基于单片机的智能充电器设计与实现-精品版.docVIP

基于单片机的智能充电器设计与实现电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携式和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。它们的各自特点决定了它们将在相当长的时期内共存发展。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有诸多不便。 ???? ??本文介绍一种基于单片机的智能充电器的设计方法。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已充电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中的管理电路还具有保护功能，可防止电池的过充和过放对电池造成。 ??? 一、控制系统总体设计要求 　　根据实际情况，本控制系统要完成以下功能： 　　（1） 能自动识别电池的类型（镍镉电池、镍氢电池、锂电池）。 　　（2） 有稳压供电和充电两种工作模式。 　　（3） 采用最高电压Vmax、最高温度Tmax、最长充电时间tmax、电压负增长-△V、温度变化率△T/△t等快速充电中止法。 　　（4） 具有输入交流过压保护、输出直流过流保护、过充电保护等 　　（5） 通电后能自动检测整个电源系统，有故障报警。 　　（6） 设有电池开路、短路、反接保护。 　　（7） 具有硬件和软件相结合的双重保护功能。 　　（8） 良好的抗干扰能力。 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。 2.2, 该电路主要由充电电路、充放电控制电路、显示和接口电路组成，图1所示是其电路组成框图。电池充电有恒压、恒流两种充电方式，事实上，恒压、恒流源电路也是充电电路的主要组成部分。由于各种电池对充电电压和充电电流的要求不同，因此，实现智能充电必须根据各种电池的自身要求来调整充电电压和充电电流的大小。这里选择bq2054集成电路作为恒压、恒流源模块来对电池进行充电。为了保证电池的安全，当电池电压和温度超过设定的极限值时，bq2054将禁止对电池进行充电。而当电池电压小于低电压阀值时，bq2054将用恒流方式进行充电。 图2所示是该智能充电器的恒压恒流电路原理图。图2中的GB+、GB-分别连接充电电池的正极和负极，以为充电电池提供充电电流的通道。数字电位器MAX5434通过串行数据总线和控制电路进行通信，以确定电位器的阻值，并改变电池电压分配网络的比值，从而改变bq2054中BAT脚的输入电压，以便bq2054根据BAT脚电压的大小来改变对电池的充电电压，最终达到对电池进行恒流、恒压充电的目的。 图3所示是该充电器的充放电控制电路。图中，将PWMCTL连接到bq2054的MOD输出脚，便可用MOD输出的脉冲信号控制三极管的导通和关闭，从而改变充电电流的大小。24 V电源是充电电路的外部输入电源，可用来提供充电电流。GB+连接到充电电路的电池正极，其电压就是充电电池的电压，当电池电压没有达到设定电压时，充电电路将以恒流方式对其进行充电。当电池电压达到设定充电电压后，充电电压保持恒定不变，而充电电流逐渐减少，进入相应的恒压充电阶段。 图4所示是该充电器的主控电路。图4中的CCS，DCS，VS-BAT分别是用于采集电池充电电流，放电电流，充电电压的端口，它们经过滤波放大后和的AD转换脚相连接，并经过转换判断电池的充放电状态后，可对电池的充放电作出相应的控制，这些判断和控制都是由软件来完成的。主要是通过采集充电电路中的LED1～LED3等三个输出口的电平高低，并根据它们的高低电平状态组合控制电池的充电状态。是和智能电池之间虚拟的异步串行通讯总线的时钟线和数据线，的内部定时器2可提供模拟异步串行通讯总线的控制时钟。E-CHG是充电控制使能端口，可在满足充电条件并设定充电方式后置其为高电平，以启动充电电路对电池的充电，反之，当出现过温、过电流、过电压、充电故障或充电满状态时，该端为低电平，以关断充电电路。E-DSG是放电使能控制端口，当检测到镍铬电池没有放电完毕时，就把E-DSG置为高电平，启动放电电路对镍铬电池进行放电，直到放电完毕，则把其置为低电平，关闭放电电路并对镍铬电池进行充电。SDA