【文章內(nèi)容簡介】 種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá) 15V 的交流信號。 CD4051 的原理圖如圖 4所示： 圖 4 CD4051 的原理圖 單路 電池電壓 采樣的工作原理 單路采樣的原理相對比較簡單，用 AVR 單片機(jī) AD 轉(zhuǎn)換 IO 口直接對輸入的電池模擬電壓進(jìn)行采樣 分析 ，可得出電池端電壓狀態(tài)，從而對電池進(jìn)行 充電或狀 10 態(tài)切換控制。 多路 電池電壓 采樣的工作原理 而多路采樣的情況下， 由于 ATmega16 的 IO 口有限（只有 8 路 AD 轉(zhuǎn)換 IO口）， 電路要求 16 路 AD 采樣，所以應(yīng)用 74HC4051 數(shù)據(jù)選擇器 與 74HC373 配合 ，對各路電池電壓信號進(jìn)行分時采樣，節(jié)約 IO 口資源，提高電路的緊湊性。由于采用統(tǒng)兩路 AD 轉(zhuǎn)換器，對 16 路電芯分別進(jìn)行采樣，所以誤差 相比多 ADC方案 較小。 AD 采樣順序，例如，當(dāng)需要采集模擬一路電壓信息時， C3 高電平 ，選通 U4 工作，使 U4 的 A B C1 端口 輸出 0、 0、 0，選通 U1 模擬 一 路，與U1 輸出數(shù)據(jù)端 X 相通，數(shù)據(jù)送入單片機(jī) ADC0 端口進(jìn)行處理。當(dāng)需要采集模擬二路電壓信息時， C3 高電平 ， 選通 U4 工作，使 U4 的 A B C1 端口輸出 0、0、 1，選通 U1 模擬二路，與 U1 輸出數(shù)據(jù)端 X 相通，數(shù)據(jù)送入單片機(jī) ADC1 端口進(jìn)行處理。余下端口以此類推。對模擬九路采集時，選通 U5，原理與上述芯片 U1 類同。示意圖與詳細(xì)接口見 圖 5： 圖 5 多路采樣的工作原理圖 PB0 (XCK/T0)1PB1 (T1)2PB2 (AIN0/INT2)3PB3 (AIN1/OC0)4PB4 (SS)5PB5 (MOSI)6PB6 (MISO)7PB7 (SCK)8RESET9PD0 (RXD)14PD1 (TXD)15PD2 (INT0)16PD3 (INT1)17PD4 (OC1B)18PD5 (OC1A)19PD6 (ICP)20PD7 (OC2)21XTAL212XTAL113GND11PC0 (SCL)22PC1 (SDA)23PC2 (TCK)24PC3 (TMS)25PC4 (TDO)26PC5 (TDI)27PC6 (TOSC1)28PC7 (TOSC2)29AREF32AVCC30GND31PA7 (ADC7)33PA6 (ADC6)34PA5 (ADC5)35PA4 (ADC4)36PA3 (ADC3)37PA2 (ADC2)38PA1 (ADC1)39PA0 (ADC0)40VCC10U3ATmega16LRSTC21104C20104C19104L3 VCCD0D1D2D3D4D5D6D7ERS10KR110KR2GNDc1c2OC1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U474F373c3X013X114X215X312X41X55X62X74INH6A11B10C9VEE7X3U14051X013X114X215X312X41X55X62X74INH6A11B10C9VEE7X3U54051GND模擬 1模擬 2模擬 3模擬 4模擬 5模擬 6模擬 7模擬 8模擬 9模擬 10模擬 11模擬 12模擬 13模擬 14模擬 15模擬 16A1A2B1B2C1C212Y8MA1A2B1B2C1C2c3 11 液晶屏 1602 顯示部分 液晶屏 1602 是工業(yè)字符型 LCD，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符（ 16 列2 行 ）。 它具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。采用 +5V 電壓，對比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令 ， 如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能，有 80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM，內(nèi)建有 192 個 5X7 點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM， 8 個可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM。 