基于單片機的電池電壓檢測方案設計

沈偉康　劉萬軍　張志亮　張振　郭維家

摘要：本文在無線充電器設計中使用單片機來判斷充電階段，對電池電壓的檢測方案做出了改進，為劃分充電階段及避免電池過度充電提供依據，經過實驗電路板的測試，證明了該方案是切實可行的。

關鍵詞：無線充電；分階段充電；電壓檢測；單片機

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0165-02

隨著用電設備對供電方便性、安全性、特殊場合、特殊環境等要求的不斷提高，無線電能傳輸系統應運而生。無線電力傳輸技術在醫療器械、便攜通信、航空航天、交通運輸、水下探測等領域有廣闊應用前景[1]。在以前的大學生創新訓練項目中，通過為手機充電證明了無線充電的可行性。當需要直接給電池充電時，需要設計電池電壓檢測與控制電路。在大學生創新訓練項目中，團隊成員經過查閱資料及反復的實驗，摸索出了一種可行的電池電壓檢測方案，為劃分充電階段及避免電池過充提供依據。

1 電壓檢測電路的設計

圖1所示電路圖，可以分成左中右3部分。最左邊是“電壓基準電路”，由5v的直流電源及變阻器RV1，RV2，電阻R1構成。通過調節變阻器的滑片調整“電位基準點1”及“電位基準點2”的對地電位，從而調整分階段充電過程中的兩個電壓比較基準。中間的電路是“電壓比較電路”，由6v的直流電源及電壓比較器LM393構成。針對電池電壓的不同階段，LM393的輸出端將輸出相應的電平狀態。最右邊電路是單片機檢測電路，圖中D1，D2，D3分別是紅色，綠色，藍色LED。電壓比較電路的兩個輸出接到單片機的兩個I/O口，由單片機據此判斷電池電壓的高低，從而控制該階段的充電方式，并通過LED顯示當前充電狀態。電池的充電電路因與本文主題無關，故圖1中未畫出。

2 充電階段檢測方案的設計

由于干擾因素的存在，檢測到的電池電壓會存在輕微波動，LM393靈敏度非常高，在電位基準點上，輸入電壓的波動超過2mv，將使其輸出發生翻轉，所以單片機需要對LM393的輸出信號作出處理，避免誤判。由干擾因素造成的電壓比較器的誤動作可以通過完善電壓比較電路來實現，比如采用“滯回電壓比較器”，這會增加硬件的成本，比如增加的電子元件的成本。隨著智能設備的普及，單片機的使用越來越多，程序的復制是零成本的，需要改變控制功能時，只需要修改程序，這為產品的升級換代帶來了極大的便利[2]。所以本項目中采用單片機消除干擾因素造成的電壓比較器的誤動作，控制過程周期為1s。控制流程（分為主程序與定時器中斷服務程序）如：

主程序（main函數）中控制流程如：第一步：延時2s。（用于等待電源電壓穩定）。第二步：初始化單片機中的定時器，定時周期為500us，啟動定時器。第三步：主程序處于等待狀態，等待定時器中斷的到來。

定時器中斷服務程序中控制流程如：第一步：在1s的前3.5ms內，完成初始化的操作，包括將紅，綠，藍三色燈的標記初始化為0；lm393的1號引腳在多次測量中高低電平出現的次數初始化為0；lm393的7號引腳在多次測量中高低電平出現的次數初始化為0。第二步：在1s的前3.5-14ms之間，統計lm393的1號引腳及7號引腳在多次測量中高低電平出現的次數。第三步：在1s的前14ms-14.5ms之間，根據lm393 1號引腳及7號引腳在多次測量中高低電平出現的次數，按照少數服從多數的原則定出lm393 1號引腳及7號引腳電平狀態。第四步：在1s的前14.5ms-15ms之間，根據上一步定出的lm393的1號引腳及7號引腳電平狀態規定并存儲這一秒內充電指示燈應該顯示紅色，藍色還是綠色；統計最近的10s內充電指示燈應該顯示的紅燈，藍燈，綠燈的個數。第五步：在1s的前15-15.5ms之間，統計最近的10s內充電指示燈應該顯示哪種顏色最多。第六步：在1s的前15.5-16ms之間，根據上一步的統計結果，控制指示燈顯示的顏色。第七步：在1s的前16-999ms之間，根據前面判斷出的電池電壓所處的充電階段按照設置的占空比給電池充電。第八步：在1s內剩下的時間，設置相關變量的值，為下個檢測周期作準備。

3 控制效果

經過實驗電路板測試，在給手機電池充電的整個過程中，當電池電壓在經過給定的兩個電壓基準點時，指示燈狀態切換平穩，沒有出現指示燈顏色反復變換的現象。

4 結語

隨著電動汽車的出現，電能的使用越來越多。在能源開發與利用方面，太陽能將成為歷史的必然選擇，將太陽能變成電能以后，如果能通過無線充電的方式，在電動汽車行駛過程中為其提供充足的電能，不但節省時間，而且節約能源保護環境。跟有線的充電方式相比較，雖然無線充電慢，但是只要它的前景是美好的，那就值得去做。

參考文獻

[1] 古麗萍.令人期待的無線電力傳輸及其發展[J].中國無線電，2012（1）：27-30.

[2] 易沅屏.電工學[M].北京：高等教育出版社，2010.

Abstract：In this paper the single chip computer is used to judge the charging stage in the design of wireless charger， and the detection scheme of battery voltage is improved， it provides a basis for dividing charging stages and avoiding overcharging of batteries， the test of the experimental circuit board proves that the scheme is feasible.

Key words：wireless charging； stage charging； voltage detection； singlechip