【正文】 命以及高性能的充放電設(shè)備等的制約，一直未得到長足的發(fā)展。基于上述原因本文設(shè)計了一種基于單片機的智能電池充電器，該充電器是由 ADuC824 單片機控制，根據(jù)充電電池的充電狀態(tài)輸出一定的 PWM 脈沖波，進而采用涓流充電，恒流充電，恒壓充電和浮充電等四個階段對鉛酸蓄電池充電，并且可以通過單片機的輸出端口顯示當(dāng)前的充電狀態(tài)，在充電結(jié)束時自動終止充電，蜂鳴器發(fā)出報警聲，提醒用戶電池已經(jīng)充滿，實現(xiàn)電池充電的智能化。 充電技術(shù)的發(fā)展概述 對于鉛酸蓄電池來講，傳統(tǒng)的充電方式有恒流限壓充電和恒壓限流充電。恒流充電方式的不足之處在于：開始充電階段電流過小，在充電中后期電流又過大，析出氣體多，對危害較大，能耗高。（2） 恒壓限流充電恒壓充電初期充電電流很大，隨著充電進行，電流逐漸減小，在充電終期只有很小的電流通過，這樣，在充電過程中就不必要調(diào)整電流。一方面這些充電方式充電時間過長，不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)和生活的需要。因此，充電質(zhì)量的好壞，直接影響到蓄電池的技術(shù)狀態(tài)及使用壽命。而國外市場大部分充電器均采用 Wa，WaWo，Uamp。2 鉛酸蓄電池的工作原理及充放電過程 鉛酸蓄電池的基本概念由于蓄電池的充放電本身涉及到許多相關(guān)的專業(yè)知識，為了能夠更好的理解本課題，本節(jié)將要簡單介紹有關(guān)的鉛酸蓄電池一些知識。實際容量（C）是在一定放電條件下蓄電池實際放出的容量。在使用過程中，容量受放電率、電解液溫度的影響是主要的。極化電阻（ ）：包括蓄電池使用過程中濃差極化和電化學(xué)極化產(chǎn)生的電f阻之和。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鉛酸蓄電池的額定容量按 5 小時連續(xù)放電來表示，即 C5，例如一個額定容量 C5 為 10Ah 的電池，充電 5 小時后，電池完全充滿，則它的充電電流為： （）?即它的充電速率為 ；若用 10 小時就達到充滿狀態(tài)，則它的充電電流為 （）即它的充電速率為 。放電終止電壓和放電率有關(guān)。因此在電池充電接近滿充電時，只能采用低速率充電。這三種狀態(tài)的電壓具有下述特點：充電電壓高于開路電壓，而且隨著充電時間的增加而略有升高，放電電壓則低于開路電壓，而且隨著放電時間的增加而略有降低，這種現(xiàn)象稱為電池的極化。蓄電池的極化現(xiàn)象對蓄電池的工作是不利的。一般經(jīng)驗來講，當(dāng)電池的容量達到額定容量的 80%時，就可以認(rèn)為電池的壽命基本結(jié)束了。影響使用壽命的原因有以下幾方面：正極板的板柵變形、板柵腐蝕、活性物質(zhì)在使用過程中發(fā)生鈍化或產(chǎn)生不可逆硫酸鹽化等問題，都會造成使用壽命縮短。當(dāng)環(huán)境溫度較高時，電池的自放電現(xiàn)象比較明顯，所以電池應(yīng)在適宜的溫度和濕度下保存，自放電一般不會損傷電池，只要重新充足電量，還可以照常使用。 鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛（Pb） ，與電解液中的硫酸（H 2SO4）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（Pb 2+） ，鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負極板上留下多余的兩個電子（2e） 。負極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子（Pb 2+）與電解液中的硫酸根離子（SO 42）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO 4） 。放電時H2SO 4濃度不斷下降，正負極上的硫酸鉛（ PbSO4）增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導(dǎo)電） ，電解液濃度下降，電池電動勢降低。 電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子和硫酸根離子（SO 42） ，負極不斷產(chǎn)生硫酸根離子（SO 42） ，在電場的作用下，氫離子向負極移動，硫酸根離子向正極移動，形成電流。實際工作中，可以根據(jù)電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池的充電程度 [5]。由圖21 可以看出：初始充電電流很大，但是衰減很快。其中最著名的就是“安培小時規(guī)則”：充電電流安培數(shù)，不應(yīng)超過蓄電池待充電的安時數(shù)。① 恒流充電法恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保持充電電流強度不變的充電方法，如圖 22 所示。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。由于充電初期蓄電池電動勢較低，充電電流很大，隨著充電的進行，電流將逐漸減少，因此，只需簡易控制系統(tǒng)。