。
VCC(引脚4)：输入电压正输入端。此管脚的电压为内部电路的工作电源。当VCC与BAT管脚的电压差小于30mV时，TP4056 将进入低功耗的停机模式，此时BAT管脚的电流小于2uA。
BAT（引脚5）：电池连接端。将电池的正端连接到此管脚。在芯片被禁止工作或者睡眠模式，BAT管脚的漏电流小于2uA。BAT管脚向电池提供充电电流和4.2V
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多功能信号发生器设计报告.doc
重庆大学城市科技学院电气学院EDA课程设计报告 题目：多功能信号发生器 专业：电子信息工程 班级：2006级03班 小组：第12组 学号及姓名：20060075蒋春 20060071冯志磊 20060070冯浩真 指导教师：戴琦琦 设计日期：2009-6-19
多功能信号发生器设计报告 一、设计题目 运用所掌握的VHDL语言，设计一个信号发生器,要求能输出正弦波、方波、三角波、锯齿波，并且能改变其输出频率以及波形幅度，能在示波器上有相应波形显示。 二、课题分析 （1）．要能够实现四种波形的输出，就要有四个ROM（64*8bit）存放正弦波、方波、三角波、锯齿波的一个周期的波形数据，并且要有一个地址发生器来给ROM提供地址，ROM给出对应的幅度值。 （2）．因为要设计的是个时序电路，所以要实现输出波形能够改变频率，就必须对输入的信号进行分频，以实现整体的频率的改变。 （3）．设计要求实现调幅，必须对ROM输出的幅度信息进行处理。最简单易行的方法是对输出的8位的幅度进行左移（每移移位相当于对幅度值行除以二取整的计算），从而达到幅度可以调节的目的。同时为了方便观察，应再引出个未经调幅的信号作为对比。 三、设计的具体实现 1、系统概述 系统应该由五个部分组成：分频器（DVF）、地址发生器（CNT6B）、四个ROM 模块（data_rom_sin、data_rom_sqr、data_rom_tri、data_rom_c）、四输入多路选择器mux、幅度调节单元w。 2、单元电路设计与分析 外部时钟信号经过分频器分频后提供给地址发生器和ROM，四个ROM的输出接在多路选择器上，用于选择哪路信号作为输出信号，被选择的信号经过幅度调节单元的幅度调节后连接到外部的D/A转换器输出模拟信号。 （1）分频器（DVF） 分频器（DVF）的RTL截图
基于ATmega16单片机的电能收集充电器设计
现代电子技术 Modern Electronics Technique 2013年1月15日第36卷第2期 Jan.2013Vol.36No.2 0引言 光纤陀螺FOG （Fiber Optic Gyroscope ）具有其他陀螺无法比拟的优点，在航空、航天、航海、机器人控制、石油钻井等领域得到了广泛的应用[1] 。FOG 的漂移误差可分为常值偏移误差和随机漂移误差，其中FOG 的随机漂移是捷联惯导系统的主要误差源[2]。因此， 为了减小FOG 的误差并提高其精度，对FOG 的误差进行估计与建模具有重要的意义。 1 间序列建模方法 1.1 时间序列模型的描述 正文内容时间序列分析法是一种时域分析方法，它不仅研究过程的确定性变化，而且更加着重于研究过程的随机性变化[1]。FOG 的随机误差模型一般可以用AR 或ARMA 模型来描述[3]： （1）自回归模型（AR 模型）。自回归模型是指任何一个时刻k 上的数值x k 可以表示为过去p 个时刻上数值的线性组合加上k 时刻的白噪声，可以表示为： x k =?1x k -1+?2x k -2+...+?p x k -p +a k （1） 式中：常数p （正整数）为模型的阶数；常系数?1,?2,…,?p 为模型参数；{}a k 为白噪声；p 阶的模型简 记为AR （p ）。 AR 模型的参数估计方法分为直接估计法和递推估 计法两种[4]， 常采取最小二乘法，根据多元回归理论，参数矩阵?的最小二乘估计：? ?=()y T y -1y T y ′，y =[y 1 y 2? y n ]，y ′=[y 1 y 2? y n ]，可知，AR （p ） 模型参数的最小二乘估计是线性估计，且估计值??是?的无偏估计，估计精度高。 （2）自回归滑动平均模型（ARMA 模型）。该模型可以表示为线性差分的形式： x k -?1x k -1-?2x k -2-...-?p x k -p =a k -θ1a k -1-θ2a k -2-...-θq a k -q （2） 式中：p 和q 为ARMA 的阶数；?1,?2,?,?p 和θ1,θ1,?,θq 为ARMA 模型的参数，此模型简记为ARMA （p ，q ）。 光纤陀螺随机漂移的建模与滤波 李佳桐，张春熹，张小跃，邓雅麒 （北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100083） 摘 要：光纤陀螺的随机漂移是捷联式惯导系统的主要误差源，为了减小光纤陀螺的随机误差并提高其精度，需要对光 纤陀螺的随机误差进行精确建模，本文根据时间序列理论，采用自回归AR 模型法，建立了光纤陀螺随机误差模型。根据该模型，采用卡尔曼滤波算法实现了对光纤陀螺的随机误差的滤波。滤波结果和Allan 方差分析表明，滤波后光纤陀螺随机误差得到了明显地减小，光纤陀螺的精度得到了有效地提高。 