該快速充電器是為部隊在野戰條(tiao)件下工作而研制的(de)，因此要(yao)求(qiu)其(qi)具有體積小(xiao)、重量輕、智(zhi)能化(hua)程度高、操作簡便等優點，同時(shi)對電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)的(de)可靠性和(he)抗(kang)干擾性提(ti)出了很高的(de)要(yao)求(qiu)。有穩壓供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)和(he)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)兩種工作方式(shi)(shi)。穩壓供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)輸出恒定(ding)的(de)24V；處于(yu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)狀態時(shi)有四種充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)方式(shi)(shi)：常規充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)、快速充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)、電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)浮沖、電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)訓練，可以為鎘(ge)鎳、氫鎳蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)。

　1． 控(kong)制系統總體設計要求

　　根據實際情況(kuang)，本控制系統要完成(cheng)以(yi)下功能：

　　（1） 能自動識別電(dian)池的類型（鎳(nie)鎘電(dian)池、鎳(nie)氫電(dian)池、鋰電(dian)池）。

　　（2） 有穩(wen)壓(ya)供電和充電兩種工作模式。

　　（3） 采用最(zui)高電(dian)壓Vmax、最(zui)高溫度(du)Tmax、最(zui)長(chang)充(chong)電(dian)時(shi)間tmax、電(dian)壓負增長(chang)-△V、溫度(du)變化率△T/△t等(deng)快速充(chong)電(dian)中止法。

　　（4） 具有輸(shu)入交流(liu)(liu)過(guo)(guo)壓保(bao)護、輸(shu)出(chu)直(zhi)流(liu)(liu)過(guo)(guo)流(liu)(liu)保(bao)護、過(guo)(guo)充(chong)電保(bao)護等

　　（5） 通電后能自動檢測整個電源(yuan)系統(tong)，有故障報警。

　　（6） 設有電池開(kai)路、短路、反(fan)接保護。

　　（7） 具有硬件(jian)(jian)和軟件(jian)(jian)相結合(he)的雙重保(bao)護功能。

　　（8） 良好的抗干擾能力(li)。

　　2． 統硬件電(dian)路的設計

　　2.1　AT89S52單片機簡介(jie)

　　AT89S52是ATMEL公司研制的通用單(dan)片(pian)機。它(ta)在AT89S51單(dan)片(pian)機的基(ji)礎上為P1口定(ding)義(yi)了第二功能(neng)，有六個(ge)(ge)外部中(zhong)斷、三(san)個(ge)(ge)定(ding)時(shi)(shi)／計數器，以及四(si)個(ge)(ge)全(quan)雙工的串行通信(xin)口，同時(shi)(shi)在指令上與(yu)AT89S51兼容，對監控(kong)系統(tong)較為適用。

　　2.2　基于AT89S52的監(jian)控系統硬件(jian)電路設計

　　按(an)照上述(shu)系統設(she)(she)計(ji)(ji)要(yao)求，設(she)(she)計(ji)(ji)了如圖1所示的監控系統。

　　（1） 微(wei)處理器：AT89S52非常適用于(yu)控制，他的(de)主要結構和(he)特點在(zai)前(qian)面已(yi)經介(jie)紹過了(le)，為了(le)滿(man)足外圍接(jie)口電(dian)路的(de)需要，一般都(dou)要在(zai)輸(shu)出口處接(jie)鎖存(cun)驅動(dong)電(dian)路，這里我們采用的(de)是SN74HC573。

　　（2） 壓(ya)頻變(bian)換裝(zhuang)置：將模擬的(de)電壓(ya)量轉(zhuan)化成頻率值(zhi)，這是一種A/D轉(zhuan)化方(fang)式，將輸出電壓(ya)U0采樣通過(guo)壓(ya)頻變(bian)換裝(zhuang)置傳給單片(pian)機，壓(ya)頻轉(zhuan)化裝(zhuang)置我們用的(de)是National Semiconductor的(de)LM331。

　　（3） 輸(shu)出控(kong)(kong)制(zhi)電(dian)(dian)路：單片機的(de)(de)輸(shu)出控(kong)(kong)制(zhi)信號通過(guo)電(dian)(dian)阻解(jie)碼網絡轉化成模擬電(dian)(dian)壓值，控(kong)(kong)制(zhi)電(dian)(dian)壓和電(dian)(dian)流(liu)比(bi)較器的(de)(de)基準值，實現對外(wai)圍功率電(dian)(dian)路的(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)。

