王 莹 ，许洋洋

(郑州华信学院,河南新郑,451150）

0 引言

如今，随着越来越多的电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。本文的主要研究目标为实现在充电过程中对电压、电流、温度等参数的检测，具有充电状态、时间等显示功能，具有过欠压、过欠流及超温等情况的处理和报警等。

1 系统的硬件电路设计

1.1 AT89C52的功能特点

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

AT89C52是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

1.2 ADC0809模块的简介及原理

ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。START为转换启动信号。当START上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，START应保持低电平。单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0 为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。其工作过程：（1）ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与AT89S51 单片机直接相连。（2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。（3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4）在ST端给出一个至少有100ns 宽的正脉冲信号。（5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。（6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。

1.3 按键控制电路设计

本方案中采用独立按键控制。其中，按键1功能为选择性显示电池的充电时间、电压、电流、温度；按键2功能为电池充电模式的选择。

1.4 数码管显示电路设计

该设计方案采用四位数码管显示超声波测出障碍物的距离。由于在该系统设计中I/O口较为紧张，故采用数码管动态扫描显示，P1口段选，P2口低三位接译码器控制位选，从而达到以少的I/O接口，实现1—8位的数码管动态显示。

1.5 报警电路设计

本方案设有温度、过压、过流报警功能，即电池温度、充电电流、电压超标时，提示用户采取相应措施。由AT89C52的P2.7提供蜂鸣器的控制信号。

2 系统的软件电路设计

2.1 系统软件的功能要求

根据电动车电池的充放电特点，研究充电控制技术，编写以单片机为核心的电动车智能充电器的控制程序，实现智能充电。按照充电过程电压、电流、温度及充电时间的变化，实现充电自动控制，从而延长电池使用寿命。其主要研究目标为：

（1）实现在充电过程中对电压、电流、温度等参数的检测。

（2）具有充电状态、时间等显示功能。

（3）具有过欠压、过欠流及超温等情况的处理和报警。

（4）以及对充电过程的不同阶段编写相应的控制算法。

该系统中对电压、电流的调节是通过搭建三种不同的电路实现的，分别为预充电、恒压充电、恒流充电。A/D采集的数据经过AT89C52单片机的判断选择不同的充电电路；系统的显示部分采用的数码管动态显示。为保证其显示效果亮度均匀，需要准确的设定其数码管扫描时间；同时在系统中加入报警程序，温度过高就报警。程序设计时将定时/计数器T0，设定为6位计数器、工作方式2，单独用来对A/D发送脉冲；将定时/计数器T1，设定为16位定时器、工作方式1，用来控制键盘扫描周期、数码管的扫描周期和时间计数等。其系统总体结构框图如下图1-1所示。

1-1系统总体结构图Fig.1-1 Structure diagram of the power control unit test system

2.2 系统软件的各功能软件程序设计

在充电器的充电过程中，采集参数，进行电压、电流、温度的实时显示。其软件设计流程如下图1-2所示：

图1-2 软件设计流程图

由主程序流程图可知，在经过AD转换器采集电压、电流，温度传感器采集温度后，扫描键盘。本次设计使用独立按键，按键一用来控制温度、电压、电流、时间的显示，按键二用来控制充电方式的选择，由于开始时蓄电池电压低，若以大电流充电，有损电池寿命，因此，当电流小于1.8A时为小电流预充电，当电流大于1.8A时为恒压充电，在恒定电流充电方式下，充到输出电压达到设定的电池组端电压值。然后，输出电压维持恒定不变，电池充满，充电结束。

本系统的软件部分设计主要包含以下几个方面：

（1）主函数程序设计。在主程序设计中，为增加程序的可读性，将主程序中对定时/计数器T0、T1的初始化和按键扫描分别作为其子函数。

（2）按键控制显示程序。按键一通过按键按下次数的不同来控制温度、电压、电流、时间的轮流动态显示。

（3）AD转换模块启动控制程序。由ADC0809模块的时序图可知AD转换模块启动条件为：模块的控制端（Trig）应输入一个10us以上的高电平。考虑到超声波模块的最大测量距离与其测量周期有关，测量周期越大其测量距离越远，但系统反应将会变得迟钝。综合以上考虑，本方案设定测量周期为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）温度传感器的启动控制程序。

（5）过流过压程序设计。本系统设计的智能充电器有过流过压的自我保护功能，为避免电池烧坏，当电流、电压过大，超过设定的上限值，电池充电器将会自动报警，保证电池安全，延长电池寿命 。其源程序如下：

if(dat2＞230)// 电流大于 3A 报警

SPeaker=0;

if(dat1＞230)// 电压大于 4.5V 报警

SPeaker=0;

（6）蜂鸣器报警程序设计。在主程序中设定报警上限值，超过限值即报警。

（7）充电模式切换程序设计。智能充电器能够通过采集电池的电压、电流来判断电池的充电模式。其源程序如下：

3 结论

本次系统软件部分联机调试均在LY-51S V2.0单片机开发板进行。该实验主板集成USB转串口芯片PL2303，只要1根usb线就可以实现供电、下载、通讯一体。能够实现电压、电流的实时采集及动态显示。当改变电源的电压电流时，数码管显示的的数字能够随之改变，同时，电池的充电模式也会随之改。能够实现时间、电压、电流、温度的动态显示，实现过压、过流、温度过高报警。当温度超过上限值时，系统自动报警，当使用者发现报警，只需通过按下按键一就可灭掉报警。过流、过压的情况与此相同。

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[5]武锋、陈新建编著.PIC单片机C语言开发入门.北京航空航天大学出版社.2005