基于單片機的智能充電器設(shè)計與實現(xiàn)

1、基于單片機的智能充電器設(shè)計與實現(xiàn)摘要：電子技術(shù)的快速發(fā)展使得各種各樣的電子產(chǎn)品都朝著便攜式和小型輕量化的方向發(fā)展，也使得更多的電氣化產(chǎn)品采用基于電池的供電系統(tǒng)。目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。它們的各自特點決定了它們將在相當(dāng)長的時期內(nèi)共存發(fā)展。由于不同類型電池的充電特性不同，通常對不同類型，甚至不同電壓、容量等級的電池使用不同的充電器，但這在實際使用中有諸多不便。       本文介紹一種基于單片機的智能充電器的設(shè)計方法。該充電器可以實時采集電池的電壓和電流，并對充電過程進行智能控制。它可以自動計算電池的已充電量和

2、剩余的充電時間，也可以改變參數(shù)來適應(yīng)各種不同電池的充電。系統(tǒng)中的管理電路還具有保護功能，可防止電池的過充和過放對電池造成。關(guān)鍵詞：單片機，智能，充電器；    一、控制系統(tǒng)總體設(shè)計要求 根據(jù)實際情況，本控制系統(tǒng)要完成以下功能： （1） 能自動識別電池的類型（鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池）。 （2） 有穩(wěn)壓供電和充電兩種工作模式。 （3） 采用最高電壓Vmax、最高溫度Tmax、最長充電時間tmax、電壓負(fù)增長-V、溫度變化率T/t等快速充電中止法。 （4） 具有輸入交流過壓保護、輸出直流過流保護、過充電保護等 （5） 通電后能自動檢測整個電源系統(tǒng)，有故障報警。 （6

3、） 設(shè)有電池開路、短路、反接保護。 （7） 具有硬件和軟件相結(jié)合的雙重保護功能。 （8） 良好的抗干擾能力。二、硬件電路系統(tǒng)的設(shè)計2.1、硬件電路的核心器件選用ATMEL公司的AT89C51芯片，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS

4、-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。2.2, 該電路主要由充電電路、充放電控制電路、顯示和接口電路組成，圖1所示是其電路組成框圖。充放電控制電路充電電路充放電控制電路充放電控制電路充放電控制電路充電電路 圖1 智能充電器的組成原理圖 充電電路的設(shè)計電池充電有恒壓、恒流兩種充電方式，事實上，恒壓、恒流源電路也是充電電路的主要組成部分。由于各種電池對充電電壓和充電電流的要求不同，因此，實現(xiàn)智能充電必須根據(jù)各種電池的自身要求來調(diào)整充電電壓和充電電流的大小。這里選擇bq2054集成電路作為恒壓、恒流源模塊來對電

5、池進行充電。為了保證電池的安全，當(dāng)電池電壓和溫度超過設(shè)定的極限值時，bq2054將禁止對電池進行充電。而當(dāng)電池電壓小于低電壓閥值時，bq2054將用恒流方式進行充電。圖2所示是該智能充電器的恒壓恒流電路原理圖。圖2中的GB+、GB-分別連接充電電池的正極和負(fù)極，以為充電電池提供充電電流的通道。數(shù)字電位器MAX5434通過串行數(shù)據(jù)總線和控制電路進行通信，以確定電位器的阻值，并改變電池電壓分配網(wǎng)絡(luò)的比值，從而改變bq2054中BAT腳的輸入電壓，以便bq2054根據(jù)BAT腳電壓的大小來改變對電池的充電電壓，最終達(dá)到對電池進行恒流、恒壓充電的目的。 控制電路的設(shè)計 圖3所示是該充電器的充放電控制電路

6、。圖中，將PWMCTL連接到bq2054的MOD輸出腳，便可用MOD輸出的脈沖信號控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)閉，從而改變充電電流的大小。24 V電源是充電電路的外部輸入電源，可用來提供充電電流。GB+連接到充電電路的電池正極，其電壓就是充電電池的電壓，當(dāng)電池電壓沒有達(dá)到設(shè)定電壓時，充電電路將以恒流方式對其進行充電。當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定充電電壓后，充電電壓保持恒定不變，而充電電流逐漸減少，進入相應(yīng)的恒壓充電階段。圖4所示是該充電器的主控電路。圖4中的CCS，DCS，VS-BAT分別是用于采集電池充電電流，放電電流，充電電壓的端口，它們經(jīng)過濾波放大后和AT89C51的AD轉(zhuǎn)換腳相連接，并經(jīng)過轉(zhuǎn)換判斷電池的

