該快速充電器是為部隊在野戰條件(jian)下工作而研制的(de)，因此要(yao)求其具有體積小、重量輕、智能化程度高、操作簡便等(deng)優(you)點(dian)，同(tong)時對電(dian)(dian)(dian)源(yuan)的(de)可靠性和(he)(he)抗干擾性提(ti)出了很高的(de)要(yao)求。有穩壓供(gong)電(dian)(dian)(dian)和(he)(he)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)兩種工作方式。穩壓供(gong)電(dian)(dian)(dian)時輸出恒定(ding)的(de)24V；處(chu)于充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)狀(zhuang)態時有四種充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)方式：常規(gui)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)、快速充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)、電(dian)(dian)(dian)池浮沖(chong)、電(dian)(dian)(dian)池訓練，可以(yi)為鎘鎳、氫鎳蓄電(dian)(dian)(dian)池充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)。

　1． 控制系統總體設計要求

　　根據實際情況(kuang)，本控(kong)制(zhi)系統要(yao)完成(cheng)以下功能(neng)：

　　（1） 能自動識(shi)別電池的類型（鎳鎘電池、鎳氫(qing)電池、鋰電池）。

　　（2） 有穩(wen)壓(ya)供(gong)電(dian)和充電(dian)兩(liang)種工作模式。

　　（3） 采用最(zui)高電(dian)壓(ya)Vmax、最(zui)高溫度Tmax、最(zui)長(chang)充電(dian)時間tmax、電(dian)壓(ya)負增長(chang)-△V、溫度變化率△T/△t等快速充電(dian)中(zhong)止法。

　　（4） 具有(you)輸入交(jiao)流(liu)過(guo)(guo)壓保護、輸出直流(liu)過(guo)(guo)流(liu)保護、過(guo)(guo)充電保護等

　　（5） 通電后能自動檢測整個電源系統(tong)，有故障報警。

　　（6） 設(she)有電池開(kai)路、短路、反接保護。

　　（7） 具有硬件和軟件相結合的雙重保護功(gong)能。

　　（8） 良好的抗(kang)干擾(rao)能力。

　　2． 統(tong)硬件(jian)電路(lu)的設計

　　2.1　AT89S52單片機簡介

　　AT89S52是ATMEL公司研制的通用(yong)單片機。它在AT89S51單片機的基礎上為P1口定義了第二功(gong)能，有六(liu)個外部中斷、三個定時(shi)／計(ji)數器，以及(ji)四個全雙工的串行(xing)通信(xin)口，同時(shi)在指令上與AT89S51兼容，對(dui)監控系統較為適(shi)用(yong)。

　　2.2　基于AT89S52的(de)監控(kong)系統硬件電路設計

　　按照上述系(xi)統設計要求(qiu)，設計了(le)如圖1所(suo)示(shi)的監控系(xi)統。

　　（1） 微處理器(qi)：AT89S52非(fei)常適(shi)用(yong)于控(kong)制，他的主要(yao)結(jie)構和特點在(zai)前面已(yi)經介(jie)紹過了(le)(le)，為了(le)(le)滿足外圍接(jie)口(kou)(kou)電(dian)(dian)路的需要(yao)，一(yi)般都要(yao)在(zai)輸出口(kou)(kou)處接(jie)鎖存驅動電(dian)(dian)路，這(zhe)里我們采用(yong)的是SN74HC573。

　　（2） 壓(ya)頻變(bian)換裝置(zhi)：將模擬(ni)的(de)(de)電壓(ya)量轉(zhuan)化成頻率(lv)值，這(zhe)是一種A/D轉(zhuan)化方式，將輸出電壓(ya)U0采樣通過(guo)壓(ya)頻變(bian)換裝置(zhi)傳給單(dan)片(pian)機，壓(ya)頻轉(zhuan)化裝置(zhi)我們用的(de)(de)是National Semiconductor的(de)(de)LM331。

　　（3） 輸出(chu)控制(zhi)電(dian)路：單片機的輸出(chu)控制(zhi)信(xin)號通過電(dian)阻解碼網(wang)絡轉化成模擬電(dian)壓值(zhi)，控制(zhi)電(dian)壓和電(dian)流(liu)比較器的基(ji)準值(zhi)，實現對外圍功率電(dian)路的控制(zhi)。

　　（4） 上電復(fu)位(wei)電路：為了防止單片(pian)機的(de)程序飛(fei)跑，出現死鎖(suo)，我(wo)們(men)采用MAXIM公司(si)的(de)MAX813L系統監(jian)控集成芯片(pian)來(lai)實現對單片(pian)機的(de)監(jian)控，該芯片(pian)具有看(kan)門狗電路、門限值檢測器、手(shou)動復(fu)位(wei)等功能。

