基于單片機的智能快速充電器設計

董志斌 李鑫 陳玉玲

【摘要】本文所設計的方案添加高性能的微處理控制器以及A/D轉換電路來確保充電器安全。本文同時對系統(tǒng)的硬件組成部分數據采集電路、控制電路以及電源電路進行介紹，同時對充電器的控制中心AT89C52進行詳細介紹。該智能快速充電器是一款可靠、穩(wěn)定、低成本等優(yōu)點。

【關鍵字】AT89C52;快速充電;A/D轉換

隨著電子商品的多樣化應用，充電器成為必不可少的一部分，設計使用的智能充電器由單片機處理、控制充電過程，在需要精準、縝密且快速充電的背景下設計了一款智能充電器，可以自動且有效地計算電池現有電量和剩余充電時間，所謂的智能充電器即為可通過改變參數來適應其他方面的設計要求。

1. 設計要求

本文的智能充電器設計采用AT89S52單片機對系統(tǒng)進行控制，其目的為可智能快速充電。充電器在AT89C52的控制下，可以對被充電設備電池的電壓、電流信息進行實時采集，同時對充電過程進行智能控制，實現精準充電防止對器件損壞。充電器可將被充電設備中電池電量和剩余充電時間測算出來，此外系統(tǒng)可以通過改變參數使智能充電器應用于各類電池的充電。

對于智能充電的研究在不斷更新中，既要實現功能的全面，同時又要實現便捷攜帶，為此選用的元件既要檢測精準、體積小同時還要考慮經濟問題。本次設計要實現的智能充電器主要可以實現提供基本的電壓、電流，實現充電效果，同時可以根據需求調節(jié)電流的大小。實現充電結束的自動斷電功能。同時系統(tǒng)為了更加智能可視化，添加有顯示模塊，對電池的電量、剩余的充電時間進行測算，為使用者提供直觀快速的信息提示。

2. 元器件選擇

系統(tǒng)中單片機部分選用的是AT89C52最小控制系統(tǒng)，由于該類單片機可以為多數嵌入式控制應用提供靈活有效的方案，可以用于較寬的控制領域。AT89C52單片機可以實現本次研究設計的功能，不僅實現充電的便捷，同時也實現充電的智能化，為研究智能充電器提供智能模塊。

對于電池電源的管理芯片選取，本文選用的是MX1898，該型號的芯片可以為充電狀態(tài)、輸入電壓是否接通給出相應的表示，同時可以在充電過程中提供精確的恒流恒壓，有效延長電池的壽命。同時為了可以適應多種電器的充電目的，充電的電流可以任意設定，元件中添加了終止定時器，當充電結束后會停止供電。

模數轉換器選用的是CS5522芯片，CS5522轉換器是一個較為普遍使用的24位的高精度串行轉換器，芯片中主要包含一個模數轉換器，其功能主要是將輸入的電壓信號轉換為輸出的數字信號。

系統(tǒng)的溫度傳感器選用的是PT100，該類型的溫度傳感器是一種具有抗振動、穩(wěn)定性好、高精準和耐高溫等優(yōu)點。PT100的溫度傳感器中的鉑熱電阻可在0～100℃之間變換。

對于電池的選擇為了滿足安全、環(huán)保的要求，選用的是鋰電池，鋰電池在日常生活中得到廣泛使用，主要的優(yōu)點有出現短路時不會出現著火、爆炸現象。充電過度不會出現起火爆炸現象，雖然設計中實現自動切斷功能，但為保證安全，防止切斷裝置故障發(fā)生危險，所以選擇鋰電池，同時抗沖擊能力強，針刺后不會爆炸。這些都是為了安全起見考慮的各種因素。同時鋰電池是一款新型的綠色環(huán)保電池，不僅性能好而且無污染，目前在太陽能光電轉換模塊上使用較多，屬于新型電池產品。工作電壓在3.6V，較其他鎳鎘電池工作電壓高很多，使用壽命長。

