【正文】 小電流充電階段，主要起保護電池的作用；第二階段為恒流充電階段，采用固定電流對電池充電以實現(xiàn)快速充電的目的：第三階段為恒壓階段，主要是保證電池充滿及防止過充電。圖 電池分級定電流充電曲線 脈沖充電方法脈沖充電方式是比較新的一種充電方式。脈沖充電法是從對電池的恒流充電開始的，大部分的能量在恒流充電過程中被轉移到電池內(nèi)部。當電池電壓上升到充電終止電壓后，脈沖充電法由恒流轉入真正的脈沖充電階段。在這一階段，脈沖充電方式以與恒流充電階段相同的電流值間歇性的對電池進行充電。每次充電時間為后，然后關閉充電回路。充電時由于充電電流的存在，電池電壓將繼續(xù)上升并超過充電終止電壓；當充電回路被切斷后，電池電壓又會慢慢下降。電池電壓恢復到時，重新打開充電回路，開始下一個脈沖充電周期。在脈沖充電電流的作用下，電池會漸漸充滿，電池端壓下降的速度也漸漸減慢，這一過程一直持續(xù)到電池電壓恢復到的時間達到某個預設的值為止，可以認為電池已接近充滿。圖 脈沖充電法電池充電曲線圖 定化學反應狀態(tài)充電法定化學反應狀態(tài)充電是近幾年提出來的充電方法。采用這種方法充電，充電設備的閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)動態(tài)跟蹤電池可接受的充電電流。這樣充電電流始終與電池可接受的充電電流保持良好的匹配關系，使充電過程在最佳狀態(tài)下進行。這種充電方式具有充電效率高，充電時間短等優(yōu)點。但其電路系統(tǒng)較為復雜，造價高，不易實現(xiàn)。圖 定化學狀態(tài)充電法曲線圖 變電流間歇/定電壓充電法變電流間歇／定電壓充電法與變電壓間歇充電法也是近幾年提出來的充電方法。該方法目前主要用于對鉛酸蓄電池進行充電。它們采用分級電流或電壓對電池進行間歇式充電，以提高充電效率和速度。目前對鋰電池仍然以恒流恒壓的充電方法為主。充電初期一般采用小電流對電池進行預處理，防止電池過放電帶來的影響；接著用大電流快速充電；在電池電壓達到額定充電終止電壓時，轉為恒壓模式確保電池充滿。本文采用目前廣泛充電方法分級定電流充電模式，雖然這種方法電路相對復雜，但充電時間短，效率高，因此在鋰離子電池充電方案中占主導地位。第三章 硬件電路設計 設計思路分析在詳細的了解了鋰離子電池的充電原理和查閱有關充電方案后，本文提出了兩種智能充電控制的方案，并通過比較兩種充電方案的優(yōu)缺點選擇最佳的充電方案。 脈寬PWM法充電隨著電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而在鋰離子電池智能充電器中采用的脈寬PWM法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調變化。脈寬PWM法的基本思想就是利用單片機具有的PWM端口和PWM控制恒壓恒流源芯片配合，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調整單片機的PWM控制寄存器來調整PWM的占空比，從而控制充電電壓和電流。本方法所要求的單片機必須具有ADC端口和PWM端口這兩個必須條件。脈寬PWM法充電具有以下優(yōu)缺點?？煽刂其噶鞔笮?。在PWM控制充電的過程中,單片機可實時檢測ADC端口上充電電流的大小，并根據(jù)充電電流大小與設定的涓流進行比較，以決定PWM占空比的調整方向。電池喚醒充電。