　　（5） 輸入控制和(he)數(shu)碼(ma)顯示(shi)(shi)(shi)電路：包括按(an)鍵和(he)顯示(shi)(shi)(shi)部分。通過(guo)簡單的按(an)鍵選擇，實現(xian)運行方式選擇、復(fu)位(wei)及故障的顯示(shi)(shi)(shi)。顯示(shi)(shi)(shi)部分采用SN74HC573驅動兩個(ge)8位(wei)七(qi)段LED顯示(shi)(shi)(shi)；同時通過(guo)發光(guang)二極管和(he)蜂鳴器提示(shi)(shi)(shi)運行狀態。

　　（6） 護(hu)告(gao)警(jing)電(dian)(dian)路：通過硬件電(dian)(dian)路實現保(bao)護(hu)，給單片(pian)機中(zhong)斷管腳(jiao)發出(chu)脈沖(chong)信號(hao)，引發中(zhong)斷程(cheng)序實現保(bao)護(hu)，并引發蜂(feng)鳴器(qi)告(gao)警(jing)。

  　下(xia)面介紹本系統(tong)中的一些關鍵性(xing)電路

　　2.2.1　恒壓恒流(liu)模塊

　　恒(heng)(heng)壓恒(heng)(heng)流(liu)(liu)電(dian)(dian)路(lu)是(shi)整個(ge)智(zhi)能充電(dian)(dian)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)關鍵部(bu)分，電(dian)(dian)路(lu)結構(gou)見圖2。恒(heng)(heng)流(liu)(liu)恒(heng)(heng)壓電(dian)(dian)路(lu)由SR12單片(pian)(pian)機(ji)片(pian)(pian)內(nei)模擬電(dian)(dian)路(lu)模塊和片(pian)(pian)外的(de)(de)(de)MOSFET開(kai)關管、肖特(te)基二(er)極管、濾(lv)波(bo)電(dian)(dian)感、濾(lv)波(bo)電(dian)(dian)容(rong)等器(qi)(qi)件(jian)組成。模擬電(dian)(dian)路(lu)模塊是(shi)SR12的(de)(de)(de)特(te)有(you)部(bu)件(jian)，圖3為(wei)它(ta)的(de)(de)(de)結構(gou)框圖。它(ta)由輸(shu)(shu)(shu)入(ru)多路(lu)開(kai)關、兩組溫(wen) 度(du) 傳(chuan) 感器(qi)(qi)Rsense0.01Ω可(ke)程控放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)、片(pian)(pian)內(nei)溫(wen)度(du)傳(chuan)感器(qi)(qi)、電(dian)(dian)流(liu)(liu)檢測電(dian)(dian)路(lu)等組成。可(ke)程控放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)總放(fang)大(da)(da)倍數(shu)為(wei)1～256。放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)可(ke)選擇為(wei)兩路(lu)模擬輸(shu)(shu)(shu)入(ru)腳(jiao)（ATD0、ATD1）、片(pian)(pian)內(nei)溫(wen)度(du)傳(chuan)感器(qi)(qi)、模擬地輸(shu)(shu)(shu)入(ru)（VSSAM）。ATD0和VSSAM間(jian)可(ke)接(jie)一個(ge)電(dian)(dian)流(liu)(liu)檢測電(dian)(dian)阻，用于測量外部(bu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)，它(ta)還(huan)連(lian)接(jie)至電(dian)(dian)流(liu)(liu)檢測電(dian)(dian)路(lu)，可(ke)在電(dian)(dian)流(liu)(liu)超過指定值時產生中斷并輸(shu)(shu)(shu)出信號。

　　圖2 恒壓(ya)恒流(liu)電路

　　2.2.2　放電(dian)模塊

　　快(kuai)速充(chong)電的(de)硬件電路圖如下所示

　　圖3　放電器部(bu)分電路

　　快速(su)充電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)原理是通(tong)過電(dian)(dian)(dian)(dian)池兩端不(bu)斷的(de)充放電(dian)(dian)(dian)(dian)來提(ti)高(gao)充電(dian)(dian)(dian)(dian)效(xiao)率，從而(er)減少(shao)了(le)充電(dian)(dian)(dian)(dian)時間(jian)。放電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)部(bu)分利用電(dian)(dian)(dian)(dian)壓比較(jiao)器(qi)(qi)，在5腳設置電(dian)(dian)(dian)(dian)壓基(ji)準，6腳通(tong)過一個二極(ji)管和電(dian)(dian)(dian)(dian)阻同單(dan)片(pian)機相連(lian)，單(dan)片(pian)機接受外部(bu)控制指令，通(tong)過計(ji)數器(qi)(qi)控制TDIS端電(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)的(de)高(gao)低(di)；比較(jiao)器(qi)(qi)的(de)輸出應用兩個三極(ji)管級聯(lian)，改善了(le)靜態工作點。

