基于51单片机的智能快速充电器设计

1. 简介

此控制系统设计用于120w智能快速调节电源.

快速充电器是为陆军在野外条件下工作而开发的，因此需要具有体积小，重量轻，智能化，操作简便等优点. 同时，它还提出了可靠性和可靠性. 电源的抗干扰性高要求. 有两种工作模式: 稳压电源和充电. 当电源恒定时，它输出恒定的24V电压. 处于充电状态时，有四种充电方法: 定期充电，快速充电，电池浮动和电池训练，可以为镍镉和镍氢电池充电.

2. 控制系统总体设计要求

根据实际情况，该控制系统应完成以下功能:

（1）可以自动识别电池类型（镍镉电池，镍氢电池，锂电池）.

（2）有两种工作模式: 稳压电源和充电.

（3）采用快速充电终止方法，例如最大电压Vmax，最高温度Tmax，最大充电时间tmax，负电压增加-△V，温度变化率△T /△t.

（4）具有输入交流过压保护，输出直流过流保护，过充电保护等.

（5）上电后，可以自动检测整个供电系统，并有故障报警.

（6）具有电池开路，短路，反向连接保护.

（7）具有软硬件结合的双重保护功能.

（8）良好的抗干扰能力.

3. 统一硬件电路的设计

3.1AT89S52微控制器介绍

AT89S52是ATMEL开发的通用单片机. 它基于AT89S51微控制器定义了P1端口的第二个功能，它具有六个外部中断，三个定时器/计数器和四个全双工串行通信端口. 它在命令上还与AT89S51兼容，适用于监视. 该系统更加适用.

3.2基于AT89S52的监控系统的硬件电路设计

根据以上系统设计要求，设计了如图1所示的监控系统.

图1 AT89S52监控系统框图

（1）微处理器: AT89S52非常适合控制. 他的主要结构和功能已在之前介绍过. 为了满足接口电路的需求，锁存器驱动电路通常连接在输出端口. 在这里我们使用SN74HC573.

（2）电压-频率转换装置: 将模拟电压转换为频率值. 这是一种A / D转换方法. 采样输出电压U0，并通过电压-频率转换装置将其传输到单片机. 使用了美国国家半导体的LM331.

（3）输出控制电路: 通过电阻解码网络将单片机的输出控制信号转换为模拟电压值，控制电压电流比较器的参考值，实现对电压的控制. 电源电路.

（4）上电复位电路: 为防止单片机程序飞走和死锁，我们使用MAXIM的MAX813L系统监视集成芯片来监视单片机. 该芯片具有看门狗电路和阈值检测器，手动复位等功能.

（5）输入控制和数字显示电路: 包括按钮和显示部分. 通过简单的按钮选择，即可实现操作模式的选择，复位和故障显示. 显示部分使用SN74HC573来驱动两个8位七段LED显示器；同时通过发光二极管和蜂鸣器提示运行状态.

（6）保护报警电路: 通过硬件电路实现保护，向单片机的中断引脚发送脉冲信号，触发中断程序以实现保护，并触发蜂鸣器报警.

下面介绍该系统中的一些关键电路

3.2.1恒压恒流模块

恒压恒流电路是整个智能充电器的关键部分. 电路结构如图2所示. 恒流恒压电路由SR12单片机的片上模拟电路模块和片外MOSFET开关管，肖特基二极管，滤波电感和滤波电容器组成. . 模拟电路模块是SR12的独特组件. 图3是其结构的框图. 它由一个输入多路复用器，两组温度传感器Rsense0.01Ω可编程放大器，片上温度传感器，电流检测电路等组成. 可编程放大器的总放大倍率为1〜256. 可以选择放大器的输入作为两个模拟输入引脚（ATD0，ATD1），片上温度传感器和模拟接地输入（VSSAM）. 可以在ATD0和VSSAM之间连接一个电流检测电阻，以测量外部电流. 它还连接到电流检测电路，该电路可以在电流超过指定值时产生中断并输出信号.

图2恒压恒流电路

3.2.2排放模块

快速充电的硬件电路图如下

图3放电器电路的一部分

快速充电的原理是通过电池两端的连续充电和放电来提高充电效率，从而减少充电时间. 放电器部分使用电压比较器来设置引脚5的参考电压基于51单片机控制的智能充电器设计，引脚6通过二极管和电阻器连接到微控制器，微控制器接受外部控制命令，计数器控制TDIS端子的电平. 比较器的输出使用两个晶体管级联以改善静态工作点.

快速充电时，AT89S52 MCU必须连续检查以下关键技术指标: 电路是否断开，电池是否不平衡，电池是否达到指定的安全电压，电池温度是否过高以及是否电池符合-△V或△T /△t条件.

电压-频率转换器本质上是一个A / D转换器. 上图是由LM331N组成的电压-频率转换电路，它将输出电压信号转换成频率，连接到单片机的计数器接口，并通过计数器的计数来计算输出电压的大小. 这种类型的电压-变频器的V / F转换公式为:

4. 系统软件设计

图4软件流程图

主程序流程图如图2所示. 系统上电复位后，首先初始化MCU，芯片和控制状态. 然后设置输出控制端口的电压阈值，读取输出电压的值以确定系统是否正常，如果正常，则进入功能设置模块，否则转故障处理；进入功能控制模块后，用户可以通过按钮设置系统的工作状态，无论是供电方式还是充电方式. 然后按确定按钮，系统进入相应的工作模式. 如果是电源模式，则单片机将实时监视主要参数. 如果发现故障，过电流或过电压，则将其传送到故障处理模块. 如果不是，请继续监视. 如果处于充电模式，则在插入电池后系统将监视连接是否反向，然后发出警报，否则它将进入充电状态. 在此过程中，故障检测过程与电源模式相同，但是充电模块具有充电终止算法和计时算法. 两者都是判断电池是否充满电的算法.

5. 结论

以AT89S52单片机为核心的智能充电器制成后，经过半年的调试和运行基于51单片机控制的智能充电器设计，各项指标基本达到了设计要求. 由于生产过程中各模块功能的充分利用，充电器的集成度大大提高，从而降低了

该体积更有利于在野外工作，并提高了系统的可靠性.

参考文献:

[1]周杭慈. 单片机应用编程技术[M]. 北京: 北京航空航天出版社，1991.

[2]周杭慈. 单片机编程基础[M]. 北京: 航空航天大学出版社，1999.

[3]胡汉才. 单片机的原理与接口技术［Ｍ］. 北京: 清华大学出版社，1996.

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