【正文】 ，這樣容易造成過充電，容易損壞電池。 上述各種控制方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。 智能充電器的充 電過程 對(duì)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(dú)采用其中的一種充電方式，沒有動(dòng)態(tài)跟蹤電池的實(shí)際狀態(tài)和可接受充電電流大小的技術(shù)，對(duì)鉛酸蓄電池的充電效果不是很理想。 （ 1） 預(yù)充階段 即涓流充電階段 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到蓄電池虧電時(shí)，首先以小電流充電，主充電流一般采用 率： ?預(yù) （ ） 式中 5C ：蓄電池的電池容量 當(dāng)電池電壓升至接近額定電壓（一般取 ）時(shí)，進(jìn)入主充電階段。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，充電過程進(jìn)入下一階段。當(dāng)充電電流降低到浮充電流時(shí)，電池已基本充滿，其中： ?浮 （ ） （ 4） 浮充階段 低壓小電流充電階段，以補(bǔ)充電池的自然放電浮充時(shí)，須將充電電壓穩(wěn)定在蓄電池的額定電壓附近（比主充最高限壓 V要低）。這時(shí)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]。 智能充電器的基本功能如下： （ 1） 通過對(duì)鉛酸蓄電池的電壓，電流進(jìn)行定時(shí)的檢測(cè)，輸入到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)得到的數(shù)值進(jìn)行一系列的處理后輸出到八段碼中，用來告訴用戶充電進(jìn)行到哪個(gè)階段。 （ 2） 單片機(jī)將檢測(cè)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(dá)到更好的充電效果。 針對(duì)上述功能，它的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示： 充 充 充 充充 充 充 充 充 充充 充 充P W M 充 充充 充 充 充 充 充 充充 充 充A D u C 8 2 4充 充 充 充 充 充充 充 充 充 充 充 圖 31 智能充電器的硬件結(jié)構(gòu)框圖 其中單片機(jī)采用了由 AD公司生產(chǎn)的 ADuc824，它內(nèi)含有兩個(gè)獨(dú)立的 A/D轉(zhuǎn)換通道和一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)部還有一個(gè)溫度傳感器，為設(shè)計(jì)外圍電路接口提供了方便。 電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路分別采用將檢測(cè)到的電壓和電流通過放大器和光電藕隔離器進(jìn)行轉(zhuǎn)換使得輸出的電壓和電流能夠滿足單片機(jī)的 +5V電壓范圍。 單片機(jī)部分 ADuC824 的介紹 單片機(jī)選用性價(jià)比較高的 AD公司生產(chǎn)的 ADuC824. ADuC824是 AD公司新推出的高性能單片機(jī)，它在內(nèi)部集成了高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，是目前片內(nèi)資源最豐富的單片機(jī)之一。 （ 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。 ●8051內(nèi)核 可與 8051指令系統(tǒng)兼容 (最高時(shí)鐘頻率 )； 具有 32kHz外部晶振和片內(nèi) PLL； 有 3個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 內(nèi)含 12個(gè)中斷源、 2個(gè)優(yōu)先級(jí)。 ●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(lì)恒流源； 時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器； 2線 (I2C可兼容 )和 SPI串行 I/O； 看門狗定時(shí)監(jiān)視器 (WDT)； 電源供電監(jiān)視器 (PSM)。 圖 32 ADuC824 的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu) ① 雙通道 ∑△ 型 A/D ADuC824 包括兩個(gè)帶有數(shù)字濾波器的 ∑△ ADC 通道 (主通道和輔助通道 )。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。20mV， 177。 等 幾 種量程的輸入。 的輸入范圍。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(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(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。如用戶在 EA 置 0 時(shí)上電或復(fù)位，則芯片執(zhí)行外部程序空間的指令而不能執(zhí)行內(nèi)部 8KFlash/EE 程序存儲(chǔ)器空間的指令。附加的640 字節(jié) Flash/EE 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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。另外， ADuC824 還可通過標(biāo)準(zhǔn)的 UART 串行端口下載源代碼。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，并可通過這種方式進(jìn)行在線編程。它有一個(gè)軌對(duì)軌的電壓輸出緩沖，可驅(qū)動(dòng) 10kΩ/100pF 的負(fù)載。 DAC 有一個(gè)控制存儲(chǔ)器 DACCON 和兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 DACL/H。 ADuC824使用一個(gè) 的外部晶振同時(shí)為 AD 和 CPU 提供時(shí)鐘信號(hào)。 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。以上的頻率選擇保證了 AD 調(diào)制器和 CPU 核心的時(shí)鐘同步。 c. 