單片機利用ADC端口與PWM的寄存器可以任意設定充電電流的大小，所以，對于電池電壓比較低的電池，在上電后，可以采取小電流充一段時間的方式進行充電喚醒，并且在小電流的情況下可以近似認為恒流，對電池的沖擊破壞也較小。電流控制精度低。充電電流的大小的感知是通過電流采樣電阻來實現(xiàn)的，采樣電阻上的壓降傳到單片機的ADC輸入端口，單片機讀取本端口的電壓就可以知道充電電流的大小。若設定采樣電阻為R（單位為Ω），采樣電阻的壓降為V（單位為mV）， 。則ADC的1 LSB對應的電壓值為 5000mV/1024≈5mV。一個5mV的數(shù)值轉換成電流值就是50mA，所以軟件PWM電流控制精度最大為50mA。若想增加軟件PWM的電流控制精度，可以設法降低ADC的參考電壓或采用10位以上ADC的單片機。PWM采用軟啟動的方式。在進行大電流快速充電的過程中，充電從停止到重新啟動的過程中，由于磁芯上的反電動勢的存在，所以在重新充電時必須降低PWM的有效占空比,以克服由于軟件調整PWM的速度比較慢而帶來的無法控制充電電流的問題。充電效率不是很高。在快速充電時，因為采用了充電軟啟動，再加上單片機的PWM調整速度比較慢，所以實際上停止充電或小電流慢速上升充電的時間是比較大的。 電源管理IC控制充電由于充電管理IC將充電各個階段的充電電路集成在了芯片內(nèi)部，實現(xiàn)了功能的模塊化，相比較PWM控制的分立恒壓源恒流源充電電路，具有電路簡單易實現(xiàn)的優(yōu)點，并且提高了充電效率，降低了軟件編程算法難度和設計成本，缺點是無法實現(xiàn)USB模式的智能充電。但是通過比較兩種方法的優(yōu)缺點，本文選擇方案二作為智能充電器的設計的最終方案。本文設計中采用鋰離子電池充電IC是MAX1898（）。MAX1898和外部晶體管PNP或PMOS組成一個鋰離子充電器，可精確地恒流/恒壓充電，電池電壓精度可達177。%。MAX1898有兩種型號。MAX1898具有以下功能：（1）電壓精度達177。%（2）充電電流可控（3）帶自動輸入電源監(jiān)視器（4）內(nèi)部檢流電阻（5）LED充電狀態(tài)指示器（6）可控的安全充電時間（7）電流大小監(jiān)視輸出（8）可選擇的自動重啟圖 MAX1898 MAX1898充電過程如下：1. 預充 在安裝好電池后，接通電源，當充電器檢測到電池時將定時器復位，從而進入預充過程，在此期間充電器以快充電流的10%給電池充電，使電壓、溫度恢復到正常狀態(tài)。預充電時間由外接電容C9確定，且電池溫度正常，則進入快充過程；如果超過預充時間后，則認為電池不可充電，充電器顯示電池故障，由單片機發(fā)出故障指令，LED指示燈閃爍。2. 快充 快充就是以恒定電流對電池充電，恒流充電時，電池的電壓緩慢上升，一旦電池電壓達到所設定的終止電壓時，恒流充電終止，充電電流快速遞減，充電進入滿充過程。3. 滿充 在滿充過程中，充電電流逐漸遞減，直到充電速率降到設置值以下，或滿充超時時，轉入頂端截止充電。頂端截止充電時，充電器以極小的充電電流為電池 補充能量。由于充電器在檢測電池電壓是否達到終止電壓時有充電電流通過電池內(nèi)阻，盡管在滿充和頂端截至充電過程中充電電流逐漸下降，減小了電池內(nèi)阻和其它串聯(lián)電阻對電池端電壓的影響，但串聯(lián)在充電回路中的電阻形成的壓降仍然對電池終止電壓的檢測有影響。一般情況下，滿充和頂端截止充電可以延長電池5%～10%的使用時間。 