关键词：光纤陀螺；AR （2）模型；卡尔曼滤波器；Allan 方差分析中图分类号：TN911?34；U666.1 文献标识码：A 文章编号：1004?373X （2013）02?0129?03 Modeling and filtering of fiber optic gyroscope random drift LI Jia?tong ，ZHANG Chun?xi ，ZHANG Xiao?yue ，DENG Ya?qi （School of Instrument Science and Opto?electronics Engineering ，Beijing University of Aeronautics and Astronautics ，Beijing 100083，China ） Abstract ：The random drift of fiber optic gyroscope （FOG ）is the main error source of the strapdown inertial navigation sys?tem （SINS ）.The random error of FOG should be modeled accurately to reduce FOG′s random error and improve its precision. According to the theory of the time series analysis ，FOG′s random error model was build with autoregression AR model method.Based on this model ，FOG′s random error was filtered with Kalman filtering algorithm.The filtering and Allan variance analysis results proved that the FOG′s random error after filtering was obviously reduced and the FOG precision was improved effectively. Keywords ：fiber optic gyroscope ；AR （2）model ；Kalman filter ；Allan variance analysis 收稿日期：2012?09?15 129
系统硬件设计与开发
第2章系统硬件设计与开发 整个系统的硬件设计分为加速度信号采集电路、无线传输电路、ARM系统电路三部分。 2.1 硬件电路总体结构 根据系统的目标和基本技术指标，并结合MEMS加速度传感器的特点，选用Freescal 公司的MMA7261QT三轴加速度传感器用于加速度信号的采集。采用STC12C5410AD单片机作为信号采集部分的MCU，其内部自带的8路10位高速A/D转换器，很好得保证了传感器端输出端模拟信号的A/D转换精度。无线传输部分采用 2.4GHz无线收发一体芯片nRF2401，它与STC单片机采用模拟SPI方式通信。加速度信号处理模块的ARM微处理器采用三星公司的S3C44B0X，对无线模块接收到的加速度数据作相应的处理，可得到速度、位移等信息。系统结构图如图2.1所示： 2.2 加速度信号采集模块 本设计采用Freeseale公司的MEMS三轴加速度传感器MMA7261QT测量人体运动时的加速度信号，并用宏晶科技的微控制器STC12C5410AD作为核心控制器，控制其内置的模数转换器对加速度信号进行采样，被转换为数字信号后，由nRF2401无线模块将数据传输至ARM系统。 2.2.1 MEMS三轴加速度传感器MMA7261QT简介 MEMS（Micro Electro Mechanical Systems），即微电子机械系统是建立在微米/纳米技术基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。近年来，由于MEMS技术的迅猛发展，各种基于MEMS的加速度传感器也应运而生，
目前已经得到了广泛的应用。它们有着体积小、质量轻、成本低、功耗低、可靠性高等特点，而且因为其加工工艺一定程度上与传统的集成电路工艺兼容，易于实现数字化、智能化以及批量生产，因而从问世起就引起了广泛关注，并且在汽车、医药、导航和控制、生化分析、工业检测等方面得到了较为迅速的应用。 本设计中采用的是飞思卡尔（Freescal）公司的MEMS 三轴加速度传感器MMA7261QT。MMA7261QT 低成本微型电容式加速度传感器采用了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，并且提供4 个量程可选，用户可在4 个灵敏度中的选择。该器件带有低通滤波并已做零g补偿并且还提供休眠模式，因而是电池充电的手持设备产品的理想之选[24]。MMA7261QT 具有高敏感度、低噪声、高清晰度和高准确性的特点，其应用包括高级步程计，可测量步行中人的脚步运动、距离和速度，允许根据多种不同应用和功能选择敏感度。本设计中采用MMA7261QT测量人体运动时三维的加速度信号。 ◆MMA7261QT特性如下： ◆可选灵敏度（2.5g/3.3g/6.7/10g）； ◆低功耗：500μA； ◆休眠模式：3μA； ◆低压运行：2.2V-3.6V； ◆6mm×6mm×1.45mm的无引线四方扁平（QFN）封装； ◆快速开启：1ms； ◆高灵敏度（2.5g）； ◆低通滤波器具备内部信号调理； ◆设计稳定、防震能力强； MMA7261QT的功能如图2.2所示。X、Y、Z三个相互垂直方向上的加速度G-Cel传感单元感知，经过容压变换器、增益放大、滤波器和温度补偿后以电压信号输出。 MMA7261QT的三个相互垂直的传感方向如图2.3所示。其引脚配置如表2.1所示：
低频信号发生器设计开题报告