7、充放電狀態(tài)后，可對電池的充放電作出相應(yīng)的控制，這些判斷和控制都是由軟件來完成的。主要是通過采集充電電路中的LED1LED3等三個輸出口的電平高低，并根據(jù)它們的高低電平狀態(tài)組合控制電池的充電狀態(tài)。XTALl、XTAL2是AT89C51和智能電池之間虛擬的異步串行通訊總線的時鐘線和數(shù)據(jù)線，AT89C51的內(nèi)部定時器2可提供模擬異步串行通訊總線的控制時鐘。E-CHG是充電控制使能端口，可在滿足充電條件并設(shè)定充電方式后置其為高電平，以啟動充電電路對電池的充電，反之，當(dāng)出現(xiàn)過溫、過電流、過電壓、充電故障或充電滿狀態(tài)時，該端為低電平，以關(guān)斷充電電路。E-DSG是放電使能控制端口，當(dāng)檢測到鎳鉻電池沒有放電完

8、畢時，AT89C51就把E-DSG置為高電平，啟動放電電路對鎳鉻電池進行放電，直到放電完畢，則把其置為低電平，關(guān)閉放電電路并對鎳鉻電池進行充電。SDA和SCL是AT89C51的異步串行通訊總線的數(shù)據(jù)線和時鐘線，它們和顯示電路中AT89C51的SDA和SCL相連接，以使AT89C51作為從機和AT89C51進行通訊，從而把電池的各種信息(結(jié)構(gòu)參數(shù)和實時參數(shù))傳輸?shù)紸T89C51上，再由液晶顯示器進行顯示。兩個跳線是AT89C51作為從機和AT89C51進行通訊時的地址選擇信號，它們可連接或斷開輸入到端口的信號，它們的組合狀態(tài)00，01，10，11分別代表從機的地址00，01，10，11，以便主機

9、和從機通訊時發(fā)出地址信號，之后從機通過查詢作出回應(yīng)，并向主機發(fā)送信息。智能充電器的信息顯示以AT89C51為核心構(gòu)成的信息顯示模塊可通過I2C總線與4路充電管理部分的AT89C51進行通訊。當(dāng)系統(tǒng)采集到電池的實時參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)后，即可通過LCD進行中文模式的信息顯示(要顯示的漢字和字符字庫存儲在24C16中，AT89C51通過I2C總線對其進行調(diào)用)；同時利用AT89C51的TXD、RXD口線提供給RS232接口，從而完成與PC管理計算機的相連，最終完成對電池的集散式管理。2 智能充電器的軟件設(shè)計圖5是該智能管理系統(tǒng)的程序流程圖。開始放電是接上負(fù)載恒流恒壓充電檢查電池是否正常放電終止電壓（電池

10、電壓）充電終止電壓？接上充電器報警/關(guān)閉電路放電終止電壓?接上充電器接上負(fù)載否否初始化否否是是是否放電完成充電完成是是否程序開始執(zhí)行后，首先進行初始化并檢測電池電壓、電流、溫度等信息是否正常。如正常則進入下一步，否則報警并關(guān)閉電路。如果電池電壓在充電終止電壓和放電終止電壓之間，說明電池既可充電也可放電。此時電路將判斷接上充電機還是接上負(fù)載，以進行相應(yīng)的充電和放電。如果兩者都沒有接，則循環(huán)檢測過程。若電池電壓已經(jīng)到達(dá)充電終止電壓，則等待負(fù)載的接入進行放電；同樣若電池電壓己經(jīng)達(dá)到放電終止電壓，則等待充電機的接入以進行充電。在整個過程中，該電路將始終實時檢測電池信息，若有異常情況發(fā)生，則立即利用中斷信號終止正在進行的充電或者放電過程，關(guān)斷充放電回路，同時進行報警并提示報警原因。3 結(jié)束語該智能電池充電器能有效地解決電池和充電器的兼容問題，從而避免了因電池化學(xué)特性不同而給電池充電造成的各種麻煩。另外，除了對電池電壓的檢測外，為了更好的保護電池，該充電器充電時還可對電池的溫度及充電時間進行