　　（4） 上電復(fu)位電路：為了防止單片(pian)(pian)機的(de)程(cheng)序飛跑，出現死鎖，我們(men)采用MAXIM公(gong)司的(de)MAX813L系統監控集成芯片(pian)(pian)來實現對單片(pian)(pian)機的(de)監控，該芯片(pian)(pian)具有看門(men)狗電路、門(men)限值(zhi)檢測(ce)器(qi)、手動復(fu)位等功能。

　　（5） 輸入控制和(he)數(shu)碼顯(xian)示電路：包括按鍵和(he)顯(xian)示部分。通(tong)過(guo)簡單的(de)(de)按鍵選擇，實現運(yun)行方(fang)式選擇、復位及故障的(de)(de)顯(xian)示。顯(xian)示部分采用SN74HC573驅動(dong)兩個(ge)8位七段LED顯(xian)示；同時通(tong)過(guo)發光二極管和(he)蜂鳴器(qi)提(ti)示運(yun)行狀態(tai)。

　　（6） 護告警(jing)電路：通過硬件(jian)電路實(shi)現保護，給單片(pian)機中斷(duan)(duan)管(guan)腳發出脈(mo)沖信號，引發中斷(duan)(duan)程序實(shi)現保護，并引發蜂鳴器告警(jing)。

  　下面介紹本(ben)系統中(zhong)的(de)一些關(guan)鍵性電路

　　2.2.1　恒壓恒流(liu)模塊

　　恒(heng)壓(ya)恒(heng)流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)路是整個智能充(chong)電(dian)(dian)器(qi)的(de)關鍵部(bu)分，電(dian)(dian)路結構見(jian)圖2。恒(heng)流(liu)(liu)(liu)恒(heng)壓(ya)電(dian)(dian)路由SR12單(dan)片機(ji)片內(nei)(nei)(nei)模(mo)擬電(dian)(dian)路模(mo)塊(kuai)和(he)片外的(de)MOSFET開關管(guan)、肖特基二極管(guan)、濾(lv)波電(dian)(dian)感(gan)、濾(lv)波電(dian)(dian)容等(deng)器(qi)件組(zu)(zu)成。模(mo)擬電(dian)(dian)路模(mo)塊(kuai)是SR12的(de)特有部(bu)件，圖3為它的(de)結構框圖。它由輸(shu)(shu)入(ru)(ru)多路開關、兩(liang)組(zu)(zu)溫(wen) 度(du) 傳(chuan) 感(gan)器(qi)Rsense0.01Ω可程(cheng)控放大(da)器(qi)、片內(nei)(nei)(nei)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)、電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)檢(jian)測電(dian)(dian)路等(deng)組(zu)(zu)成。可程(cheng)控放大(da)器(qi)總放大(da)倍(bei)數為1～256。放大(da)器(qi)的(de)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)可選擇為兩(liang)路模(mo)擬輸(shu)(shu)入(ru)(ru)腳（ATD0、ATD1）、片內(nei)(nei)(nei)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)、模(mo)擬地輸(shu)(shu)入(ru)(ru)（VSSAM）。ATD0和(he)VSSAM間可接(jie)一(yi)個電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)檢(jian)測電(dian)(dian)阻(zu)，用(yong)于測量外部(bu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)，它還連接(jie)至(zhi)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)檢(jian)測電(dian)(dian)路，可在(zai)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)超過指定值時產生中斷并輸(shu)(shu)出信號。

　　圖2 恒壓恒流電路

　　2.2.2　放電模塊(kuai)

　　快速(su)充電的硬(ying)件電路圖如(ru)下所示

　　圖3　放電(dian)器(qi)部分電(dian)路

　　快速充電(dian)(dian)的(de)(de)原(yuan)理是通過電(dian)(dian)池兩端不(bu)斷(duan)的(de)(de)充放電(dian)(dian)來提高充電(dian)(dian)效率，從而減少了充電(dian)(dian)時(shi)間(jian)。放電(dian)(dian)器(qi)部分利用電(dian)(dian)壓比較(jiao)器(qi)，在5腳(jiao)設置電(dian)(dian)壓基準(zhun)，6腳(jiao)通過一個二(er)極(ji)管和電(dian)(dian)阻同單(dan)片(pian)機(ji)相(xiang)連，單(dan)片(pian)機(ji)接受外(wai)部控(kong)制(zhi)指令，通過計數器(qi)控(kong)制(zhi)TDIS端電(dian)(dian)平(ping)的(de)(de)高低；比較(jiao)器(qi)的(de)(de)輸出應用兩個三(san)極(ji)管級聯，改(gai)善了靜態工作點。

