【正文】 期使用和經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上，對蓄電池進(jìn)行了四個階段的充電以達(dá)到最優(yōu)的效果。 （ 1） 預(yù)充階段 即涓流充電階段 當(dāng)系統(tǒng)檢測到蓄電池虧電時，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，進(jìn)入主充電階段。 （ 2） 主充階段 主充階段以恒流方式充電。主充時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，進(jìn)行限壓充電，充電過程進(jìn)入下一階段。 （ 3） 均充階段 即恒壓充電階段 隨著限壓充電的進(jìn)行，電池電流也隨之逐漸 降 低。當(dāng)充電電流降低到浮充電流時，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，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）。因此，充電電流與主充時相 比很小，但是，由于工作情況的復(fù)雜性，浮充時也有電流較高的可能（如電池 嚴(yán)重虧電，漏電，負(fù)荷過重等）。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]。 3 智能充電器的硬件設(shè)計 智能充電器的總體設(shè)計要求及設(shè)計方案 鉛酸蓄電池充電器性能的優(yōu)劣直接 影響充電電池的使用壽命 ，用戶對充電器的要求主要有兩個方面：其一是要有較高的性能指標(biāo)，如由平均無故障運(yùn)行時間所表達(dá)的可靠性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度，動態(tài)調(diào)整速度及紋波系數(shù)等所表達(dá)的動 、 靜態(tài)特性， 其二是要有較為完善的自我檢測與控制功能，有較高的智能水平 ， 能 對充電電壓，電流進(jìn)行 檢測 等。 智能充電器的基本功能如下： （ 1） 通過對鉛酸蓄電池的電壓，電流進(jìn)行定時的檢測，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)行到哪個階段。直到充電結(jié)束蜂 鳴 器發(fā)聲，提醒用戶充電已完成。 （ 2） 單片機(jī)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(dá)到更好的充電效果。同時還 進(jìn)一步 設(shè)置了防止電池過充以損害電池的裝置。 針對上述功能，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)含有兩個獨立的 A/D轉(zhuǎn)換通道和一個 D/A轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)部還有一個溫度傳感器，為設(shè)計外圍電路接口提供了方便。 PWM電路是通過 TL494芯片通過數(shù)據(jù)的采集輸出一定寬度的脈沖波來控制電池的充電階段， 從而實現(xiàn)充電電池的智能型充電。 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(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。 顯示和報警電路是通過單片機(jī)控制 來 顯示電池組當(dāng)前的 充電狀態(tài)，提 示 用戶當(dāng)前進(jìn)入的狀態(tài) 。 單片機(jī)部分 ADuC824 的介紹 單片機(jī)選用性價比較高的 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。它將 8051內(nèi)核、兩路 24位 +16位 ∑△ A/D、 12位 D/A、 FLASH、 WDT、 μP監(jiān)控電路、溫度傳感器、 SPI和 I2C總線接口等豐富資源集成于一體，體積小、功耗低、非常適合用于各類智能儀表、智能傳感器、變送器和便攜式儀器等領(lǐng)域。 （ 1） ADuC824的性能特點 ADuC824是一個片內(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/ 18位有效分辨率。 ●存儲器 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； 256字節(jié)片內(nèi) RAM。 ●8051內(nèi)核 可與 8051指令系統(tǒng)兼容 (最高時鐘頻率 )； 具有 32kHz外部晶振和片內(nèi) PLL； 有 3個 16位定時 /計數(shù)器； 內(nèi)含 12個中斷源、 2個優(yōu)先級。 ●電源 可用于 3V或 5V操作； 一般情況下為 3mA/3V(核心時鐘頻率為 )； 掉電保持電流為 20μA(32kHz的晶振運(yùn)行頻率 )。 ●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 (I2C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)。 （ 3） ADuc824的結(jié)構(gòu) ADuc824的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖 32所示。 圖 32 ADuC824 的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu) ① 雙通道 ∑△ 型 A/D ADuC824 包括兩個帶有數(shù)字濾波器的 ∑△ ADC 通道 (主通道和輔助通道 )。主通道用于測量主傳感器的輸入，這個通道具有緩沖器，可以接收來自輸入管腳Ain1/2 和 Ain3/4 的差分信號。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。主通道可通過調(diào)節(jié)編程放大器的增益而接收 177。20mV， 177。40mV， 177。 等 幾 種量程的輸入。輔助通道用于接收輔助信號的輸入，例如冷 端二極管或熱敏電阻的輸入，此通道無緩沖器，只有一個固定為177。 