1602 識別的是ASCII 碼，可以直接用 ASCII 碼賦值， 采用串口對 1602 寫入數(shù)據(jù)，應(yīng)用簡單直接。 這里是充電電路全圖的 1602 液晶屏部分 ，圖 6： 圖 6 LCD1602 液晶屏電路圖 恒流恒壓切換部分 設(shè)計 該部分采用兩個繼電器，分別控制充電電路接通和斷開狀態(tài)以及恒流恒壓充電切換狀態(tài)。采用三極管驅(qū)動繼電器，繼電器吸合，接通對應(yīng)觸點。兩組對應(yīng)出點控制電池的電源接通與恒流恒壓切換。 這里，將其一路充電控制原理描述如下，其余 15 路控制原理于此類同。 當(dāng) 1Q 輸入高電平時，對應(yīng)三極管導(dǎo)通， K1 閉合，充電電路開始對電池進(jìn)行恒流充電；當(dāng) Q17 輸入高電平時，對應(yīng)三極管帶動 K2動作，將電池充電電路切換至恒壓充電狀態(tài)。具體充電電路如圖 7 所示： R/W5VSS1VDD2VL3R/S4D07E6D18D29D310D411D512D613D714BLA15BLK161602VCCD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7ERSVCCRP110k 12 圖 7 恒流恒壓切換電路圖 過熱 保護(hù)部分 此充電電路設(shè)計有過熱保護(hù)功能，當(dāng) 溫度超過設(shè)定閾值 60℃ 時，電路會自動切斷所有充電電源，保護(hù)電池和設(shè)備安全。電路如圖所示，熱敏電阻 PTC 應(yīng)安置在充電電池組中，溫度過高時，電阻阻值變大，抬高 TEMP 端電壓；此時由單片機(jī) AD 轉(zhuǎn)換口采樣的電壓信號達(dá)到閾值，立即對充電電路發(fā)出斷開信號，實現(xiàn)斷電動作。 詳細(xì)電路見圖 8： 圖 8 過熱保護(hù)電路圖 4 AVR 單片機(jī)軟件設(shè)計要求 AVR 單片機(jī)的軟件程序應(yīng)滿足 及時準(zhǔn)確的要求，電壓采樣要求達(dá)到一定精VCCPTC1R110KGNDTEMP200200NPNBatteryK1VCCGNDVCCGNDNPNGND1QK2GNDq17電流源 13 度，控制速度快。 AVR 單片機(jī)程序設(shè)計要求 （ 1）恒流恒壓切換要求 ：恒流充電階段充電很快，電流大，所以，當(dāng)電池達(dá)到電壓臨界點時，充電狀態(tài)切換要求及時準(zhǔn)確 。 （ 2） 進(jìn)入恒壓階段要求 ： 根據(jù)電池性能要求，一般經(jīng)過 2 小時恒壓充電，電池就可以充滿，所以這里對恒壓充電進(jìn)行定時設(shè)置，從開始恒壓充電，定時 2小時后斷開充電電路，提示電池以充滿。 AVR 單片機(jī)程序流程圖 單片機(jī)的程序作用就是控制充電電路按照設(shè)計要求 執(zhí)行控制。首先，上電開機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行初始化程序操作；然后開始檢測電視電壓是否正常（其值應(yīng)為~ 之間），如果電壓不正常，電路或執(zhí)行報警操作，反之，電路進(jìn)入恒流充 電狀態(tài)，隨即對每節(jié)電池依次檢測電壓是否達(dá)到 ，未達(dá)者繼續(xù)恒流充電，達(dá)到 的立即輸出動作信號切換至恒壓充電。對恒壓充電的電池，充電 2 小時候，斷開電路，發(fā)出提示信號，告訴用戶電池已充滿。 見圖 9： 圖 9 AVR 單片機(jī)程序流程圖 14 模塊化的程序 AVR 單片機(jī)的程序采用 C 語言編寫，程序可分為四大部分，包括主程序，AD 采樣子程序，液晶顯示子程序，延時子程序。主程序高速循環(huán)掃描，對每節(jié)電池進(jìn)行循環(huán)短間隔檢測，可以達(dá)到實時檢測效果。 首先，對端口進(jìn)行配置，先配飾輸出與控制端口，再進(jìn)行 AD 端口配置，隨后進(jìn)行 的事情初始化程序，LCD1602 液晶模塊初始化， LCD1602 模塊清屏，最后進(jìn)入充電管理功能程序塊，開始正式工作。