1 研究的目的及其意义 随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类增多，性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在，信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率、精度、多功能、自动化和智能化方向发展。在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。信号发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能。 便携式和智能化越来越成为仪器的基本要求，对传统仪器的数字化，智能化，集成化也就明显得尤为重要。平时常用信号源产生正弦波，方波，三角波等常见波形作为待测系统的输入，测试系统的性能。单在某些场合，我们需要特殊波形对系统进行测试，这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。利用单片机，设计合适的人机交互界面，使用户能够通过手动的设定，设置所需波形。该设计课题的研究和制作全面说明对低频信号发生系统要有一个全面的了解、对低频信号的发生原理要理解掌握，以及低频信号发生器工作流程：波形的设定，D/A 转换，显示和各模块的连接通信等各个部分要熟练联接调试，能够正确的了解常规芯片的使用方法、掌握简单信号发生器应用系统软硬件的设计方法，进一步锻炼了我们在信号处理方面的实际工作能力。 2 国内外研究现状 在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信
函数信号发生器课程设计报告书
信号发生器 一、设计目的 1.进一步掌握模拟电子技术的理论知识，培养工程设计能力 和综合分析问题、解决问题的能力。 2.基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的 设计和实验能力。 3.学会运用Multisim10仿真软件对所作出的理论设计进行 仿真测试，并能进一步完善设计。 4.掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路 调试的基本方法。 二、设计容与要求 1.设计、组装、调试函数信号发生器 2.输出波形：正弦波、三角波、方波 3.频率围：10Hz-10KHz围可调 4.输出电压：方波V PP<20V, 三角波V PP=6V, 正弦波V PP>1V 三、设计方案仿真结果 1.正弦波—矩形波—三角波电路 原理图：
首先产生正弦波，再由过零比较器产生方波，最后由积分电路产生三角波。正弦波通过RC串并联振荡电路（文氏桥振荡电路）产生，利用集成运放工作在非线性区的特点，由最简单的过零比较器将正弦波转换为方波，然后将方波经过积分运算变换成三角波。 正弦—矩形波—三角波产生电路： 总电路中，R5用来使电路起振；R1和R7用来调节振荡的频率，R6、R9、R8分别用来调节正弦波、方波、三角波的幅值。左边第一个运放与RC串并联电路产生正弦波，中间部分为过零比较器，用来输出方波，最好一个运放与电容组成积分电路，用来输出三角波。
仿真波形： 调频和调幅原理 调频原理：根据RC 振荡电路的频率计算公式 RC f o π21 = 可知，只需改变R 或C 的值即可，本方案中采用两个可变电阻R1和R7同时调节来改变频率。 调幅原理：本方案选用了最简单有效的电阻分压的方式调幅，在输出端通过电阻接地，输出信号的幅值取决于电阻分得的电压多少。其最大幅值为电路的输出电压峰值，最小值为0。 RC 串并联网络的频率特性可以表示为 ) 1(311112 1 2 RC RC j RC j R C j R RC j R f Z Z Z U U F ωωωωω-+=++++=+= = ? ? ? 令,1 RC o =ω则上式可简化为) ( 31 ω ωωωO O j F -+ = ? ，以上频率特性可 分别用幅频特性和相频特性的表达式表示如下：
太阳能电池设计方案作业
编号： 审定成绩： 重庆邮电大学 课程设计（论文） 设计（论文）题目：太阳能电能收集充电器 学院名称：通信与信息工程学院 学生姓名：杨海，张强，马超，殷亮，余凌霄 专业：电子信息工程（通信技术方向） 班级： 指导教师：刘乔寿 答辩组负责人： 填表时间：2011 年12 月重庆邮电大学教务处制
【摘录】本文通过对电路设计的总体要求的把握和理解，在充分理解性能及设计要求指标的基础上，对元器件的选择做了比对和较为细致的研究，阐述了电路设计中对于升降压电路的选取带来的不同性能，从综合性比较的角度上，得出了自动切换升降压方案在性能，经济成本，适用范围，可操作性等方面相对更优性，并通过最后的测试方案在误差范围内验证了设计方案，完成了课程设计任务。 在具体设计过程中，主要使不同强度的太阳光所产生的不同大小电压，通过可编程输出电压的相关芯片，如TPS61200,LM317等芯片调整出适当的输出电压，使其符合锂电池充电所需的4.2V并且尽可能的稳定。 本系统的供电电源转换分为升压和降压两部分，升压部分是一节干电池作为供电电源，通过升压电路转换为可为手机充电的电压，降压部分是由太阳能电池板作为供电电源，通过降压电路之后转换为可为手机电池充电的电压。 【关键词】自动切换升降压方案综合性比较测试方案验证稳定性