　　快速充(chong)電(dian)時，AT89S52單片機(ji)必須不斷(duan)(duan)檢測以下幾項關鍵技(ji)術指標：電(dian)路(lu)是(shi)(shi)否(fou)(fou)出(chu)現斷(duan)(duan)路(lu)、電(dian)池(chi)是(shi)(shi)否(fou)(fou)出(chu)現不均衡現象、電(dian)池(chi)是(shi)(shi)否(fou)(fou)達到規定的安全電(dian)壓、電(dian)池(chi)是(shi)(shi)否(fou)(fou)溫度過高、電(dian)池(chi)是(shi)(shi)否(fou)(fou)滿足-△V或△T/△t條件(jian)。

　　2.2.3　壓頻變換模塊

　　圖4　壓頻(pin)變換器

　　壓(ya)頻變(bian)(bian)(bian)換(huan)器(qi)本質上(shang)是(shi)A/D變(bian)(bian)(bian)換(huan)器(qi)，上(shang)圖是(shi)由LM331N組成的壓(ya)頻變(bian)(bian)(bian)換(huan)電(dian)路(lu)，它將(jiang)輸出的電(dian)壓(ya)信號轉變(bian)(bian)(bian)成頻率，接入單(dan)片機的計(ji)數(shu)(shu)器(qi)接口，通過計(ji)數(shu)(shu)器(qi)的計(ji)數(shu)(shu)計(ji)算(suan)出輸出電(dian)壓(ya)的大(da)小。該型號壓(ya)頻變(bian)(bian)(bian)換(huan)器(qi)V/F變(bian)(bian)(bian)換(huan)公式(shi)是(shi)：

　　4． 系(xi)統軟(ruan)件設計(ji)

　　圖5　軟件(jian)流程圖

　　主程(cheng)(cheng)序流程(cheng)(cheng)圖(tu)如圖(tu)2所示。系(xi)統(tong)(tong)上電(dian)(dian)復位后(hou)(hou)，首先對單(dan)片機、外圍芯片及控(kong)制狀(zhuang)(zhuang)態(tai)進(jin)行初始化；然后(hou)(hou)設置(zhi)輸(shu)(shu)出(chu)控(kong)制口的(de)電(dian)(dian)壓閥(fa)值，通過(guo)讀取輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓的(de)值來判斷(duan)系(xi)統(tong)(tong)是(shi)(shi)(shi)(shi)否(fou)正(zheng)常，若正(zheng)常則進(jin)入(ru)功能設置(zhi)模塊，否(fou)則轉故障處(chu)(chu)理；進(jin)入(ru)功能控(kong)制模塊后(hou)(hou)，用戶(hu)可以通過(guo)按鍵設置(zhi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)工作狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，是(shi)(shi)(shi)(shi)供電(dian)(dian)模式(shi)(shi)還是(shi)(shi)(shi)(shi)充(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)模式(shi)(shi)。然后(hou)(hou)按下確定(ding)按鈕，系(xi)統(tong)(tong)進(jin)入(ru)相應的(de)工作模式(shi)(shi)。若是(shi)(shi)(shi)(shi)供電(dian)(dian)模式(shi)(shi)，單(dan)片機將(jiang)(jiang)實時監測各主要參(can)量(liang)若發現故障或過(guo)流過(guo)壓則轉故障處(chu)(chu)理模塊，沒有的(de)話繼(ji)續監測。若是(shi)(shi)(shi)(shi)充(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)模式(shi)(shi)，插入(ru)電(dian)(dian)池后(hou)(hou)系(xi)統(tong)(tong)將(jiang)(jiang)監測是(shi)(shi)(shi)(shi)否(fou)反接，是(shi)(shi)(shi)(shi)則提出(chu)告警，否(fou)則將(jiang)(jiang)進(jin)入(ru)充(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，在此過(guo)程(cheng)(cheng)中故障檢測的(de)過(guo)程(cheng)(cheng)和供電(dian)(dian)模式(shi)(shi)相同，但充(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)模塊中有充(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)中止算(suan)法(fa)和定(ding)時算(suan)法(fa)，都是(shi)(shi)(shi)(shi)判斷(duan)電(dian)(dian)池是(shi)(shi)(shi)(shi)否(fou)充(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)滿的(de)算(suan)法(fa)。

　　4． 　　以單片機AT89S52為核心的智能充電器制(zhi)成(cheng)(cheng)后，經(jing)過半年的(de)調(diao)試(shi)和運行，各項指標基本上達到了設(she)計(ji)要求，由(you)于在制(zhi)作(zuo)過程中(zhong)充分(fen)利(li)用了各模塊的(de)功能，使該充電器(qi)的(de)集成(cheng)(cheng)度大(da)大(da)提高，從而(er)減(jian)小了體(ti)積，更(geng)有利(li)于在野外條件下工作(zuo)，提高了系(xi)統的(de)可可靠性。