對電池電壓進(jìn)行采樣，采出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過 LCD1602液晶顯示出來；判斷電壓是否正常，正常的話，控制驅(qū)動電路進(jìn)行恒流充電，如果不正常，報警并顯示錯誤；當(dāng)電池達(dá)到恒壓充電切換點時，自動輸出信號，驅(qū)動電路切換至恒壓充電狀態(tài)；并 控制定時器定時 2 小時進(jìn)行恒壓充電。如此循環(huán)，依次反復(fù)掃描個節(jié)電池， 實現(xiàn)循環(huán)采樣， 實時控制。 主程序詳細(xì)內(nèi)容如下所示： void main(void) { port_init()。 DDRD = 0X07。 PORTD = 0XFF。 DDRC = 0Xff。 PORTC = 0XFF。 time1_init()。 F1602_init()。 F1602_clear()。 while(1) { //key()。 for(i = 0。i 16。i++) { ad = mega16_ad(a)。 ad = ad * 5000 / 1024。 delay(1)。 lcddisplay()。 if( ad ) { PORTD |= 0X10。 PORTC |= 0X01。 PORTD amp。= 0XEF。 } else { PORTD |= 0X10。 PORTC amp。= 0Xfe。 PORTD amp。= 0XEF。 15 } if(ad ) { PORTD |= 0X70。 PORTC = 0X01。 PORTD amp。= 0XFB。 } delay(100)。 } } } AD 采樣子程序 此 AD 采樣是通過 ATmega16 單片機(jī)內(nèi)部 AD 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣的。通過配置內(nèi)部單片機(jī)寄存器，讀出數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理，得出電壓值。 uint mega16_ad(uchar k) { uint addata。 //DDRA amp。= 0XFE。 //PORTA amp。= 0XFE。 DDRA = 0X00。 PORTA = 0X00。 ADMUX = ch[k]。 ADCSRA = 0X80。 ADCSRA |= 0X40。 while(!(ADCSRA amp。 0X10))。 addata = ADCL。 addata = addata + ADCH * 256。 return addata。 } 液晶顯示子程序 LCD1602 通過 D0~D7 的 8 位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。 其顯示調(diào)用指令不同于傳統(tǒng) 51 單片機(jī)，但有很大的相似性，經(jīng)過移植修改，可以 得到適用于 AVR 單片機(jī)的顯示子程序塊。 延時子程序 延時程序的作用較為簡單，主要是為了消除前次數(shù)據(jù)處理的殘存干擾。使充電電路采樣部分工作更加精確和穩(wěn)定。 這里主要有兩個延時程序，一個是毫秒級延時，一個是微秒級延時。 詳細(xì)程序 如下所示： 16 void delay(uint z) { uint i,j。 for(i = 0。i z。i++) for(j = 0。j 135。j++)。 } void delay_us(unsigned int x) { while(x)。 } 保護(hù)電路 保護(hù)電路由定時器控制，每 100ms 對熱敏電阻進(jìn)行一次 AD 采樣，當(dāng)溫度過高時，報警，并斷開所有電池充電電路。 這樣可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，確保充電電路和電池的安全。 5 結(jié)束語 本文介紹了基于 ATmega16 的 磷酸鐵鋰鋰離子電池充電控制電路 。此電路適用于磷酸鐵鋰電池充電，可以能起到 很好的激活電池容量，延長電池壽命的作用，同時相比固化的電池充電 IC 專利技術(shù)方案，此電池充電方案雖存在一些問題和不足，但此方案有成本低 ，可調(diào)整、可定制性強(qiáng)的優(yōu)勢，適合個人和小企業(yè)用戶自行制作調(diào)試。 :其功能 可主要概括如下 : （ 1） 可對磷酸鐵鋰鋰離子電池自動檢測電壓，給出電池是否正常的指示。