電路設計 系統(tǒng)硬件設計以飛思卡爾MC9S128XSMAL單片機為核心，以電源管理芯片、溫濕度傳感器、蜂鳴器、繼電器、LCD顯示屏、鍵盤、充電保護電路等外設組成，由于便攜設備內(nèi)部有保護電路因此無法利用充電管理IC直接為其充電，因此充電分為電池直接充電和USB充電兩部分，而USB充電采用恒壓充電，具體充電可以通過程序設定，系統(tǒng)框圖（）如下：圖 系統(tǒng)框圖 MAX1898電源管理IC表31 MAX1898引腳定義：引腳號引腳名功能1IN電壓輸入端2漏極開路LED驅動。，LED滅。，LED亮。，LED亮。，LED滅。，但預充電時間（=100nF,45min）結束。LED 。3EN/OK：高電平使能IC。：高電平表示輸入電壓接入正確4ISET,。 。5CT安全充電時間控制口，電容10uF時，充電時間為3小時。6RSTRT自動重啟控制，一個新的充電周期又開始。接地后自動重啟功能有效，充電完成時漏極電流為40uA。如果懸空，充電時間耗盡，只能通過EN/OK來觸發(fā)重啟，充電完成時漏極電流為4uA。7BATT電池輸入端。8GND地9DRV外部晶體管驅動，該腳接外部PMOS/PNP的柵極/基極。10CS充電電流輸入端，接PMOS/PNP的源極/極電極。電流設定：MAX1898充電電流通過線性控制外部晶體管PMOS或PNP，最大的充電電流通過連接ISET與GND的外部電阻來設定，選擇電阻通過如下公式：（單位是安培，單位是歐姆） （41）ISET可用來實時檢測實際的充電電流。ISET端有1mA輸出的電流就表明充電電流為1A，ISET端的輸出電壓正比與充電電流。 （42），電池充滿時將隨著充電電流下降。狀態(tài)輸出： 是一個漏極開路輸出，可以監(jiān)視電池的充電狀態(tài)。有5mA的限定電流，因此LED可以直接連接在IN與之間作為充電狀態(tài)標志。另外，可以通過上拉電阻（通常100kΩ）輸出邏輯電平。充電周期重新開始：，配置MAX1898能夠使充電周期自動重新開始（將RSTRT接GND），重啟閾值可以通過在RSTRT與GND間接外部電阻來降低。假如不需要自動重啟，可以懸空RSTRT。自動重啟功能無效時，充電只能通過清零在置高EN/OK來重新開始新的周期，或者先斷開輸入電源后重新接入電源。EN/OK(EN輸入，OK輸出)：EN/OK有兩種功能，可以作為邏輯輸入（高電平）使能充電。除了開/關控制之外，EN/OK也可以反應出輸入電源是否接入。當輸入電源接IN（ ， ）,EN/OK輸出高電平3V，通過內(nèi)部上拉100kΩ電阻。因此EN/OK可以作為輸出來反映AC適配器接入情況，同時通過漏極開路的驅動可以開/關充電。假如IN沒有電壓或不足，EN/OK將保持低電平，充電將關閉。下面是MAX1898的應用電路（圖 ）：圖 MAX1898充電驅動電路當電池充滿后，MAX1898芯片的2腳發(fā)送的脈沖電平會由低變高，這個狀態(tài)變化會傳遞給單片機，單片機檢測到電池充滿狀態(tài)后會根據(jù)程序設置做相應判斷，當單片機確定電池充滿電后會通過蜂鳴器和顯示提示用戶電池充滿，并自動斷電。 AMT1001溫濕度傳感器 AMT1001 （）是濕敏電阻型溫濕度傳感器，傳感器信號采用模擬電壓輸出方式，具有精度高，可靠性高，一致性好，且已帶溫度補償，確保長期穩(wěn)定性好，使用方便及價格低廉等特點，尤其適合對質量、成本要求比較苛刻的企業(yè)使用。本設計中分別使用單片機A/D轉換接口AN00和AN01來接收傳感器的溫度和濕度數(shù)據(jù)（圖 ）。當環(huán)境溫度或濕度超過充電器工作條件時，系統(tǒng)會通過蜂鳴器報警并自動斷電。