【正文】 .. 15 智能充電器的總體設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案 .......................................................... 15 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 單片機(jī)部分 ................................................................................................................................ 16 ADuC824 的介紹 ......................................................................................................... 16 單片機(jī)電路部分 ........................................................................................................ 21 充電電路設(shè)計(jì)部分 ............................................................................................................... 22 充電電路電源部分 ..................................................................................................... 22 控制電路 ......................................................................................................................... 22 檢測(cè)電路 ......................................................................................................................... 25 4 智能充電器的軟件設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 28 主程序軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................................................... 29 子程序軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................................................... 30 5 結(jié)論 ............................................................................................................................................................. 32 致謝 ..................................................................................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................................... 34 附錄 ..................................................................................................................................................................... 35 附錄 1 總電路圖 ............................................................................................................................... 35 附錄 2 源程序 ..................................................................................................................................... 36 1 緒論 研究背景 早在六、七十年代，西方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家為了保護(hù)環(huán)境就已經(jīng)開(kāi)始研制各種各樣的綠色能源來(lái)代替汽油和柴油，但是，受到蓄電池，電控等關(guān)鍵部件的性能、壽命以及高性能的充放電設(shè)備等的制約，一直未得到長(zhǎng)足的發(fā)展。 充電技術(shù)的發(fā)展概述 對(duì)于鉛酸蓄電池來(lái)講，傳統(tǒng)的充電方式有恒流限壓充電和恒壓限流充電。 （ 2） 恒壓限流充電 恒壓充電初期充電電流很大，隨著充電進(jìn)行，電流逐漸減小，在充電終期只有很小的電流通過(guò)，這樣，在充 電過(guò)程中就不必要調(diào)整電流。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。 2 鉛酸蓄電池的工作原理及充放電過(guò)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(zhuān)業(yè)知識(shí)，為了能夠更好的理解本課題，本 節(jié)將要簡(jiǎn)單介紹 有關(guān)的 鉛酸蓄電池一些知識(shí)。在使用過(guò)程中，容量受放電率、電解液溫度的影響是主要的。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 鉛酸蓄電池的額定容量按 5 小時(shí)連續(xù)放電來(lái)表示，即 C5，例如一個(gè)額定容量 C5為 10Ah 的電池， 充電 5 小時(shí)后，電池完全充滿，則它的充電電流為： 55 CCI ?? （ ） 即它的充電速率為 ；若用 10 小時(shí)就達(dá)到充滿狀態(tài)，則它的充電電流為 5510 C C?? （ ） 即它的充電速率為 。因此在電池充電接近滿充電時(shí)，只能采用低速率充電。 蓄電池的極化現(xiàn)象對(duì)蓄電池的工作是不利的。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(guò)程中發(fā)生鈍化或產(chǎn)生不可逆硫酸鹽化等問(wèn)題，都會(huì)造成使用壽命縮短。 鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛（ Pb），與電解液中的硫酸（ H2SO4）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（ Pb2+），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個(gè)電子（ 2e）。放電時(shí) H2SO4濃度不斷下降，正負(fù)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(dòng)勢(shì)降低。 實(shí)際工作中，可以根據(jù)電解液比重的變化來(lái)判斷鉛酸蓄電池的充電程度 [5]。其中最著名的就是 “安培小時(shí)規(guī)則 ”：充電電流安培數(shù)，不應(yīng)超過(guò)蓄電池待充電的安時(shí)數(shù)。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。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢(shì)較低，充電電流很大，隨著充電的進(jìn)行，電流將逐漸減少，因此，只需簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)。這些方法都是圍繞著最佳充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的，目的就是使其充電曲線盡可能地逼進(jìn)最 佳充電曲線 [2]。 如圖 26 所示， REFLEXTM 充電法的一個(gè)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(gè)階段 [2][14][15][16]。 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。在鉛酸蓄電池充電器中，通常采用電壓控制，最長(zhǎng)充電時(shí)間（定時(shí)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。 （ 2） 電壓負(fù)增量控制 由于電池電壓的負(fù)增量與電池組的絕對(duì)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。 定時(shí)控制 通常用在恒流充電模式中。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，規(guī)定的最高溫度值相對(duì)過(guò)高（ 50℃ ），這樣容易造成過(guò)充電，容易損壞電池。主充時(shí)的充電電流一般采用 ： CI ?主 （ ） 式中 5C ：蓄電池的電池容量 當(dāng)電池電壓升至 均充電壓（一般取 ）時(shí)，進(jìn)行限壓充電，充電過(guò)程進(jìn)入下一階段。 （ 2） 單片機(jī)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一定的處理輸出到硬件上，通過(guò) PWM脈沖寬度來(lái) 調(diào)整 充電的階段 的電流和電壓 ，以達(dá)到更好的充電效果。 （ 1） ADuC824的性能特點(diǎn) ADuC824是一個(gè)片內(nèi)資源非常豐富的單片機(jī)，各種片內(nèi)資源都有其獨(dú)自的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)如下： ●高分辨率 ∑△ ADCS 有兩個(gè)獨(dú)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/ 18位有效分辨率。在緩沖器意味著可處理較高內(nèi)阻的信號(hào)源，而且可在輸入通道前加入模擬 RC 濾波器。其名稱(chēng)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(cuò)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(guò)調(diào)節(jié)濾波器參數(shù)來(lái)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(gè) 200μA恒漢源，可緞帶外接變送器提供激勵(lì)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(chǔ)器結(jié)構(gòu) ADuC824 的片內(nèi)存儲(chǔ)器包括 8K 字節(jié)片內(nèi) Flash/EE程序存儲(chǔ)器、 640 字節(jié)片內(nèi) Flash/EE 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 256 字節(jié)片內(nèi) RAM。當(dāng)設(shè)備連接正確時(shí) 源代碼將自動(dòng)載入到程 序存儲(chǔ)器，并可通過(guò)這種方式進(jìn)行在線編程。 CPU 核心可以用這個(gè)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。 單片機(jī)電路 部分 本次設(shè)計(jì)采用 ADuC824，其連接 電 路圖如圖 34。電感 L2的作用是平滑充電電流 [1][7]。當(dāng)調(diào)寬電壓變化時(shí)，TL494 輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變 MOSFET 的導(dǎo)通時(shí)間，達(dá)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。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eA4D a t e : 5 J u n 20 09 S he e t o f F i l e : J : \ 圖 \ P R E V I O ~ 1 3. D D B D r a w n B y :R W 43 3KR 155KC90 .1 uC 100 .1 u+ V 11 V 12+ V 216 V 215C O M P3D T C4CT5RT6C18C211OC13V R E F14E19E210U2T L 4 94C 111u+5G N DG N DG N DG N DG N DDAC U R R E N T / A I N 1G N DP W M 圖 38 TL494 控制回路電路 檢測(cè)電路 檢測(cè)電路包括電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)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(cè)電路。這類(lèi)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。所以， sV = 2inV 。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(shí)也通用于各種無(wú)線電電子設(shè)備中。電壓采樣電路的工作原理如圖 49 所示：