該快速充電器是為(wei)部隊(dui)在野(ye)戰條(tiao)件下工作而研(yan)制的(de)(de)，因此要求(qiu)其具有(you)體積小(xiao)、重量輕、智能化(hua)程度高(gao)、操作簡便等優點(dian)，同時對電(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)可(ke)(ke)靠性(xing)和抗干擾性(xing)提出(chu)了很高(gao)的(de)(de)要求(qiu)。有(you)穩壓供(gong)電(dian)(dian)(dian)和充電(dian)(dian)(dian)兩(liang)種(zhong)工作方式。穩壓供(gong)電(dian)(dian)(dian)時輸出(chu)恒(heng)定的(de)(de)24V；處(chu)于(yu)充電(dian)(dian)(dian)狀態時有(you)四種(zhong)充電(dian)(dian)(dian)方式：常(chang)規充電(dian)(dian)(dian)、快速充電(dian)(dian)(dian)、電(dian)(dian)(dian)池(chi)浮沖、電(dian)(dian)(dian)池(chi)訓練，可(ke)(ke)以為(wei)鎘(ge)鎳(nie)、氫(qing)鎳(nie)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)(dian)。

　1． 控制(zhi)系統總體(ti)設計要求

　　根據實際情況，本控(kong)制系(xi)統要完(wan)成(cheng)以下功能(neng)：

　　（1） 能(neng)自動(dong)識別(bie)電池(chi)的類型（鎳(nie)鎘(ge)電池(chi)、鎳(nie)氫電池(chi)、鋰電池(chi)）。

　　（2） 有(you)穩壓供(gong)電和充電兩種工作模(mo)式。

　　（3） 采(cai)用最(zui)高(gao)電壓(ya)Vmax、最(zui)高(gao)溫(wen)度Tmax、最(zui)長(chang)充電時間tmax、電壓(ya)負增長(chang)-△V、溫(wen)度變化率△T/△t等快速(su)充電中止法。

　　（4） 具(ju)有輸入交(jiao)流(liu)(liu)(liu)過壓(ya)保(bao)(bao)護、輸出直流(liu)(liu)(liu)過流(liu)(liu)(liu)保(bao)(bao)護、過充電保(bao)(bao)護等

　　（5） 通(tong)電后能自(zi)動檢測(ce)整個(ge)電源系統，有故障報警。

　　（6） 設有(you)電池開路(lu)、短路(lu)、反接保護。

　　（7） 具(ju)有硬件和(he)軟(ruan)件相結合(he)的雙重保護功能。

　　（8） 良好的(de)抗干(gan)擾(rao)能力。

　　2． 統硬件電(dian)路的設計

　　2.1　AT89S52單片機(ji)簡介

　　AT89S52是ATMEL公司(si)研制的(de)通(tong)用(yong)單片(pian)機。它在(zai)AT89S51單片(pian)機的(de)基礎(chu)上(shang)為P1口定義了第二功能，有六(liu)個外部中(zhong)斷、三個定時(shi)／計數器，以及(ji)四個全(quan)雙工的(de)串行(xing)通(tong)信口，同時(shi)在(zai)指令上(shang)與(yu)AT89S51兼容，對監控系統較為適用(yong)。

　　2.2　基于(yu)AT89S52的監控(kong)系(xi)統(tong)硬件電(dian)路設計

　　按(an)照上述(shu)系統設計要求，設計了(le)如圖(tu)1所示的監(jian)控系統。

　　（1） 微處理器：AT89S52非常適用于控(kong)制，他的(de)主(zhu)要(yao)結構(gou)和特點在(zai)前面已經(jing)介紹(shao)過了，為了滿足外圍接口(kou)電(dian)路的(de)需要(yao)，一般(ban)都(dou)要(yao)在(zai)輸出口(kou)處接鎖(suo)存驅動電(dian)路，這里我們采(cai)用的(de)是SN74HC573。

　　（2） 壓(ya)頻變(bian)換裝(zhuang)置：將模擬的電(dian)壓(ya)量轉化(hua)(hua)成頻率(lv)值，這是一種(zhong)A/D轉化(hua)(hua)方式，將輸出(chu)電(dian)壓(ya)U0采樣通過壓(ya)頻變(bian)換裝(zhuang)置傳(chuan)給單片機，壓(ya)頻轉化(hua)(hua)裝(zhuang)置我(wo)們(men)用的是National Semiconductor的LM331。

　　（3） 輸出控(kong)制(zhi)電路：單片(pian)機的輸出控(kong)制(zhi)信(xin)號(hao)通(tong)過電阻解碼(ma)網絡轉化成(cheng)模擬電壓值(zhi)，控(kong)制(zhi)電壓和電流比較器的基準值(zhi)，實現(xian)對外(wai)圍(wei)功(gong)率(lv)電路的控(kong)制(zhi)。

　　（4） 上電(dian)復位電(dian)路：為了防(fang)止(zhi)單片(pian)機的(de)程序飛跑，出現(xian)死鎖，我們采用MAXIM公(gong)司的(de)MAX813L系統監控(kong)集成芯(xin)片(pian)來實(shi)現(xian)對單片(pian)機的(de)監控(kong)，該芯(xin)片(pian)具有看(kan)門狗電(dian)路、門限值檢測器、手動復位等功能。

　　（5） 輸入控制和(he)(he)數碼顯(xian)示(shi)(shi)電路(lu)：包括(kuo)按鍵(jian)和(he)(he)顯(xian)示(shi)(shi)部分。通過簡單(dan)的按鍵(jian)選擇(ze)，實現運(yun)行(xing)方式選擇(ze)、復位及故障的顯(xian)示(shi)(shi)。顯(xian)示(shi)(shi)部分采用SN74HC573驅動兩個8位七段LED顯(xian)示(shi)(shi)；同(tong)時通過發光(guang)二極管(guan)和(he)(he)蜂鳴器(qi)提示(shi)(shi)運(yun)行(xing)狀態。

