基于8xC749單片機(jī)的電動(dòng)自行車智能充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的電器走進(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，研究如何延長蓄電池的壽命，提高蓄電池的使用效率，并設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出高質(zhì)量、高效率、符合家庭使用要求的充電器，有著十分重要的意義。
　　評(píng)估蓄電池的優(yōu)劣有很多指標(biāo)，其中壽命是用戶十分關(guān)心的問題之一。而電池的過充電、過放電和充電不足是引起電池故障最主要的原因，其中過充電、充電不足主要是充電方法不當(dāng)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，更嚴(yán)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(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過近十年的研究開發(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(xiàn)智能化充電，我們采用單片機(jī)作控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓、電流，使充電過程按理想的充電曲線進(jìn)行，達(dá)到既保護(hù)電池、又能使電池充滿的最優(yōu)效果。
1 智能充電器的硬件結(jié)構(gòu)
　　傳統(tǒng)的電池充電器采用電流負(fù)反饋的方法來達(dá)到恒流充電的目的。為了加入智能控制，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，我們打開電流反饋環(huán)，加入單片機(jī)及相關(guān)控制電路。硬件的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

單片機(jī)對(duì)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(zhuǎn)換輸入單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)電池不同的充電狀態(tài)采取不同的充電算法，通過D/A轉(zhuǎn)換輸出反饋電壓，對(duì)電源進(jìn)行控制，通過改變電池組端電壓來達(dá)到控制充電過程的目的。在充電過程中，單片機(jī)還擔(dān)負(fù)著平衡電池組中各電池的容量、防止電池過充電而損壞電池的任務(wù)。另外，針對(duì)不同種類的電池，只要根據(jù)不同電池的最佳充電曲線對(duì)控制器里的程序進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，就能對(duì)不同類型的電池進(jìn)行充電。
　　充電器系統(tǒng)中的主要控制部件是單片機(jī)。在目前的市場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(dāng)?shù)耐鈬娐罚涂梢越M成不錯(cuò)的充電器。但從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，普通的單片機(jī)就可以擔(dān)負(fù)控制器的任務(wù)。出于提高系統(tǒng)的集成性和可靠性的考慮，我們可以選擇內(nèi)部帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換的單片機(jī)作為控制器。在本文中，我們所選擇的是PHILIPS公司的8xC749單片機(jī)。該單片機(jī)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(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能；5路8位A/D轉(zhuǎn)換，可以作為電壓、電流、溫度檢測(cè)輸入；8位PWM輸出，經(jīng)濾波后可作為反饋電壓。
　　電池對(duì)充電過程中的環(huán)境溫度、電池溫度比較敏感，對(duì)于這些電池我們可以加入溫度測(cè)量電路。溫度測(cè)量有不同的方法，根據(jù)精度要求的不同可以采用不同的熱敏電阻、或者采用現(xiàn)有的溫度傳感器、溫度檢測(cè)模塊。充電器根據(jù)不同的環(huán)境、電池溫度采取不同的充電算法。
　　在單片機(jī)檢測(cè)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
　　根據(jù)清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室多年的研究，對(duì)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。