目录 前言 (1) 第一章太阳能概述及应用 (2) 1.1 太阳能电池发展历史及趋势 (2) 1.1.1 发展历史简介 (2) 1.1.2 发展趋势预测 (3) 第二章电路设计总体方案概述 (4) 2.1 方案一降压电路方案概述 (4) 2.1.1 电路设计的原理 (4) 2.1.2 设计的主要器件选择 (4) 2.2. 方案二升压后降压方案概述 (4) 2.2.1 电路设计的原理 (5) 2.2.2 电路设计的主要器件选择 (5) 2.3 方案三自动切换升降压电路概述 (5) 2.3.1 电路设计的原理 (5) 2.3.2 电路设计的主要器件选择 (5) 第三章电池设计具体方案分析与讨论 (6) 3.1 降压电路具体设计探讨 (9) 3.2 升压后降压方案具体设计探讨 (12) 3.3 自动切换升降压电路具体设计探讨 (15) 3.4 本章小结 (16) 第四章设计实际测试结果分析 (16) 4.1 关于模拟测试的探讨与结果分析 (16) 4.1.1 模拟测试与实际充放电的区别与共性 (17) 4.1.2 测试的具体方法讨论 (17) 4.2 实际测试数据探讨与对比 (18) 4.2.1 测试模型的选取 (18) 4.2.2 实际测试数据分析 (19)
硬件设计开发流程
第一章硬件开发过程介绍 1.1硬件开发的基本过程 硬件部门开发流程指定后，需要硬件部门人员严格按照开发流程完成开发工作。 硬件部开发流程主要分为如下几个步骤： 1）市场调研 对即将进行的项目，需要进行市场调研。 市场调研包括三个方面。 1.了解市场需求 在网上或者其他渠道，了解当前市场上有多少同种产品，及产品的价格、规格等方面信息。并了解当前市场对该产品的需求量，及发展的情况。市场前景是否良好。 2.了解客户要求 通过和客户的交流，了解客户的要求是什么，对产品的性能等各方面有什么要求。 3.分析客户要求，转变成客户需求 将客户的要求分析汇总，转化成客户需求。 市场调研完成后，撰写市场调研分析。里面明确写明客户需求及攻关难点。市场调研分析完成后，即可进行项目工作。 2）立项 市场调研完成后后，首先需要进行立项工作。 首先需要明确项目的需求；完成项目所需要的时间；需要配合的部门；预计花费的金额； 项目各部分的功能规格等内容，并完成可行性方案、项目总体方案书、项目需求说明书、项目规格说明书四个文件的初稿。然后和各相关部门及相关领导开会讨论，明确各自的任务。并认真记录会议纪要，对各部门提出的要求汇总。经多次讨论确认项目方案后，完成可行性方案、项目总体方案书、系统需求说明书、产品规格说明书四个文件的最终版本。经各相关部门经理确认，总工程师审核，总经理核准后，开始进行项目的开发。相关文件存档。 项目的开发要严格按照可行性方案、项目总体方案书、项目需求说明书、项目规格说明书四个文件的要求进行。如出现意外情况，需要修改其中内容，则需要和各相关部门讨论，经总工程师同意，总经理核准后进行修改。修改后的文件同样需要各相关部门经理确认，总工程师审核，总经理核准。版本号升级，并存档。 3）硬件总体设计 项目立项后，需要进行硬件总体设计。 立项完成后，需要进行项目的总体设计。其内容包括：将该项目硬件部分分模块，明确各个模块之间的作用、完成时间、责任人；各个块之间的通讯及连接；电源要求；通讯协议；项目的主要部分及难点部分的攻关时间等内容。并完成项目总体设计文件。交由相关人员核准后入档。如遇到特殊情况需要修改，则由相关人员认可后进行修改。版本号升级，并存档。 该步骤是对整个项目进行统筹规划，需要对项目有整体的把握。合理，有效的安排各任务
全国电设历年电源类试题
电源类 (1) 开关电源模块并联供电系统（2011 年A 题）【本科组】 (1) 光伏并网发电模拟装置（2009年A题）【本科组】 (2) 电能收集充电器（2009年E题）【本科组】 (3) 开关稳压电源（2007年E题）【本科组】 (5) 数控直流电流源（2005年F题） (6) 三相正弦波变频电源（2005年G题） (7) 直流稳定电源（1997年A题） (8) 简易数控直流电源（1994年A题） (9) 电源类 开关电源模块并联供电系统（2011 年A 题）【本科组】 一、任务 设计并制作一个由两个额定输出功率均为 16W 的 8V DC/DC 模块构成的并联供电系统（见图 1）。 二、要求 1.基本要求 （1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压UO=8.0±0.4V。 （2）额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于 60% 。 （3）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和IO=1.0A 且按I1:I2=1:1 模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于 5%。 （4）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和IO=1.5A 且按I1:I2= 1:2 模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于5%。 2. 发挥部分 （1）调整负载电阻，保持输出电压 UO=8.0±0.4V，使负载电流 IO在 1.5~3.5A 之间变化时，两个模块的输出电流可在（0.5~2.0）范围内按指定的比例自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于 2%。 （2）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和
简易信号发生器单片机课程设计报告
