【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 池組中各單體電池的最高充電電壓也有差別，因此采用這種方法不可能非常準(zhǔn)確地判斷電池己足充電。 電壓負(fù)增量 (－ △ V)：由于電池電壓的負(fù)增量與電池組的絕對(duì)電壓無(wú)關(guān)，而且不受環(huán)境溫度和充電速率等因素影響，因此可以比較準(zhǔn)確地判斷電池己充足電。這種控制方法的缺點(diǎn)是： ① 從多次快速充電實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電池充足電之前，也有可能出現(xiàn)局部電壓下降的情況，使電池在未充足電時(shí)，由于檢測(cè)到了負(fù)增量而停止快充； ② 鎳鎘電池充足電后，電池電壓要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間，才出現(xiàn)負(fù)增量，此時(shí)過(guò)充電較嚴(yán)重，此時(shí)電池的溫度較高，對(duì)電池有所損害。因此，這種控制方法主要適用于鎳鎘電池。 電壓零增量 (△ V)：鋰電池充電器中，為了避免等待出現(xiàn)電壓負(fù)增量的時(shí)間過(guò)久而損壞電池，通常采用 0△ V控制法。這種方法的缺點(diǎn)是：未充足電以前，電池電 壓在某一段時(shí)間內(nèi)可能變化很小，若此時(shí)誤認(rèn)為 0△ V出現(xiàn)而停止充電，會(huì)造成誤操作。為此，目前大多數(shù)鋰電池快速充電器都采用高靈敏 0△ V檢測(cè)，當(dāng)電池電壓略有降低時(shí)，立即停止快速充電。 (3)電池溫度控制 為了避免損壞電池，電池溫度上升到規(guī)定數(shù)值后，必須立即停止快速充電。常用的溫度控制方法有： 最高溫度 (TMAX)：充電過(guò)程中，通常當(dāng)電池溫度達(dá)到 40℃ 時(shí)，應(yīng)立即停止快速充電，否則會(huì)損害電池。電池的溫度可通過(guò)與電池裝在一起的熱敏電阻來(lái)檢測(cè)。這種方法的缺點(diǎn)是熱敏電阻的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，溫度檢測(cè)有一定滯后。 溫度變化率 (△ T/△ t)：充電電池在充電的過(guò)程中溫度都會(huì)發(fā)生變化，在充足電后， 12 電池溫度迅速上升，而且上升速率 △ T/△ t基本相同，當(dāng)電池溫度每分鐘上升 1℃ 時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即終止快速充電。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，由于熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系是非線性的，因此，為了提高檢測(cè)精度應(yīng)設(shè)法減小熱敏電阻非線性的影響。 采用溫度控制法時(shí)，由于熱敏電阻響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，再加上環(huán)境溫度的影響，因此，不能準(zhǔn)確的檢測(cè)電池的充足電狀態(tài)。 (4)綜合控制法 以上各種控制方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：由于存在電池個(gè)體的差異和個(gè)別的特殊電池，若只采用一種方法，則會(huì)很難保證電池較好的充電。為了保 證在任何情況下均能可靠的檢測(cè)電池的充足電狀態(tài)，可采用具有定時(shí)控制、溫度控制和電池電壓控制功能的綜合控制法。 鑒于定時(shí)控制、溫度控制、最高電壓控制等單獨(dú)作為終止條件使用的局限性，有的系統(tǒng)中鋰電池的充電終止也采用綜合控制法。鋰電池是以零增量檢測(cè)為主，時(shí)間、溫度和電壓檢測(cè)為輔的方式。系統(tǒng)在充電過(guò)程檢測(cè)有無(wú)零增量 (△ V)出現(xiàn)，作為判斷電池已充滿(mǎn)的正常標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)判斷充電時(shí)間、電池溫度及端電壓，是否已超過(guò)預(yù)先設(shè)定的保護(hù)值作為輔助檢測(cè)手段。當(dāng)電池電壓超過(guò)檢測(cè)門(mén)限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)有無(wú)零增量出現(xiàn)，若出現(xiàn) △ V，則認(rèn)為電池正常充滿(mǎn) ，進(jìn)入浮充維護(hù)狀態(tài)；在充電過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)一直判斷充電時(shí)間、電池溫度及端電壓是否己到達(dá)或超過(guò)了充電保護(hù)條件。若其中有一個(gè)條件滿(mǎn)足，系統(tǒng)會(huì)終止現(xiàn)有充電方式，進(jìn)入浮充維護(hù)狀態(tài)。 4 鋰電池充電器硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)電路部分 1． AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀 存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 系列 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。如圖 14 13 圖 14 存儲(chǔ)器 (1)主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 (2)管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼 輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 14 并因此作為輸入時(shí)， P2 口 的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 ―1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 （ ILL） 這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 2 所示： 表 口管腳 備選功能 （串行輸入口） （串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0 （記時(shí)器 0 外部輸入） T1 （記時(shí)器 1 外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器 復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器 （ 0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源 （ VPP） 。 