3. 硬件系統(tǒng)設計

系統(tǒng)硬件部分主要包含AT89C52單片機、蜂鳴器報警部分、充電狀態(tài)指示部分，同時系統(tǒng)還包含充電控制電路和光耦隔離電路。

單片機模塊：系統(tǒng)選用AT89C52單片機實現智能化控制，例如對電壓電流進行控制、實現自動斷電保護、以及故障報警等功能。

電壓轉換部分主要通過三端穩(wěn)壓集成電路LM7805模塊將輸入電壓轉換為5V工作電壓，經過光耦隔離電路送至充電控制電路中。

4.1 電源系統(tǒng)設計

在本文設計中，系統(tǒng)對AT89C52和LCD顯示屏進行供電，由于系統(tǒng)中LM7805輸出電流不足，所以為單片機和LCD分別供電，因此電路中應用兩個LM7805。

4.2 測溫系統(tǒng)設計

電池在即將充滿電時，負極會由于復合反應產生熱量，從而使電池溫度升高。當電池溫度升高后會導致充電電流增大，為有效控制電流大小，系統(tǒng)在電池外殼上安裝溫度傳感器作為檢測元件。當電池充電時產生溫度過高時電路將自動斷開。

傳感器電路中將包含傳感器測量電路與信號放大電路，系統(tǒng)通過TL431將輸入電壓調節(jié)到2.5V，放大電路中的集成運算放大器選用的是LM358，目的是避免由過高的單級放大引起的非線性誤差，可以提高系統(tǒng)的準確性。

4.3 模數轉換系統(tǒng)設計

將CS5522與單片機進行連接的就是為了方便單片機對CS5522進行控制，當處于低電平時，單片機對寄存器進行讀寫控制，通過AD對電池的溫度與電壓信息采集，進而控制充電器是否停止充電。

4.4 充電控制指示系統(tǒng)設計

通過判斷充電器的模擬采集信號，對充電器的充電狀態(tài)進行判斷。充電控制是本次智能充電器設計的核心部分，其中主要由52單片機的模擬電路、濾波電感、二極管、電容以及開關等器件組成。

為實現自動斷電功能，單片機的P2.0引腳與MAX1898芯片的第二個引腳連接，當電源管理芯片發(fā)送脈沖信號給單片機時，會觸發(fā)中斷函數，單片機會默認充電完畢，此時會切斷向LM358與MAX1898芯片的供電。不僅保證芯片的安全使用，同時可以減少能量損耗。

4.5 單片機控制部分

單片機控制部分選用的是AT89C52，作為一款智能控制中心可以通過外部中斷口INT0響應充電芯片輸出的充電狀態(tài)，同時通過P2.0輸出接口與隔離光耦6N137連接進行控制，其目的是實現電源通斷控制，同時AT89C52的P2.1接口與蜂鳴器連接，作為報警裝置。由于MAX1898芯片本身可以向外部發(fā)送指令控制信號燈，所以本次設計通過指示燈與報警器同時進行顯示。

5. 系統(tǒng)調試

系統(tǒng)的工作流程為系統(tǒng)觸發(fā)后工作，程序進行初始化，判斷是否檢測到電池，若檢測到電池后默認為充電模式，當充電完成后，會自動斷電結束充電。若沒有檢測到電池，對進行USB充電設置，對充電時間進行設置，充電完成后會返回檢測是否有電池需要充電，若充電設置環(huán)節(jié)30s沒有操作，此時系統(tǒng)默認結束。

總的來說，本系統(tǒng)的核心是對充電器的充電過程進行控制，通過采集電壓、電流、溫度等參數進行實時顯示與智能控制。在調試過程中，當接通電源后，程序開始初始化，等待中斷觸發(fā)。當定時器中斷觸發(fā)3s后，對系統(tǒng)是否有第二次中斷觸發(fā)進行判斷，若沒有第二次中斷則表示充電完畢。若檢測到第二次觸發(fā)吸信號，則關閉外部中斷和定時器中斷顯示充電出錯。

6. 結束語

本文針對基于單片機的智能充電器的設計中，想要達到最好的效果是實現預充、快充、充滿、斷電以及報警幾部分，可以更有效的實現智能充電的全過程，增加使用壽命，杜絕發(fā)生過度充電的結果發(fā)生。

參考文獻：

[1]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2]胡春海.CS5522型A/D轉換器及其在小角度測量中的應用[J].國外電子元器件，2005（11）：13-18.

[3]郭東太.基于單片機的智能電器控制原理及設計[D].天津：河北工業(yè)大學，2008.

作者介紹：董志斌，遼寧省鞍山人，研究方向：自動控制;李鑫，陜西省漢中人，研究方向：自動控制;陳玉玲（通訊作者）遼寧凌源人，講師碩士，研究方向：圖像處理。