课程设计(论文)任务书 电气学院电力系统及其自动化专业12（1 ）班 一、课程设计(论文)题目：简易信号发生器设计 二、课程设计(论文)工作自 2015年1 月12 日起至2015 年 1月16 日止。 三、课程设计(论文) 地点:电气学院机房 10-303 四、课程设计(论文)内容要求： 1．课程设计的目的 （1）综合运用单片机原理及应用相关课程的理论知识和实际应用知识，进行单片机应用系统电路及程序设计，从而使这些知识得到进一步的巩固，加深和发展；（2）熟悉和掌握单片机控制系统的设计方法，汇编语言程序设计及proteus 软件的使用； （3）通过查阅图书资料、以及书写课程设计报告可提高综合应用设计能力，培养独立分析问题和解决问题的能力。 2．课程设计的内容及任务 （1）可产生频率可调的正弦波（64个点）、方波、锯齿波或三角波。 （2）显示出仿真波形。 （3）通过按键选择输出波形的种类。 （4）在此基础上使输出波形的幅值可控。
3.课程设计说明书编写要求 （1）设计说明书用A4纸统一规格，论述清晰，字迹端正，应用资料应说明出处。（2）说明书内容应包括（装订次序）：题目、目录、正文、设计总结、参考文献等。应阐述整个设计内容，要重点突出，图文并茂，文字通畅。 （3）报告内容应包括方案分析;方案对比;整体设计论述;硬件设计（电路接线，元器件说明，硬件资源分配）;软件设计（软件流程，编程思想，程序注释，） 调试结果;收获与体会;附录（设计代码放在附录部分，必须加上合理的注释）（4） 学生签名： 2015年1月16 日 课程设计(论文)评审意见 （1）总体方案的选择是否正确；正确（）、较正确（）、基本正确（）（2）程序仿真能满足基本要求；满足（）、较满足（）、基本满足（）（3）设计功能是否完善；完善（）、较完善（）、基本完善（）（4）元器件选择是否合理；合理（）、较合理（）、基本合理（）（5）动手实践能力；强（）、较强（）、一般（）（6）学习态度；好（）、良好（）、一般（）（7）基础知识掌握程度；好（）、良好（）、一般（）（8）回答问题是否正确；正确（）、较正确（）、基本正确（）、不正确（） （9）程序代码是否具有创新性；全部（）、部分（）、无（） （10）书写整洁、条理清楚、格式规范；规范（）、较规范（）、一般（）总评成绩优（）、良（）、中（）、及格（）、不及格（） 评阅人：
函数信号发生器设计报告
函数信号发生器设计报告 一、 设计要求 设计制作能产生正弦波、方波、三角波等多种波形信号输出的波形发生器，具体要求： （1） 输出波形工作频率范围为2HZ ～200KHZ ，且连续可调； （2） 输出频率分五档：低频档：2HZ ～20HZ ；中低频档：20HZ ～200HZ ； 中频档：200HZ ～2KHZ ；中高频档：2KHZ ～20KHZ ；高频档：20KHZ ～200KHZ 。 （3） 输出带LED 指示。 二、 设计的作用、目的 1. 掌握函数信号发生器工作原理。 2. 熟悉集成运放的使用。 3. 熟悉Multisim 软件。 三、 设计的具体实现 3.1函数发生器总方案 采用分立元件，设计出能够产生正弦波、方波、三角波信号的各个单元电路，利用Multisim 仿真软件模拟，调试各个参数，完成单元电路的调试后连接起来，在正弦波产生电路中加入开关控制，选择不同档位的元件，达到输出频率可调的目的。 总原理图：
3.2单元电路设计、仿真 Ⅰ、RC桥式正弦波振荡电路 图1：正弦波发生电路 正弦波振荡器是在只有直流供电、不加外加输入信号的条件下产生正弦波信号的电路。 正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路四个部分。根据选频电路回路的不同，正弦波振荡器可分为RC正弦波振荡器、LC正弦波振荡器和石英晶体振荡器。其中，RC正弦波振荡器主要用于产生中低频正弦波，振荡频率一般小于1MHz，满足本次设计要求，故选用RC 正弦波振荡器。
一种压电能量收集装置设计
一种压电能量收集装置的设计 研究现状： 压电能量收集模式将压电材料铺设于道路路而结构中，利用压电效应将道路上交通荷载产生的部分机械能转化为电能，继而将产生的电能收集、处理、利用。自从1880年代居里兄弟发现压电效应至今，经过100多年的研究积淀，针对压电材料性能及应用研究己日趋成熟。由于其优良的能量转换能力，压电能量收集系统受到了全球科研机构及企业的普遍关注。 2008年以色列的Innowattech公司与海法理工学院共同研发了应用于道路工程的压电能量收集系统(Innowattech Piezo Electric Venerator，IPEV)。图1,2分别为IPEV的概念模型和现场试验照片。采用该能量收集系统，交通量为600 }eh " h 1的一条双车道道路上能产生0. 4 MW " km 以上的电量，可支持400 ^} 600户家庭的日常用电;且随着交通量、车载的增加，收集的电能也随之增加;IPEV的使用不会增加车辆单位油耗;其使用寿命约为30年。然而，该技术尚处于对外保密阶段，不能给中国研究者提供直接参考。 Lee等口6〕研究了路而动态荷载作用下基于压电效应的能量转化影响因素及其之间的关系;Ye等o;〕提出了一种基于遗传算法的压电换能器自动优化方法，通过该方法设计的换能器可以根据实时路而振动数据自动调节内部频率以收集更多的能量;曹秉刚等mo研发了一种利用公路系统振动能量压电发电的方法和系统;林伟等口月设计了一种应用于沥青混凝土路而的堆叠式压电自发电能量采集与照明装置;Zhao等基于有限元对应用于沥青路而进行能量收集的钱式压电能量收集器参数进行了分析优化，在20 Hz, 0. 7 MPa交通荷载的作用下，按照其设计的钱式换能器，计算机模拟单个钱式压电能量收集器可产出功率为1.2mW的电能;Ky-missis在麻省理工学院将压电晶体置于鞋内，研究出一种发电鞋。测定发现压电晶体产生的峰值电能为80mW ; Rastega等开发了一种可应用于多种平台的针