時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器 (TIC) 時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器可用于計(jì)量較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，而標(biāo)準(zhǔn) 8051 的定時(shí) /計(jì)數(shù)器卻不能。 HOUR、MIN、 SEC、 HTHSEC 分別是時(shí)、分、秒、 1/128 秒的寄存器。 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。為了與平時(shí)學(xué)的 80C51 的 12MHz 的晶振頻率一致 ,且易編程， 我們可以對(duì)片內(nèi) PLL 的控制寄存器 PLLCON 進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn) 12MHz 的晶振頻率 。 充電 電路設(shè)計(jì)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(shí)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。經(jīng)過 PWM 高電平脈沖持續(xù)時(shí)間后， PWM 信號(hào)變低， MOSFET 截止 ，電感 L1 中的電流減小， L1 兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使續(xù)流二極管導(dǎo)通， L1中的存儲(chǔ)電流和電 容 C2存儲(chǔ)電荷向電池充電。電感 L2的作用是平滑充電電流 [1][7]。 TL494 是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的一種電壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制控制集成電路，主要應(yīng)用在各種開關(guān)電源中， TL494 價(jià)格低廉，易購(gòu)得，和分立單元系統(tǒng)相比，在一個(gè)芯片內(nèi)，同時(shí)解決了電流和電壓調(diào)節(jié)器，脈寬調(diào)制，最大電路限制。由 TL49單片機(jī)組成的充電控制回路，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖 36 是它的管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理 圖，其中 1， 2 腳是誤差放大器 I 的同相和反相輸入端 ； 3 腳是相位校正和增益控制； 4 腳為間歇期 調(diào)整，其上加 電壓時(shí)可使截止時(shí)間從 2%線性變化到100%； 5， 6 腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容； 7 腳為接地端； 8， 9 腳和 11， 10 腳分別為 TL494 內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極； 12 腳為電源供電端； 13腳為輸出控制端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，接 14 腳時(shí)為推挽輸出方式；14 腳 為 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流 10mA； 15， 16 腳是誤差放大器 II的反相和同相輸入端。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。 單端輸出時(shí)TL494 的 Q1和 Q2并在一起輸出 PWM 波 ， 如圖 37 所示。設(shè)定輸入信號(hào)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(dòng)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。 在這次的設(shè)計(jì)中只用到了 TL494 的誤差放大器 Ⅰ ，故將誤差放大器 Ⅱ 的 V2+（ 16 腳）接地、 V2（ 15 腳）接高電平 [8][9]。 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。 本設(shè)計(jì)采用精密電阻進(jìn)行比例衰減，把輸入電壓量程范圍轉(zhuǎn)化為 AD 轉(zhuǎn)換器的量程范圍，然后經(jīng) RC 濾波，再送給 AD 轉(zhuǎn)換器測(cè)量。電壓采樣電路的工作原理如圖 49 所示： 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i onS i z eA4D a t e : 2 J un 20 0 9 S he e t o f F i l e : H : \ 圖 \ B A C K U P ~ 21 .D D B D r a w n B y :R910 0 KR 1010KU 4 BO P T O I S O 1U 4 AO P T O I S O 1R W 210KR 125. 1 KR 115. 1 KR 14270R 133KC60. 1 uC80. 0 22 uC70. 1 uD340 0 7++ 12+5+ 12+ 12U 2 AL M 32 4V o +V o V i n 1Vi V3V4I4 I5I6V6V O L T A G E / A I N 3 圖 39 電壓檢測(cè)電路 輸入電壓： 1 0 0in batV V V U??? ? ? （ ） 經(jīng)分壓衰減變成 109 10i batRVURR? ? （ ） 忽略運(yùn)放的電流，根據(jù)虛地原理，有 34iV V V?? 所以第一路光藕的輸出 345 12 12VVI RR?? （ ） 由于光藕 4AU 和 4BU 的原邊電流相同，且 2 個(gè)光藕制造工藝相同，所以可近似地認(rèn)為它們的電流放大倍數(shù)是相同的。 （ 2） 電流檢測(cè) 在檢測(cè)電流時(shí)，電流的取樣通過電阻法取 樣，取樣電流由一個(gè) 100? /2W 的金屬膜電阻完成。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。它的耐熱性、噪聲電勢(shì)、溫度系數(shù)、電壓系數(shù)等電性能比碳膜電阻器優(yōu)良。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)也通用于各種無線電電子設(shè)備中。 電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是檢流電阻會(huì)分壓而影響被檢測(cè)原電路，但本充電電路的被檢測(cè)電流是直流電流，數(shù)值大到數(shù)個(gè)安培。所以， sV = 2inV 。即兩路光藕的輸入輸出電流之比為 3211IIII? （ ） 因?yàn)?A/D 的輸入阻抗很高，所以 215 3 1 2 1 1 266 i