15 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 (3)振蕩器特性 ： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 (4)芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 2． AT89C2051 AT89C2051 單片機(jī)是 51 系列單片機(jī)的一個(gè)成員，是 8051 單片機(jī)的簡(jiǎn)化版。內(nèi)部自帶 2K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 COMS 八位微處理器，與 Intel MCS51 系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位 CPU 和閃速存儲(chǔ)器結(jié)合在單個(gè)芯片中，因此， AT89C2051 構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、造價(jià)最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的 RAM、 ROM 和接口器件，減少了硬件開(kāi)銷(xiāo)，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比。 AT89C2051 是一個(gè)有 20 個(gè)引腳的芯片，引腳配置與 8051 相比， AT89C2051 減少了兩個(gè)對(duì)外端口（即 P0、 P2 口），使它最大可能地減少了對(duì)外引腳下，因而芯片尺寸有所減小 。 AT89C2051 芯片的 20 個(gè)引腳功能為： VCC 電源電壓。 GND 接地。 RST 復(fù)位輸入。當(dāng) RST 變?yōu)楦唠娖讲⒈３?2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有 I/O 引腳復(fù)位至 “ 1” 。 XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2 來(lái)自反向振蕩放大器的輸出。 P1 口 8 位雙向 I/O 口。引腳 ～ 提供內(nèi)部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。 和 需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入 （ AIN0） 和反向輸入 （ AIN1） ， P1 口 輸 16 出緩沖器能接收 20mA 電流，并能直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示器； P1 口引腳寫(xiě)入 “ 1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗(yàn)期間， P1 口也可接收編碼數(shù)據(jù)。 P3 口 引腳 ～ 與 為 7 個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向 I/0 引腳。 在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用 I/O 引腳訪問(wèn)。 P3 口的輸出緩沖器能接收 20mA的灌電流； P3 口寫(xiě)入 “ 1” 后，內(nèi)部上拉，可用輸入。 P3 口也可用作特殊功能口，其功能見(jiàn)表 1。 P3 口同時(shí)也可為閃速存儲(chǔ)器編程和編程校驗(yàn)接收控制信號(hào)。 電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路部分 耦合器（ optical coupler，英文縮寫(xiě)為 OC）亦稱(chēng) 光電隔離器 ，簡(jiǎn)稱(chēng)光耦，是開(kāi)關(guān)電源電路中常用的器件。 耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類(lèi)最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（ LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn) 生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電 —光 —電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。 本次設(shè)計(jì)選擇了 6N137 光耦合器 ： 6N137 光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè) 850 nm 波長(zhǎng)AlGaAs LED 和一個(gè)集成檢測(cè)器組成，其檢測(cè)器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開(kāi)路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離， LSTTL/TTL 兼容，高速 (典型為 10MBd)， 5mA 的極小輸入電流。 特性： ①轉(zhuǎn)換速率高達(dá) 10MBit/s。 ②擺率高達(dá) 10kV/us。 ③扇出系數(shù)為 8。 ④邏輯電平輸出 。 ⑤集電極開(kāi)路輸出 。 工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平： 250uA 最大輸入電流，高電平： 15mA 最大允許低電平電壓 (輸出高 )： 最大允許 高電平電壓： Vcc 最大電源電壓、輸出： 扇出 (TTL 負(fù)載 )： 8 個(gè) (最多 ) 工作溫度范圍： 40176。 C to +85176。 C 典型應(yīng)用：高速數(shù)字開(kāi)關(guān)，馬達(dá)控制系統(tǒng)