无线传感器网络节点硬件
1 系统结构概述 本文设计的WSN硬件平台，由若干传感器节点，具有无线接收功能的汇聚节点，以及一台PC机组成。 根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求，节点的设计主要包括如下几个基本部分：传感器单元、处理器单元、A/D单元、射频单元、供电单元以及扩展接口单元。节点的硬件体系结构框架如图1-1 所示。 图1-1 传感器单元负责对所关心的物理量进行测量并采集数据，提供给处理器单元进行处理；处理器单元负责数据处理及控制整个节点的正常工作；射频天线单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制信息和相关数据；供电单元负责为节点提供运行所需的能量；扩展接口可以实现节点平台的功能拓展，以适应不同的应用需求。 2 节点核心模块设计： 2-1电源模块设计： 电源是设计中的关键部分，电源稳定工作是整个节点正常工作的保证，设计合理的电源电路至关重要。节点包含模拟器件和数字器件，模拟器件的抗干扰能力较差，且数字器件常常为模拟器件的噪声源，故为了 图2-1-1 提高电路的抗干扰能力，模拟器件接模拟地并采用数字地与模拟地单点共地。电源可选用电池或干电池，电源芯片可选用XC6209、XC6221系列的LDO电源芯片，分别提供3.3V和1.8V的数字与模拟电压，电路如图2-1-1所示。 2-2传感器 模块设计： 温度传感器设 计：本设计采用 LM75DM-33R2串行 可编程温度传感 器，这种传感器在 环境温度超出用户 变成设置时通知主 控制器。滞后也是 可以编程解决。它 采用2线总线方式，允许读入当前温度，并可配置器件。它是数字型温度传感器，直接从
寄存器读出温度参数，并可实现编程设置INT/CMPTR输出极性。 图2-2-1是其功能图，因为设计中只是简单的监测环境的温度，故只需一片 LM75，所以地址线A0、A1、A2置地，INT/CMPTR悬空，设计的接口电路如图2-2-2所示。 图2-2-1 图2-2-2 因为cc2431本身带有A/D模块，也可采用温度传感器AD590测量温度，其接口电路如图2-2-3。
2009电能收集充电器报告
2009电能收集充电器报告
电能收集充电器（E题）参赛队队号：20090079
电能收集充电器（E题） 摘要 本系统以DC——DC变换为主电路，具有升压斩波（BOOST）电路和降压（BUCK）电路。利用低功耗CMOS定时器7555自制PWM发生控制器。同时采用自带D/A、A/D的低功耗单片机C8051－F020作为控制核心，采用电源最大功率定律实现了最大功率控制，使系统尽量多地吸收电源能量，在1.4V至20V以上的电压范围内系统都可以正常稳定地工作，特别适合作为太阳能发电系统的配套模块。外加的显示部分清晰地反映出系统的运行状态。控制和显示电路的间歇式工作方式大大降低了系统自身损耗。 关键词：C8051-F020、开关电源、充电器、7555定时器
一、引言 按电路理论可知，用电源Es直接给电池充电（即充电控制器短路）时，其充电电流最大值只能等于（Es-Ec）/(Rs+Rc)；而题目要求本系统的充电电流Ic>(Es-Ec)/(Rs+Rc)，并且还要求直流电源的电压低于3.6V时也能给电池充电，这也是直接充电不能达到的。因此，本设计中的充电控制电路必须要用到开关电源技术。而且直流电源的电压变化范围为0~20V，因此，系统需要用到升压斩波电路（BOOST变换器）和降压斩波电路（BUCK变换器）。 二、系统总体原理框图 本系统由以下几大部分组成：PWM产生电路、DC-DC变换器主电路、最大能量获取控制电路（单片机）、键盘输入电路和运行状态显示电路。系统总体结构框图如图1所示： DC-DC主 电路电池 PWM 发生器升压芯片05S05S 单片机 D/A 键盘 显示 图1 系统结构框图 三、方案论证与比较 1.DC-DC变换方案论证 由题知直流电源的电压调整范围为0—20V。要对3.6V的可充电池充电，则要求充电器的输出约等于3.6V。因此，以3.6V为界，电源Es输出电压低于3.6V 时要用升压电路将电压升高到3.6V；而电压高于3.6V时用降压电路将电压降到约等于3.6V。 方案一：将电源直接短接（或通过电阻）接到电池两端。此方法的电路结构最简单，在Es>3.6V时可以对电池充电,但效率可能较低，经简单计算可知达不到课 1
信号发生器课程设计报告
目录 一、课题名称 (2) 二、内容摘要 (2) 三、设计目的 (2) 四、设计内容及要求 (2) 五、系统方案设计 (3) 六、电路设计及原理分析 (4) 七、电路仿真结果 (7) 八、硬件设计及焊接测试 (8) 九、故障的原因分析及解决方案 (11) 十、课程设计总结及心得体会 (12)