例如，汽車運行過程中，蓄電池就是以恒壓充電法充電的。這些方法都是圍繞著最佳充電曲線進行設(shè)計的，目的就是使其充電曲線盡可能地逼進最佳充電曲線 [2]。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應(yīng)時間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。如圖 26 所示，REFLEXTM 充電法的一個工作周期包括正向充電脈沖，反向瞬間放電脈沖，停充維持 3 個階段 [2][14][15][16]。充電后期采用定電壓充電段，獲得過充電量，將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。比較③和④兩種方法，可以看出：④方法更加符合最佳充電的充電曲線。⑤方法采用了一種不同于這兩者的控制模式，脈沖電流幅值和 PWM 信號的頻率均固定，PWM 占空比可調(diào)，在此基礎(chǔ)上加入間歇停充階段，能夠在較短的時間內(nèi)充進更多的電量，提高蓄電池的充電接受能力 [2][5][12]。在鉛酸蓄電池充電器中，通常采用電壓控制，最長充電時間（定時控制） ，蓄電池溫度等控制，本文采用電壓控制，溫度控制和電流控制相結(jié)合的方法。充電過程中，當(dāng)電池電壓達到規(guī)定值后，應(yīng)立即停止充電。（2） 電壓負增量控制由于電池電壓的負增量與電池組的絕對電壓有關(guān)，而且不受環(huán)境溫度，充電速率等因素的影響，因此，可以比較準(zhǔn)確地判斷電池已充足電。因此，這種控制方法主要應(yīng)用于鎳鉻電池。 定時控制通常用在恒流充電模式中。 這種控制方法比較簡單，但是由于電池的起始充電狀態(tài)不完全相同，有的電池充不足，有的電池過充電，然而充電時間是固定的，所以不能根據(jù)電池充電前的狀態(tài)來自動調(diào)整。當(dāng)環(huán)境溫度較低時，規(guī)定的最高溫度值相對過高（50℃） ，這樣容易造成過充電，容易損壞電池。 智能充電器的充電過程對于鉛酸蓄電池來講，常用的充電方式有恒流限壓和恒壓限流兩種充電方式，然而，單獨采用其中的一種充電方式，沒有動態(tài)跟蹤電池的實際狀態(tài)和可接受充電電流大小的技術(shù)，對鉛酸蓄電池的充電效果不是很理想。： （）?主式中 ：蓄電池的電池容量5C當(dāng)電池電壓升至均充電壓（）時，進行限壓充電，充電過程進入下一階段。這時應(yīng)采取限流措施，保持電流不超過某一設(shè)定值而使電壓降低，待電流降低，電壓升高后再穩(wěn)壓，這就是恒壓限流的含義 [3][10][11]。（2） 單片機將檢測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的處理輸出到硬件上，通過PWM脈沖寬度來調(diào)整充電的階段的電流和電壓，以達到更好的充電效果。電壓檢測電路和電流檢測電路分別采用將檢測到的電壓和電流通過放大器和光電藕隔離器進行轉(zhuǎn)換使得輸出的電壓和電流能夠滿足單片機的+5V電壓范圍。（1） ADuC824的性能特點 ADuC824是一個片內(nèi)資源非常豐富的單片機，各種片內(nèi)資源都有其獨自的特點，主要表現(xiàn)如下：●高分辨率∑△ADCS有兩個獨立的通道(24位+16位分辨率) ；內(nèi)含可編程增益放大器；在20Hz/20mV 范圍內(nèi)有13 位有效分辨率；在20Hz/ 范圍內(nèi)有18位有效分辨率。●內(nèi)含的其它外圍設(shè)備有：片內(nèi)溫度傳感器；12位電壓輸出DAC；雙激勵恒流源；時間間隔計數(shù)器；2線(I 2C可兼容) 和SPI串行I/O；看門狗定時監(jiān)視器(WDT)；電源供電監(jiān)視器(PSM)。在緩沖器意味著可處理較高內(nèi)阻的信號源，而且可在輸入通道前加入模擬 RC 濾波器。 等幾種量程的輸入。其名稱以及在 SFR 中的地址和功能如下：ADSTAT(D8H)：狀態(tài)寄存器，包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒、校準(zhǔn)狀態(tài)和一些出錯信息 ADMODE(D1H)：模式寄存器，控制主通道和輔助通道的操作模式AD0CON(D2H)：主通道控制寄存器AD1CON(D3H)：輔助通道控制寄存器SF(D4H)：數(shù)字濾波器寄存器，通過調(diào)節(jié)濾波器參數(shù)來控制主、輔通道數(shù)據(jù)的更新速率ICON(D5H)：恒流源控制寄存器，用于控制片內(nèi)恒流源(片內(nèi)有兩個 200μA恒漢源，可緞帶外接變送器提供激勵電流) AD0L/M/H(D9/DA/DBH)：三字節(jié)，用于存放主通道 24 位轉(zhuǎn)換結(jié)果AD1L/H(DC/DDH)：兩字節(jié)，用于存入輔助通道 16 位轉(zhuǎn)換結(jié)果OF0L/M/H(E1/E2/E3H)：三字節(jié)，用于存放主通道偏移校準(zhǔn)系數(shù)OF1L/H(E4/E5H)：兩字節(jié)，用于存入輔助通道偏移校準(zhǔn)系數(shù)GN0L/M/H(E9/EA/EBH)：三字節(jié)，用于存放主通道增益校準(zhǔn)系數(shù)GN1LH(EC/EDH)：兩字節(jié)，用于存放輔助通道增益校準(zhǔn)系數(shù)② ADuC824 的存儲器結(jié)構(gòu) ADuC824 的片內(nèi)存儲器包括 8K 字節(jié)片內(nèi) Flash/EE程序存儲器、640 字節(jié)片內(nèi) Flash/EE 數(shù)據(jù)存儲器和 256 字節(jié)片內(nèi) RAM。