基于8xC749單片機的電動(dòng)自行車(chē)智能充電器的設計與實(shí)現

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，越來(lái)越多的電器走進(jìn)人們的日常生活，家庭使用的小容量蓄電池的比例將會(huì )逐漸增加。因此，研究如何延長(cháng)蓄電池的壽命，提高蓄電池的使用效率，并設計、生產(chǎn)出高質(zhì)量、高效率、符合家庭使用要求的充電器，有著(zhù)十分重要的意義。
　　評估蓄電池的優(yōu)劣有很多指標，其中壽命是用戶(hù)十分關(guān)心的問(wèn)題之一。而電池的過(guò)充電、過(guò)放電和充電不足是引起電池故障最主要的原因，其中過(guò)充電、充電不足主要是充電方法不當而引起的。常用的直流充電器只是用恒流定壓的方法給蓄電池充電，這樣不但不容易使電池充滿(mǎn)，更嚴重的還會(huì )造成充電不均衡的情況，影響電池的壽命。
　　清華大學(xué)智能技術(shù)與系統國家重點(diǎn)實(shí)驗室經(jīng)過(guò)近十年的研究開(kāi)發(fā)，在智能充電算法方面的研究已經(jīng)取得了一些成果。為了實(shí)現智能化充電，我們采用單片機作控制器，實(shí)時(shí)監控電壓、電流，使充電過(guò)程按理想的充電曲線(xiàn)進(jìn)行，達到既保護電池、又能使電池充滿(mǎn)的最優(yōu)效果。
1 智能充電器的硬件結構
　　傳統的電池充電器采用電流負反饋的方法來(lái)達到恒流充電的目的。為了加入智能控制，達到實(shí)時(shí)監控的目的，我們打開(kāi)電流反饋環(huán)，加入單片機及相關(guān)控制電路。硬件的結構框圖如圖1所示。

單片機對正在充電的電池進(jìn)行實(shí)時(shí)電壓、電流、溫度取樣，經(jīng)A/D轉換輸入單片機。單片機根據電池不同的充電狀態(tài)采取不同的充電算法，通過(guò)D/A轉換輸出反饋電壓，對電源進(jìn)行控制，通過(guò)改變電池組端電壓來(lái)達到控制充電過(guò)程的目的。在充電過(guò)程中，單片機還擔負著(zhù)平衡電池組中各電池的容量、防止電池過(guò)充電而損壞電池的任務(wù)。另外，針對不同種類(lèi)的電池，只要根據不同電池的最佳充電曲線(xiàn)對控制器里的程序進(jìn)行相應的調整，就能對不同類(lèi)型的電池進(jìn)行充電。
　　充電器系統中的主要控制部件是單片機。在目前的市場(chǎng)里有很多的充電控制模塊可供選擇，如武漢力源電子的PS1718、BENCHMARQ的BQ2004等，只要接上適當的外圍電路，就可以組成不錯的充電器。但從經(jīng)濟的角度出發(fā)，普通的單片機就可以擔負控制器的任務(wù)。出于提高系統的集成性和可靠性的考慮，我們可以選擇內部帶A/D、D/A轉換的單片機作為控制器。在本文中，我們所選擇的是PHILIPS公司的8xC749單片機。該單片機采用高密度CMOS技術(shù)制造；具有2K的ROM或EPROM、64byte的RAM，已經(jīng)足夠充電控制的需要；21個(gè)I/O口，可以作狀態(tài)顯示、輸出；一個(gè)計時(shí)器/計數器，可以實(shí)現延時(shí)功能；5路8位A/D轉換，可以作為電壓、電流、溫度檢測輸入；8位PWM輸出，經(jīng)濾波后可作為反饋電壓。
　　電池對充電過(guò)程中的環(huán)境溫度、電池溫度比較敏感，對于這些電池我們可以加入溫度測量電路。溫度測量有不同的方法，根據精度要求的不同可以采用不同的熱敏電阻、或者采用現有的溫度傳感器、溫度檢測模塊。充電器根據不同的環(huán)境、電池溫度采取不同的充電算法。
　　在單片機檢測到電池組中電池不平衡的情況下，可以采用均衡充電的方法，使電量較多的電池少充電，電量較少的電池多充電。均衡充電原理圖如圖2所示。

2 充電算法的設計與實(shí)現
　　根據清華大學(xué)計算機系智能技術(shù)與系統國家重點(diǎn)實(shí)驗室多年的研究，對于鉛酸電池，采用多段恒流、定壓、脈沖的充電算法最有效。程序原理框圖如圖3所示。