的輸入范圍。 AD 通道的設(shè)置和控制是通過專用寄存器塊 (SFR)中的一組寄存器來實現(xiàn)的。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。 圖 33 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中的配置圖 ADuC824 的程序和數(shù)據(jù)存儲器有分開的尋址空間。如用戶在 EA 置 0 時上電或復(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 程序存儲器空間的指令。若 EA 被置 0，則從內(nèi)部 8KFlash/EE 開始執(zhí)行程序。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。 ADuC824 的片內(nèi) Flash/EE 程序存儲器可用兩種模式進(jìn)行編程：即在線串行下載和并行編程。另外， ADuC824 還可通過標(biāo)準(zhǔn)的 UART 串行端口下載源代碼。若管腳 PSEN 通過一個下拉電阻被下拉，芯片則自動進(jìn)入串 行下載模式。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(jìn)行在線編程。 ③ 其它外設(shè) a. DAC ADuC824 上集成了一個 12 位電壓輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。它有一個軌對軌的電壓輸出緩沖，可驅(qū)動 10kΩ/100pF 的負(fù)載。它有兩個輸出范圍： 0 到 VREF 和 0到 AVDD，能以 8 位或 12 位模式工作。 DAC 有一個控制存儲器 DACCON 和兩個數(shù)據(jù)寄存器 DACL/H。 b. 片內(nèi) PLL 一般 ∑△ 型 AD 都需外接一個晶振 ， CPU 工作也需要外部晶振。 ADuC824使用一個 的外部晶振同時為 AD 和 CPU 提供時鐘信號。片內(nèi) PLL 以倍速鎖存 (3216 倍 )方式為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 的時鐘信號。 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。 AD 時鐘也來源于 PLL 時鐘，其調(diào)制速度和晶振頻率相同。以上的頻率選擇保證了 AD 調(diào)制器和 CPU 核心的時鐘同步。 PLL 的控制寄存器是 PLLCON。 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。有六個 SFR 寄存器與 TIC 有關(guān)， TIMECON 是它的控制寄存器， INTVAL是用戶定時設(shè)置寄存器，當(dāng) TIC 的計時器達(dá)到 INTCVAL 的設(shè)置值時， TIC 將有一個主動的輸出，此輸出可引發(fā)一個中斷或使 TIMEON 中的 TII 位置位。 HOUR、MIN、 SEC、 HTHSEC 分別是時、分、秒、 1/128 秒的寄存器。 ADuC824 的外設(shè)還包括片內(nèi)溫度傳感器、門狗定時器 (WDT)、電源供電監(jiān)視器 (PSM)、 SPI 串行接口和 I2C 串行接口等 [6]。 單片機(jī)電路 部分 本次設(shè)計采用 ADuC824，其連接 電 路圖如圖 34。 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 :Q1N P NR 172KA V D DP 1. 2P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P 3. 2P 3. 4A G N DD V D DP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 7P 0. 6EAX T A L 1P 2. 0R E S E TX T A L 2D G N DabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PC 121 0uR 181 0KG N D+5+5DAC U R R E N T / A I N 1V O L T A G E / A I N 32 20 X 853910111218226344344454849505152284015323321D V D DP 2. 0A D U C 82 4U31 2P1 2PG N DV R E F +V R E F D V D DD V D D2048D G N DD G N D35471 00 n1 00 n873 2. 7 66 K H ZX T A L 1X T A L 2G N DC S 9 01 3B U Z Z E R+5 圖 34 單片機(jī)連接電路 由于本單片機(jī)采用的是 ADuC824，其使用的是一個外部晶振為 頻率的時鐘為 CPU 提供時鐘周期， 片內(nèi) PLL 以倍速鎖存 (3216 倍 )方式為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 的時鐘信號。為了與平時學(xué)的 80C51 的 12MHz 的晶振頻率一致 ,且易編程， 我們可以對片內(nèi) PLL 的控制寄存器 PLLCON 進(jìn)行軟件設(shè)計來實現(xiàn) 12MHz 的晶振頻率 。 當(dāng)電壓檢測量 VOLTAGE/AIN3 和電流檢測量 CURRENT/AIN1 送入到單片機(jī)的兩個獨立的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，單片機(jī)將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)而進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)分析，確定充電進(jìn)入 充電四個階段的 哪個階段，同時將轉(zhuǎn)化的數(shù)字量通過數(shù)模轉(zhuǎn)換送到 TL494 的放大器的同相輸入端 DTC， 單片機(jī)在確定充電進(jìn)入哪個階 段后，將通過 P0 口