　　快(kuai)速(su)充電(dian)(dian)時，AT89S52單片機必須不(bu)斷檢測(ce)以下(xia)幾項(xiang)關鍵(jian)技術指(zhi)標：電(dian)(dian)路是否出現斷路、電(dian)(dian)池(chi)是否出現不(bu)均衡(heng)現象、電(dian)(dian)池(chi)是否達到(dao)規定的安全電(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)池(chi)是否溫度過高、電(dian)(dian)池(chi)是否滿足-△V或△T/△t條件。

　　2.2.3　壓頻變換模塊

　　圖4　壓頻變換器(qi)

　　壓(ya)(ya)頻(pin)變換(huan)(huan)器(qi)本質(zhi)上是A/D變換(huan)(huan)器(qi)，上圖(tu)是由LM331N組成的壓(ya)(ya)頻(pin)變換(huan)(huan)電路，它將輸出(chu)的電壓(ya)(ya)信(xin)號(hao)轉變成頻(pin)率，接入(ru)單片機的計數(shu)器(qi)接口，通(tong)過(guo)計數(shu)器(qi)的計數(shu)計算(suan)出(chu)輸出(chu)電壓(ya)(ya)的大(da)小。該型號(hao)壓(ya)(ya)頻(pin)變換(huan)(huan)器(qi)V/F變換(huan)(huan)公式是：

　　4． 系統軟件設計

　　圖5　軟件流(liu)程圖

　　主程序流(liu)程圖(tu)如(ru)圖(tu)2所示。系統(tong)上電(dian)(dian)復(fu)位后(hou)(hou)，首先對單(dan)(dan)片機、外圍芯(xin)片及控(kong)制(zhi)狀態(tai)(tai)進行初(chu)始化；然后(hou)(hou)設(she)(she)置(zhi)輸出控(kong)制(zhi)口(kou)的(de)電(dian)(dian)壓(ya)閥(fa)值，通過讀取輸出電(dian)(dian)壓(ya)的(de)值來判斷系統(tong)是(shi)否(fou)(fou)(fou)正常，若(ruo)正常則(ze)(ze)進入(ru)功能設(she)(she)置(zhi)模(mo)塊(kuai)，否(fou)(fou)(fou)則(ze)(ze)轉故障(zhang)處理；進入(ru)功能控(kong)制(zhi)模(mo)塊(kuai)后(hou)(hou)，用戶可以通過按(an)鍵設(she)(she)置(zhi)系統(tong)的(de)工作狀態(tai)(tai)，是(shi)供電(dian)(dian)模(mo)式還(huan)是(shi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)模(mo)式。然后(hou)(hou)按(an)下確(que)定按(an)鈕，系統(tong)進入(ru)相應的(de)工作模(mo)式。若(ruo)是(shi)供電(dian)(dian)模(mo)式，單(dan)(dan)片機將(jiang)實時監測各主要(yao)參量若(ruo)發現故障(zhang)或過流(liu)過壓(ya)則(ze)(ze)轉故障(zhang)處理模(mo)塊(kuai)，沒有(you)的(de)話繼續監測。若(ruo)是(shi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)模(mo)式，插入(ru)電(dian)(dian)池后(hou)(hou)系統(tong)將(jiang)監測是(shi)否(fou)(fou)(fou)反接，是(shi)則(ze)(ze)提出告警，否(fou)(fou)(fou)則(ze)(ze)將(jiang)進入(ru)充(chong)(chong)電(dian)(dian)狀態(tai)(tai)，在此過程中故障(zhang)檢(jian)測的(de)過程和供電(dian)(dian)模(mo)式相同，但充(chong)(chong)電(dian)(dian)模(mo)塊(kuai)中有(you)充(chong)(chong)電(dian)(dian)中止算(suan)(suan)法(fa)和定時算(suan)(suan)法(fa)，都是(shi)判斷電(dian)(dian)池是(shi)否(fou)(fou)(fou)充(chong)(chong)滿的(de)算(suan)(suan)法(fa)。

　　4． 　　以單片機AT89S52為核心的智能充電器制成后，經(jing)過(guo)半年的(de)(de)調試和運行，各(ge)項指(zhi)標(biao)基本上達到(dao)了設計要求，由于在制作過(guo)程中充分利用了各(ge)模塊的(de)(de)功能，使該充電器(qi)的(de)(de)集成度(du)大(da)大(da)提高(gao)，從而減小了體(ti)積(ji)，更(geng)有利于在野外條(tiao)件下工作，提高(gao)了系統的(de)(de)可可靠(kao)性。