基于單片機(jī)AT89S52的電能收集充電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

靳姍

摘要

本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89S52為電能收集充電器系統(tǒng)的控制核心，其中包括直流電源變換處理、IA/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼管顯示及報(bào)警模塊、以及恒流、恒壓輸出模塊等幾個(gè)部分。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電、慢速充電、恒壓充電、恒流充電等充電方式，并且可以實(shí)時(shí)顯示直流電源輸入值、充電電壓，具有過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)功能。通過(guò)單片機(jī)對(duì)外界檢測(cè)控制信號(hào)產(chǎn)生高低脈沖觸發(fā)M0SFET管實(shí)現(xiàn)充電。當(dāng)充電電壓超過(guò)設(shè)定值，進(jìn)行報(bào)警以及及時(shí)處理，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

【關(guān)鍵詞】充電電源 AT89S52單片機(jī) 直流電源變換 A/D轉(zhuǎn)換

1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

高精度充電電源，從控制論角度說(shuō)，必須采用閉環(huán)控制。本設(shè)計(jì)將采用數(shù)控方案，因此控制器及其編程，相應(yīng)的電壓電流采樣信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換和控制信號(hào)（PWM）的驅(qū)動(dòng)都是必不可少的。充電電源要求在恒壓充電模式和恒流充電模式、快速充電和慢速充電之間進(jìn)行切換，DC—DC斬波電路中器件開斷，所以開關(guān)的可靠性非常重要。

1.1系統(tǒng)供電電源

由于控制器（AT89S52），A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)碼管顯示，各放大器的供電電源為+5V與±12V。這部分供電無(wú)論是電壓精度和紋波要求都是相對(duì)較低，開關(guān)電源或是線性穩(wěn)壓電源均可滿足要求。這里我們選擇采用78，79系列三端穩(wěn)壓管構(gòu)成的成熟線性穩(wěn)壓電源來(lái)獲取+5V與土12V電源。

1.2直流電源變換

為了獲得大電流Ic給電池充電，我們采用升降壓斬波電路控制充電器的輸出電壓Ud。為了獲取高精度數(shù)據(jù)采用MOSFET管通過(guò)PWM信號(hào)控制其開斷得到Ud。PWM信號(hào)是由控制器進(jìn)行程序編程實(shí)現(xiàn)。為獲得穩(wěn)定的輸出電壓和電流，減少紋波系數(shù)。Sepic電路中，電源電流和負(fù)載電流均連續(xù)，有利于輸入、輸出濾波，電路的輸出電壓為正極性的，且輸入輸出關(guān)系相同

滿足設(shè)計(jì)要求，為此選擇Sepic電路作為升降壓斬波電路。

1.3控制器及其相應(yīng)控制程序

采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制。AT89S52單片機(jī)具有可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)需要使用的軟件資源比較簡(jiǎn)單，采用AT89S51進(jìn)行控制也簡(jiǎn)單，輸入輸出接口也滿足設(shè)計(jì)需要。

1.4PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)及放大

由于MOSFET管是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，并且驅(qū)動(dòng)電壓為10?15V，而單片機(jī)輸出電壓為5V不能直接驅(qū)動(dòng)MOSFET管。所以選擇電力電子中常見(jiàn)的MOSFET管驅(qū)動(dòng)放大電路即可。

2理論計(jì)算

2.1電流Ic的計(jì)算

圖1：電路設(shè)計(jì)總圖3.2報(bào)警指示電路

（1）在Rs=100Ω，Es=10V?20V時(shí)，充電電流Ic大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）。

當(dāng)電池?zé)o電時(shí)，Ec=0V，Ic值的范圍是0.0998?0.1998A。

當(dāng)電池充滿電時(shí)，Ec=3.6V，Ic值的范圍是0.0639?0.1638A。

計(jì)算得：我們采用恒流200mA方式充電可以滿足要求。

（2）在Rs=1Ω，Es=1.2V?3.6V時(shí)，以盡可能大的電流向電池充電。

當(dāng)電池?zé)o電時(shí)，Ec=0V，Ic值的范圍是1.0909?3.2727A。

當(dāng)電池充滿電時(shí)，Ec=3.6V，Ic值為零。

計(jì)算得：我們采用恒流l000mA充電，不需要過(guò)大的電流充電，可以配備恒壓充電方式。

2.2充電電壓Us計(jì)算

經(jīng)查資料可得：充電電壓Us=（1.2?1.6）Ec。設(shè)計(jì)要求Ec=3.6V計(jì)算得：Us=（4.32?5.76）V。不論Es的取值為10V?20V或1.2V?3.6V時(shí)，都可采用恒壓+5V充電方式。

2.3提高效率的方法

對(duì)電池充電時(shí)，要考慮電池電壓脈動(dòng)性，可采用間歇式充電方式，即一段時(shí)間充電一段時(shí)間放電。這可以控制占空比實(shí)現(xiàn)。充電開始時(shí)，以盡可能大的電流對(duì)電池充電。在采用恒壓方式充電。這樣就可以提高了充電功能的效率。

3電路設(shè)計(jì)與測(cè)試

3.1輸入電源采集電路

對(duì)輸入電源Es進(jìn)行分壓作為斬波電路的輸入電壓：

斬波電路電壓：

斬波電路輸出電壓：

ADC0809電路的輸入為0?5V電壓，所以要將Es進(jìn)行分壓處理，處理后輸入電壓的范圍為：2.5?5V，只需要在程序編輯中相應(yīng)改變算法就可實(shí)現(xiàn)顯示。

R1=300Q，R2=700Q。采集到運(yùn)放電路中的電壓為

電池兩端電壓Uc與U=3.5V進(jìn)行比較，當(dāng)Uc小于3.5V電路輸出低電平；當(dāng)Uc大于3.5V時(shí)電路輸出高電平二極管點(diǎn)亮和蜂鳴器響，就表示電池己經(jīng)充滿。可以停止工作。

3.3電路總圖

如圖1所示。

3.4測(cè)試結(jié)果

（1）經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，結(jié)果證明恒流和恒壓可以滿足要求，輸出穩(wěn)定。

（2）恒壓充電時(shí)，電壓輸出變化平均值為3mV。

（3）大電流充電與小Es自動(dòng)啟動(dòng)充電都實(shí)現(xiàn)，充電方式選擇可靠。

4結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)并具有較高的靈敏度和可靠性，實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能化控制。并加入了充電方式選擇和充電狀態(tài)指示等功能。系統(tǒng)在實(shí)際測(cè)試中運(yùn)行效果良好，能滿足對(duì)一些電池智能化充電的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]王波，戴曙光.高穩(wěn)定性數(shù)控恒流源設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2016（08）：14-16.

[2]莊小利等.基于AD5542的高精度數(shù)控恒流源設(shè)計(jì)[J].今日電子，2010（08）：48-49.

[3]田立，代方震等.51單片機(jī)程序設(shè)計(jì)快速人門[M].北京：人民郵電出版社，2007.endprint