【正文】 情況下，均能準(zhǔn)確可靠地控制電池的充電狀態(tài)，目前快速充電器中通常采用包括時(shí)間控制，電壓控制和溫度控制的綜合控制法。 智能充電器的充 電過(guò)程 對(duì)于鉛酸蓄電池來(lái)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(méi)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。根據(jù)鉛酸蓄電池的使用階段及蓄電池的特性，為了進(jìn)一步延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命， 在 長(zhǎng)期使用和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)蓄電池進(jìn)行了四個(gè)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(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 ： ?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。 （ 2） 主充階段 主充階段以恒流方式充電。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 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 15 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。 （ 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(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）。因此，充電電流與主充時(shí)相比很小，但是，由于工作情況的復(fù)雜性，浮充時(shí)也有電流較高的可能（如電池 嚴(yán)重虧電，漏電，負(fù)荷過(guò)重等）。這時(shí)應(yīng)采取限流措施，保持電流不超過(guò)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(jì) 智能充電器的總體設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)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(duì)充電器的要求主要有兩個(gè)方面：其一是要有較高的性能指標(biāo)，如由平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間所表達(dá)的可靠性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度，動(dòng)態(tài)調(diào)整速度及紋波系數(shù)等所表達(dá)的動(dòng) 、 靜態(tài)特性， 其二是要有較為完善的自我檢測(cè)與控制功能，有較高的智能水平 ， 能 對(duì)充電電壓，電流進(jìn)行 檢測(cè) 等。 智能充電器的基本功能如下： （ 1） 通過(guò)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(lái)告訴用戶充電進(jìn)行到哪個(gè)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(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。同時(shí)還 進(jìn)一步 設(shè)置了防止電池過(guò)充以損害電池的裝置。 針對(duì)上述功能，它的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示： 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 16 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。 PWM電路是通過(guò) TL494芯片通過(guò)數(shù)據(jù)的采集輸出一定寬度的脈沖波來(lái)控制電池的充電階段， 從而實(shí)現(xiàn)充電電池的智能型充電。 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(guò)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(bào)警電路是通過(guò)單片機(jī)控制 來(lái) 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(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。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(lèi)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(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 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 17 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。 ●存儲(chǔ)器 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； 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(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)。 ●電源 可用于 3V或 5V操作； 一般情況下為 3mA/3V(核心時(shí)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(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(mén)狗定時(shí)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。 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 18 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 )。主通道用于測(cè)量主傳感器的輸入，這個(gè)通道具有緩沖器，可以接收來(lái)自輸入管腳 Ain1/2和 Ain3/4 的差分信號(hào)。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。主通道可通過(guò)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(hào)的輸入，例如冷 端二極管或熱敏電阻的輸入，此通道無(wú)緩沖器，只有一個(gè)固定為 177。 的輸入范圍。 AD 通道的設(shè)置和控制是通過(guò)專(zhuān)用寄存器塊 (SFR)中的一組寄存器來(lái)實(shí)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(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 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 19 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。 圖 33 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的配置圖 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 20 ADuC824 的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有分開(kāi)的尋址空間。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。若 EA 被置 0，則從內(nèi)部 8KFlash/EE 開(kāi)始執(zhí)行程序。附加的 640 字節(jié) Flash/EE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是通過(guò)專(zhuān)用寄存器塊 (SFR)中的一組控制寄存器來(lái)間接訪問(wèn)的。 ADuC824 的片內(nèi) Flash/EE 程序存儲(chǔ)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 UART 串行端口下載源代碼。若管腳PSEN 通過(guò)一個(gè)下拉電阻被下拉，芯片則自動(dòng)進(jìn)入串 行下載模式。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。 ③ 其它外設(shè) a. DAC ADuC824 上集成了一個(gè) 12 位電壓輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。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。它有兩個(gè)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(gè)控制存儲(chǔ)器 DACCON 和兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器DACL/H。 b. 片內(nèi) PLL 一般 ∑△ 型 AD 都需外接一個(gè)晶振 ， CPU 工作也需要外部晶振。 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)。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(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。 AD 時(shí)鐘也來(lái)源于 PLL 時(shí)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(shí)鐘同步。 PLL 的控制寄存器是 PLLCON。 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。有六個(gè) SFR 寄存器與 TIC 有關(guān)， TIMECON 是它的控制寄存器， INTVAL 是用戶定時(shí)設(shè)置寄存器，當(dāng) TIC 的計(jì)時(shí)器達(dá)到 INTCVAL 的設(shè)置值時(shí)， TIC 將有一個(gè)主動(dòng)的輸出，此輸出可引發(fā)一個(gè)中斷或使 TIMEON 中的 TII 位置位。 HOUR、 MIN、 SEC、 HTHSEC分別是時(shí)、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(mén)狗定時(shí)器 (WDT)、電源供電監(jiān)視器(PSM)、 SPI 串行接口和 I2C 串行接口等 [6]。 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 21 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。 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