圖 AMT1001溫濕度傳感器傳感器參數(shù)及引腳分配如下：（1）供電電壓（Vin）： DC ~ （2）消耗電流： 約2mA （3）使用溫度范圍： 0～60℃ （4）溫度檢測范圍： 0～60℃ （5）使用濕度范圍： 20～95%RH （6）濕度檢測范圍： 20～90%RH （7）保存溫度范圍： 0～60℃ （8）保存濕度范圍： 95%RH以下（非凝露） （9）濕度檢測精度： 177。5%RH（條件:at25℃,60%RH） （10）溫度檢測精度： 177。℃（條件:at25℃） （11）標準濕度輸出電壓（免調試）：（條件:at25℃,Vin=5V）表 32 引腳定義：引腳顏色名稱描 述1紅色VDD電源（ DC)2黃色Hout濕度輸出（03V DC）3黑色GND地4白色ToutNTC10K 熱敏電阻圖 溫濕度傳感器驅動電路 其他外圍設備驅動介紹、RS和RW，PA0PA7引腳來控制數(shù)據(jù)信號，供電電壓5V（）。圖 LCD1602驅動電路，引腳接1KΩ上拉電阻拉至高電平并與鍵盤相連，鍵盤另一端接地。當有按鍵按下時，單片機對應I/O口電平會被拉低，從而感應出鍵盤的操作。圖 鍵盤驅動電路、S8050、KA431組成恒壓限流驅動電路，防止電流過大損害USB設備。如果直接將電源連接在USB設備上會出現(xiàn)USB設備不識別電源和充電電流高于額定充電電流引起電池發(fā)熱的問題，因此利用三極管的限流作用組成USB設備的供電電路對USB設備進行充電。圖 USB充電電路、PB1PB2引腳控制，由三極管S8050驅動，繼電器驅動電路（圖 ）如下：圖 繼電器驅動電路 蜂鳴器驅動電路與繼電器驅動電路類似，不同的地方在于蜂鳴器驅動電路沒有反向電流保護的二極管，同時增加了硬件開關和LED指示燈，方便用戶隨時開啟蜂鳴器提醒模式，省去了繁瑣的軟件設置步驟，簡單易操作。圖 蜂鳴器驅動電路繼電器驅動電路同時也是智能充電器的安全保護電路，融合了個人的創(chuàng)意設計。充電器采用觸發(fā)式啟動方式，而不是日常生活中普遍采用的開關式啟動，當電源按鈕被按下3秒時繼電器接通系統(tǒng)電源，否則系統(tǒng)仍然會是斷電狀態(tài)，這樣能夠防止誤操作而接通充電器的電源；當充電器工作出現(xiàn)異?；蛘唠姵爻錆M時，繼電器起到及時切斷系統(tǒng)電源的作用，實現(xiàn)充電器與電源的完全電氣隔離，提高了充電器的安全性。第四章 軟件設計 程序流程設計 由于硬件充電電路分為兩部分，因此程序設計兩種充電的模式，默認模式0為電池充電，模式1為USB充電。程序初始化后分別啟動AD轉換程序、電池檢測程序、LCD顯示程序，同時開始定時器，程序流程圖（）如下：圖 程序流程圖 程序功能模塊設計為了增加程序的可讀性和靈活性，程序的各個功能采用分塊編寫的方式，每一個功能模塊調試通過后就不再影響系統(tǒng)的其他程序，這樣既達到了方便調試的目的，同時也將程序的執(zhí)行效率優(yōu)化到最佳狀態(tài)。 電池狀態(tài)檢測子程序void battery_detect(void)。電池檢測的原理是根據(jù)IC在接通電池后引腳狀態(tài)的改變，因此在執(zhí)行此程序模塊時連續(xù)檢測引腳狀態(tài)50次，并記錄高電平狀態(tài)的次數(shù)，如果高于實驗值10次則可判斷檢測到電池，這樣保證了檢測的正確性，降低檢測錯誤的概率。在檢測到電池后，系統(tǒng)全局變量g_bf置為1，系統(tǒng)通過這個標志位執(zhí)行相應功能。 鍵盤掃描子程序void keyscan(v