一、课题名称：函数信号发生器的设计 二、内容摘要： 函数信号发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而此次课程设计旨在运用模拟电子技术知识来制作一个能同时输出正弦波、方波、三角波的信号发生器。 三、设计目的： 1、进一步掌握模拟电子技术知识的理论知识，培养工程设计能力和综合分析能力、解决问题的能力。 2、基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。 3、学会运用Multisim仿真软件对所做出来的理论设计进行仿真测试，并能进一步解决出现的基本问题，不断完善设计。 4、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉万用表等常用仪表，了解电路调试的基本方法，提高实际电路的分析操作能力。 5、在仿真结果的基础上，实现实际电路。 四、设计内容及要求： 1、要求完成原理设计并通过Multisim软件仿真部分 （1）RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。 （2）占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （3）占空比可调的三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围
一种电能收集充电器的设计
一种电能收集充电器的设计 摘要 随着越来越多的PDA产品的在日常生活中的普及使用,电池充电器的使用也越来越广泛,一个好的充电器设计，不但能够实时地对充电电路的电压、电流这些关系到充电过程好坏的参数进行检测，针对这些参数的变化调整充电的电流、电压，同时还能在充电电压很小时还能够对电池进行充电。 因此，本文设计了一种以MC34063直流升压电路及LM2576直流可调稳压电路为核心，AVR单片机最小系统板为控制电路，能在7.3v-20v范围内的不同输入电压中，通过手动调节可为一定范围内不同电压的电池充电，充电电流Ic达到大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）的要求。该系统主要有AVR MEGA16最小系统，44700uf电容组成的电能收集储存电路，MC34063直流升压电路，LM2576直流可调稳压电路组成。系统通过44700uf电容组成的电能收集储存电路从内阻非常大（100欧）的电源中收集并储存电能，再通过AVR MEGA16最小系统于给定时间内发出脉冲使电容放电供给MC34063直流升压电路电压升压，然后由LM2576直流可调稳压电路稳压为内阻较小的（0.1欧）模拟电池充电。本系统具有低功耗，输出稳定可调，输入内阻大，转换效率高无需外部电源供电，低电压启动（7.3v）等特点。 关键词：充电器；电能收集；升压；A VR ATmega16；MC34063；脉冲充电 Power to collect charger Abstract As more and more PDA products, the increasing use in everyday life, the battery charger is also more widely used, a good battery charger design, not only in real time charging circuit voltage and current of these relations to the charging process for testing the parameters of good and bad for changes in these parameters to adjust charge current, voltage, while the charge voltage of a small be able to recharge the battery, such as outdoor activities, to take advantage of low-voltage or solar power, etc. for charging, the only way to ensure that extend battery life. For the reason that，we designed a system is centering on MC34063 direct-current boosting circuit and adjustable LM2576 direct-current stabilivolt circuit. A VR monolithic machine minimum system board is a control circuit , can in different within certain range (7.3 v-20v) entering voltage, may move the
基于51单片机的信号发生器设计报告
基于51单片机的信号发生器设计报告 二零一四年十二月十一日
摘要 根据题目要求以及结合实际情况，本文采用一种以AT89C51单片机为核心所构成的波形发生器，可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形，波形的频率可用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。本设计经过测试，性能和各项指标基本满足题目要求。 关键词：信号发生器 DAC0832芯片 LM358运放 89C51芯片
