電動車智能充電器設(shè)計

王 瑩 ，許洋洋

(鄭州華信學(xué)院,河南新鄭,451150）

0 引言

如今，隨著越來越多的電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術(shù)的持續(xù)進步也要求更復(fù)雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間、達到最大的電池容量，并防止電池損壞。本文的主要研究目標為實現(xiàn)在充電過程中對電壓、電流、溫度等參數(shù)的檢測，具有充電狀態(tài)、時間等顯示功能，具有過欠壓、過欠流及超溫等情況的處理和報警等。

1 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

1.1 AT89C52的功能特點

AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。

AT89C52是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。

1.2 ADC0809模塊的簡介及原理

ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。START為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。其工作過程：（1）ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機直接相連。（2）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。（3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4）在ST端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號。（5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。（6）當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。

1.3 按鍵控制電路設(shè)計

本方案中采用獨立按鍵控制。其中，按鍵1功能為選擇性顯示電池的充電時間、電壓、電流、溫度；按鍵2功能為電池充電模式的選擇。

1.4 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計

該設(shè)計方案采用四位數(shù)碼管顯示超聲波測出障礙物的距離。由于在該系統(tǒng)設(shè)計中I/O口較為緊張，故采用數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，P1口段選，P2口低三位接譯碼器控制位選，從而達到以少的I/O接口，實現(xiàn)1—8位的數(shù)碼管動態(tài)顯示。

1.5 報警電路設(shè)計

本方案設(shè)有溫度、過壓、過流報警功能，即電池溫度、充電電流、電壓超標時，提示用戶采取相應(yīng)措施。由AT89C52的P2.7提供蜂鳴器的控制信號。

2 系統(tǒng)的軟件電路設(shè)計

2.1 系統(tǒng)軟件的功能要求

根據(jù)電動車電池的充放電特點，研究充電控制技術(shù)，編寫以單片機為核心的電動車智能充電器的控制程序，實現(xiàn)智能充電。按照充電過程電壓、電流、溫度及充電時間的變化，實現(xiàn)充電自動控制，從而延長電池使用壽命。其主要研究目標為：

（1）實現(xiàn)在充電過程中對電壓、電流、溫度等參數(shù)的檢測。

（2）具有充電狀態(tài)、時間等顯示功能。

（3）具有過欠壓、過欠流及超溫等情況的處理和報警。

（4）以及對充電過程的不同階段編寫相應(yīng)的控制算法。

該系統(tǒng)中對電壓、電流的調(diào)節(jié)是通過搭建三種不同的電路實現(xiàn)的，分別為預(yù)充電、恒壓充電、恒流充電。A/D采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過AT89C52單片機的判斷選擇不同的充電電路；系統(tǒng)的顯示部分采用的數(shù)碼管動態(tài)顯示。為保證其顯示效果亮度均勻，需要準確的設(shè)定其數(shù)碼管掃描時間；同時在系統(tǒng)中加入報警程序，溫度過高就報警。程序設(shè)計時將定時/計數(shù)器T0，設(shè)定為6位計數(shù)器、工作方式2，單獨用來對A/D發(fā)送脈沖；將定時/計數(shù)器T1，設(shè)定為16位定時器、工作方式1，用來控制鍵盤掃描周期、數(shù)碼管的掃描周期和時間計數(shù)等。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖1-1所示。

1-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1-1 Structure diagram of the power control unit test system

2.2 系統(tǒng)軟件的各功能軟件程序設(shè)計

在充電器的充電過程中，采集參數(shù)，進行電壓、電流、溫度的實時顯示。其軟件設(shè)計流程如下圖1-2所示：

圖1-2 軟件設(shè)計流程圖

由主程序流程圖可知，在經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器采集電壓、電流，溫度傳感器采集溫度后，掃描鍵盤。本次設(shè)計使用獨立按鍵，按鍵一用來控制溫度、電壓、電流、時間的顯示，按鍵二用來控制充電方式的選擇，由于開始時蓄電池電壓低，若以大電流充電，有損電池壽命，因此，當(dāng)電流小于1.8A時為小電流預(yù)充電，當(dāng)電流大于1.8A時為恒壓充電，在恒定電流充電方式下，充到輸出電壓達到設(shè)定的電池組端電壓值。然后，輸出電壓維持恒定不變，電池充滿，充電結(jié)束。