附加的640 字節(jié) Flash/EE 數(shù)據(jù)存儲器是通過專用寄存器塊 (SFR)中的一組控制寄存器來間接訪問的。當(dāng)設(shè)備連接正確時源代碼將自動載入到程序存儲器，并可通過這種方式進行在線編程。DAC 有一個控制存儲器 DACCON 和兩個數(shù)據(jù)寄存器 DACL/H。CPU 核心可以用這個頻率工作，也可以以該頻率分頻后的頻率工作，以降低功耗，減少干擾。c. 時間間隔計數(shù)器(TIC )時間間隔計數(shù)器可用于計量較長的時間間隔，而標(biāo)準(zhǔn) 8051 的定時/計數(shù)器卻不能。 單片機電路部分本次設(shè)計采用 ADuC824，其連接電路圖如圖 34。 充電電路設(shè)計部分 充電電路電源部分該電路屬于降壓扼流圈電路，輸出電壓比輸入電壓低時使用，如圖 35 所示的電路中，220 伏市電經(jīng)變壓器降壓后，由整流器整流和大電容 C1 平滑濾波，作為直流充電電源。電感 L2 的作用是平滑充電電流 [1][7]。由 TL49單片機組成的充電控制回路，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)調(diào)寬電壓變化時，TL494 輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變 MOSFET 的導(dǎo)通時間，達到調(diào)節(jié)、穩(wěn)定輸出電壓的目的，使電池電壓與設(shè)定值保持一致，形成閉環(huán)回路控制。設(shè)定輸入信號是由 TL494 的+5V 基準(zhǔn)電壓源經(jīng)一精密多圈電位器分壓，由電位器滑動端通過濾波電路接入 TL494 的誤差放大器Ⅰ的 V1一反相輸入端。1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 5Jun2022 Sheet of File: J:\于 \PREVIO~ Drawn By:RW433KR15 5KC9C10 +V1 1V12+V216V215COMP3DTC4CT5RT6C18C211OC13VREF14E19E210U2TL494 C111u+5GNDGNDGNDGNDGNDDACURRENT/AIN1GNDPWM圖 38 TL494 控制回路電路 檢測電路檢測電路包括電壓檢測電路、電流檢測電路、溫度檢測電路，由于ADuc824 自帶內(nèi)部溫度傳感器，本節(jié)著重介紹電壓和電流檢測電路。電壓采樣電路的工作原理如圖 49 所示：1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 2Jun2022 Sheet of File: H:\于\BACKUP~ Drawn By:R9100KR1010KU4BOPTOISO1U4AOPTOISO1RW210KR12R11R14270R133KD34007+ +12+5+12+12U2ALM324Vo+VoVin1Vi V3V4 I4 I5I6 V6VOLTAGE/AIN3圖 39 電壓檢測電路輸入電壓：（）10inbatVU???經(jīng)分壓衰減變成 （）109i batR忽略運放的電流，根據(jù)虛地原理，有 所以第一路光藕的輸出34iV? （）512IR由于光藕 和 的原邊電流相同，且 2 個光藕制造工藝相同，所以可近似地4AUB認(rèn)為它們的電流放大倍數(shù)是相同的。 這 類電 阻 器 一 般 采 用 真 空 蒸 發(fā) 工 藝 制 得 ， 即 在 真 空 中 加 熱 合 金 ， 合 金 蒸 發(fā) ， 使 瓷棒 表 面 形 成 一 層 導(dǎo) 電 金 屬 膜 。 這 種電 阻 和 碳 膜 電 阻 相 比 ， 體 積 小 、 噪 聲 低 、 穩(wěn) 定 性 好 ， 但 成 本 較 高 ， 常 常 作 為精 密 和 高 穩(wěn) 定 性 的 電 阻 器 而 廣 泛 應(yīng) 用 ， 同 時 也 通 用 于 各 種 無 線 電 電 子 設(shè) 備 中 。所以， = 。4 智能充電器的軟件設(shè)計充電控制技術(shù)是智能充電器系統(tǒng)中軟件設(shè)計的核心部分。單片機開始先進行一定的初始化，將其各個接口和一些 A/D 轉(zhuǎn)換的使用的寄存器進行初始化。該主程序流程圖如圖 42 所示。該智能充電器在充電結(jié)束時能夠進行自動終止充電，并且蜂鳴器報警提醒用戶充電電池已充滿，充電結(jié)束。并且不斷檢測電池是否已充滿，防止電池的過充現(xiàn)象對電池造成的損害。致 謝大學(xué)四年的最后一個學(xué)期的學(xué)習(xí)生活已經(jīng)緩緩拉下來帷幕，在這一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計制作和學(xué)習(xí)的過程中，我應(yīng)該說是付出了許多，同時也體驗了許多，收獲了許多