目录 摘要...................................................................... 目录...................................................................... 第一章绪论................................................................. 1.1单片机概述........................................................... 1.2信号发生器的概述和分类.............................................. 1.3问题重述及要求....................................................... 第二章方案的设计与选择................................................... 2.1方案的比较........................................................... 2.2设计原理 ............................................................. 2.3设计思想 ............................................................. 2.4实际功能 ............................................................. 第三章硬件设计............................................................ 3.1硬件原理框图......................................................... 3.2主控电路 ............................................................. 3.3数、模转换电路....................................................... 3.4按键接口电路......................................................... 3.5时钟电路 ............................................................. 3.6显示电路 ............................................................. 第四章软件设计............................................................ 4.1程序流程图........................................................... 参考文献.................................................................... 附录1 电路原理图 .......................................................... 附录2 源程序............................................................... 附录3 器件清单......................................................
CAN总线智能传感器节点设计
基于82527的CAN总线智能传感器节点设计 摘要：介绍一种以8051微控制器和82527独立CAN总线控制器为核心组成的CAN 总线智能传感器节点的设计方法，并给出其硬件原理图和初始化程序。 关键词：CAN总线 82527 单片机数据采集智能节点 引言 CAN（Controller Area Network，控制局域网）属于工业现场总线，是德国Bosch公司20世纪80年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。1993年11月，ISO正式颁布了高速通信控制局域网（CAN）的国际标准（ISO11898）。CAN总线系统中现场数据的采集由传感器完成，目前，带有CAN总线接口的传感器种类还不多，价格也较贵。本文给出一种由8051单片机和82527独立CAN总线控制器为核心构成的智能节点电路，在普通传感器基础上形成可接收8路模拟量输入和智能传感器节点。
1 独立CAN总线控制器82527介绍 82527是Intel公司生产的独立CAN总线控制器，可通过并行总线与Intel 和Motrorola的控制器接口；支持CAN规程2.0B标准，具有接收和发送功能并可完成报文滤波。82527采用CHMOS 5V工艺制造，44脚PLCC封装，使用温度为-44～+125℃，其引脚的排列和定义参见参考文献[1]。 （1）82527的时钟信号 82527的运行由2种时钟控制：系统时钟SCLK和寄存器时钟MCLK。SCLK 由外部晶振获得，MCLK对SCLK分频获得。CAN总线的位定时依据SCLK的频率，而MCLK为寄存器操作提供时钟。SCLK频率可以等于外部晶振XTAL，也可以是其频率的1/2；MCLK的频率可以等于SCLK或是其频率的1/2。系统复位后的默认设置是SCLK=XTAL/2，MCLK=SCLK/2。 （2）82527的工作模式 82527有5种工作模式：Intel方式8位分时复用模式；Intel方式16位分时复用模式；串行接口模式；非Intel方式8位分时复用模式；8位非分时复用模式。本文应用Intel方式8位分时复用模式，此时82527的30和44脚接地。 （3）82527的寄存器结构[2]