本系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計主要包含以下幾個方面：

（1）主函數(shù)程序設(shè)計。在主程序設(shè)計中，為增加程序的可讀性，將主程序中對定時/計數(shù)器T0、T1的初始化和按鍵掃描分別作為其子函數(shù)。

（2）按鍵控制顯示程序。按鍵一通過按鍵按下次數(shù)的不同來控制溫度、電壓、電流、時間的輪流動態(tài)顯示。

（3）AD轉(zhuǎn)換模塊啟動控制程序。由ADC0809模塊的時序圖可知AD轉(zhuǎn)換模塊啟動條件為：模塊的控制端（Trig）應(yīng)輸入一個10us以上的高電平?？紤]到超聲波模塊的最大測量距離與其測量周期有關(guān)，測量周期越大其測量距離越遠，但系統(tǒng)反應(yīng)將會變得遲鈍。綜合以上考慮，本方案設(shè)定測量周期為100ms。其源程序如下：

Void ad _just()

{

If (INT==0)

{

CS=0;

R=0;

_ nop _();_nop_();_nop_(); _nop_();

dat=P0;

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

R=1;

}

}

（4）溫度傳感器的啟動控制程序。

（5）過流過壓程序設(shè)計。本系統(tǒng)設(shè)計的智能充電器有過流過壓的自我保護功能，為避免電池?zé)龎?，?dāng)電流、電壓過大，超過設(shè)定的上限值，電池充電器將會自動報警，保證電池安全，延長電池壽命 。其源程序如下：

if(dat2＞230)// 電流大于 3A 報警

SPeaker=0;

if(dat1＞230)// 電壓大于 4.5V 報警

SPeaker=0;

（6）蜂鳴器報警程序設(shè)計。在主程序中設(shè)定報警上限值，超過限值即報警。

（7）充電模式切換程序設(shè)計。智能充電器能夠通過采集電池的電壓、電流來判斷電池的充電模式。其源程序如下：

3 結(jié)論

本次系統(tǒng)軟件部分聯(lián)機調(diào)試均在LY-51S V2.0單片機開發(fā)板進行。該實驗主板集成USB轉(zhuǎn)串口芯片PL2303，只要1根usb線就可以實現(xiàn)供電、下載、通訊一體。能夠?qū)崿F(xiàn)電壓、電流的實時采集及動態(tài)顯示。當(dāng)改變電源的電壓電流時，數(shù)碼管顯示的的數(shù)字能夠隨之改變，同時，電池的充電模式也會隨之改。能夠?qū)崿F(xiàn)時間、電壓、電流、溫度的動態(tài)顯示，實現(xiàn)過壓、過流、溫度過高報警。當(dāng)溫度超過上限值時，系統(tǒng)自動報警，當(dāng)使用者發(fā)現(xiàn)報警，只需通過按下按鍵一就可滅掉報警。過流、過壓的情況與此相同。

[1]余錫存.單片機原理及技術(shù)接口技術(shù).西電出版社.2007

[2]王為春.單片機Keil Cx51 應(yīng)用開發(fā)技術(shù).人民郵電出版社 2007

[3]陳家勝.低成本電動自行車智能充電器設(shè)計[J]電氣自動化.2007（5）Chen Jiasheng Design of Intelligent Charger for Electric Bicycle of Low Cost[J]Electrical Automation 2007（5）

[4]劉美俊.基于單片機的通用智能充電器設(shè)計[J]儀表技術(shù)與傳感器 2006LIU Mei-jun.General Intelligent Battery Charger Based on Single-chip Computer[J]Instrument Technique and Sensor.2006

[5]武鋒、陳新建編著.PIC單片機C語言開發(fā)入門.北京航空航天大學(xué)出版社.2005