基于AT89S52的智能快速充电器控制系统的设计与实现

1．引言

　　本控制系统是为120w智能快速稳压电源设计的。
　　该快速充电器是为部队在野战条件下工作而研制的，因此要求其具有体积小、重量轻、智能化程度高、操作简便等优点，同时对电源的可靠性和抗干扰性提出了很高的要求。有稳压供电和充电两种工作方式。稳压供电时输出恒定的24V；处于充电状态时有四种充电方式：常规充电、快速充电、电池浮冲、电池训练，可以为镉镍、氢镍蓄电池充电。

2． 控制系统总体设计要求

根据实际情况，本控制系统要完成以下功能：
　　（1） 能自动识别电池的类型(镍镉电池、镍氢电池、锂电池)。
　　（2） 有稳压供电和充电两种工作模式。
　　（3） 采用最高电压Vmax、最高温度Tmax、最长充电时间tmax、电压负增长-△V、温度变化率△T/△t等快速充电中止法。
　　（4） 具有输入交流过压保护、输出直流过流保护、过充电保护等
　　（5） 通电后能自动检测整个电源系统，有故障报警。
　　（6） 设有电池开路、短路、反接保护。
　　（7） 具有硬件和软件相结合的双重保护功能。
　　（8） 良好的抗干扰能力。

3． 统硬件电路的设计

3.1　AT89S52单片机简介

　　AT89S52是ATMEL公司研制的通用单片机。它在AT89S51单片机的基础上为P1口定义了第二功能，有六个外部中断、三个定时／计数器，以及四个全双工的串行通信口，同时在指令上与AT89S51兼容，对监控系统较为适用。

3.2　基于AT89S52的监控系统硬件电路设计

　　按照上述系统设计要求，设计了如图1所示的监控系统。

图1　AT89S52监控系统框图

　　(1) 微处理器：AT89S52非常适用于控制，他的主要结构和特点在前面已经介绍过了，为了满足外围接口电路的需要，一般都要在输出口处接锁存驱动电路，这里我们采用的是SN74HC573。
　　(2) 压频变换装置：将模拟的电压量转化成频率值，这是一种A/D转化方式，将输出电压U0采样通过压频变换装置传给单片机，压频转化装置我们用的是National Semiconductor的LM331。
　　(3) 输出控制电路：单片机的输出控制信号通过电阻解码网络转化成模拟电压值，控制电压和电流比较器的基准值，实现对外围功率电路的控制。
　　(4) 上电复位电路：为了防止单片机的程序飞跑，出现死锁，我们采用MAXIM公司的MAX813L系统监控集成芯片来实现对单片机的监控，该芯片具有看门狗电路、门限值检测器、手动复位等功能。
　　(5) 输入控制和数码显示电路：包括按键和显示部分。通过简单的按键选择，实现运行方式选择、复位及故障的显示。显示部分采用SN74HC573驱动两个8位七段LED显示；同时通过发光二极管和蜂鸣器提示运行状态。
　　(6) 护告警电路：通过硬件电路实现保护，给单片机中断管脚发出脉冲信号，引发中断程序实现保护，并引发蜂鸣器告警。
　　下面介绍本系统中的一些关键性电路

3.2.1　恒压恒流模块

　　恒压恒流电路是整个智能充电器的关键部分，电路结构见图2。恒流恒压电路由SR12单片机片内模拟电路模块和片外的MOSFET开关管、肖特基二极管、滤波电感、滤波电容等器件组成。模拟电路模块是SR12的特有部件，图3为它的结构框图。它由输入多路开关、两组温 度 传 感器Rsense0.01Ω可程控放大器、片内温度传感器、电流检测电路等组成。可程控放大器总放大倍数为1～256。放大器的输入可选择为两路模拟输入脚（ATD0、ATD1）、片内温度传感器、模拟地输入（VSSAM）。ATD0和VSSAM间可接一个电流检测电阻，用于测量外部电流，它还连接至电流检测电路，可在电流超过指定值时产生中断并输出信号。

图2 恒压恒流电路

3.2.2　放电模块

　　快速充电的硬件电路图如下所示

图3　放电器部分电路

　　快速充电的原理是通过电池两端不断的充放电来提高充电效率，从而减少了充电时间。放电器部分利用电压比较器，在5脚设置电压基准，6脚通过一个二极管和电阻同单片机相连，单片机接受外部控制指令，通过计数器控制TDIS端电平的高低；比较器的输出应用两个三极管级联，改善了静态工作点。
　　快速充电时，AT89S52单片机必须不断检测以下几项关键技术指标：电路是否出现断路、电池是否出现不均衡现象、电池是否达到规定的安全电压、电池是否温度过高、电池是否满足-△V或△T/△t条件。

3.2.3　压频变换模块