　　（6） 護(hu)告警電路：通過硬件電路實現(xian)(xian)保護(hu)，給單片機(ji)中斷管腳發出脈沖信號，引發中斷程序實現(xian)(xian)保護(hu)，并(bing)引發蜂(feng)鳴(ming)器告警。

  　下面介(jie)紹本系(xi)統中的一些關鍵(jian)性電路

　　2.2.1　恒壓(ya)恒流模塊(kuai)

　　恒(heng)壓恒(heng)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路是整個智能充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)(qi)的關鍵(jian)部分(fen)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路結構見圖2。恒(heng)流(liu)(liu)恒(heng)壓電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路由SR12單片(pian)機片(pian)內(nei)模擬(ni)(ni)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路模塊和片(pian)外的MOSFET開關管、肖(xiao)特基二極管、濾波電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)感(gan)、濾波電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容等(deng)器(qi)(qi)(qi)件組(zu)(zu)成(cheng)。模擬(ni)(ni)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路模塊是SR12的特有部件，圖3為它的結構框(kuang)圖。它由輸(shu)(shu)入多路開關、兩組(zu)(zu)溫 度(du)(du) 傳 感(gan)器(qi)(qi)(qi)Rsense0.01Ω可程(cheng)控放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)、片(pian)內(nei)溫度(du)(du)傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)檢(jian)測(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路等(deng)組(zu)(zu)成(cheng)。可程(cheng)控放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)總放(fang)(fang)大(da)倍數為1～256。放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)的輸(shu)(shu)入可選擇為兩路模擬(ni)(ni)輸(shu)(shu)入腳(jiao)（ATD0、ATD1）、片(pian)內(nei)溫度(du)(du)傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)、模擬(ni)(ni)地輸(shu)(shu)入（VSSAM）。ATD0和VSSAM間(jian)可接一個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)檢(jian)測(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻，用于測(ce)(ce)量外部電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，它還連(lian)接至(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)檢(jian)測(ce)(ce)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路，可在電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)超過(guo)指定值時產生(sheng)中斷并輸(shu)(shu)出信號。

　　圖(tu)2 恒(heng)壓恒(heng)流電路(lu)

　　2.2.2　放電模塊

　　快速充電的硬件(jian)電路(lu)圖如下所示(shi)

　　圖3　放電器(qi)部分電路

　　快速充電(dian)的(de)原理(li)是通(tong)過(guo)電(dian)池(chi)兩端不斷的(de)充放電(dian)來提(ti)高充電(dian)效(xiao)率，從而減少了充電(dian)時(shi)間。放電(dian)器(qi)部分(fen)利用(yong)電(dian)壓(ya)比較(jiao)器(qi)，在5腳設(she)置電(dian)壓(ya)基準，6腳通(tong)過(guo)一個(ge)二極(ji)管(guan)和(he)電(dian)阻同單片機(ji)相連(lian)，單片機(ji)接受外(wai)部控制指令，通(tong)過(guo)計(ji)數器(qi)控制TDIS端電(dian)平(ping)的(de)高低；比較(jiao)器(qi)的(de)輸出應用(yong)兩個(ge)三極(ji)管(guan)級聯(lian)，改善了靜態工作點。

　　快速充電時(shi)，AT89S52單片(pian)機必須不斷檢(jian)測以下(xia)幾(ji)項關(guan)鍵技術指標：電路(lu)是否(fou)(fou)出現(xian)斷路(lu)、電池是否(fou)(fou)出現(xian)不均衡現(xian)象、電池是否(fou)(fou)達(da)到規定的安全電壓、電池是否(fou)(fou)溫度過高、電池是否(fou)(fou)滿(man)足-△V或△T/△t條件(jian)。

　　2.2.3　壓(ya)頻變換(huan)模塊

　　圖4　壓頻變換器

　　壓(ya)頻變(bian)(bian)換器本質上是A/D變(bian)(bian)換器，上圖(tu)是由LM331N組成的(de)壓(ya)頻變(bian)(bian)換電路，它將輸出的(de)電壓(ya)信號轉變(bian)(bian)成頻率，接入單(dan)片機的(de)計(ji)數器接口，通(tong)過計(ji)數器的(de)計(ji)數計(ji)算出輸出電壓(ya)的(de)大小。該型號壓(ya)頻變(bian)(bian)換器V/F變(bian)(bian)換公式是：

　　4． 系(xi)統軟件設計(ji)

　　圖(tu)5　軟件流程圖(tu)

　　主(zhu)程(cheng)(cheng)序流(liu)程(cheng)(cheng)圖如圖2所示。系統上電復位后(hou)，首先(xian)對(dui)單片機、外圍芯片及控制(zhi)狀(zhuang)態(tai)進(jin)(jin)行(xing)初始化；然(ran)后(hou)設置(zhi)輸出(chu)控制(zhi)口的(de)電壓閥值，通過讀取輸出(chu)電壓的(de)值來判斷系統是(shi)(shi)否(fou)(fou)正常(chang)，若(ruo)(ruo)正常(chang)則(ze)(ze)(ze)(ze)進(jin)(jin)入功(gong)能設置(zhi)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)，否(fou)(fou)則(ze)(ze)(ze)(ze)轉(zhuan)故(gu)(gu)(gu)障(zhang)處(chu)理；進(jin)(jin)入功(gong)能控制(zhi)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)后(hou)，用戶可(ke)以(yi)通過按(an)鍵設置(zhi)系統的(de)工作(zuo)狀(zhuang)態(tai)，是(shi)(shi)供電模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)還(huan)是(shi)(shi)充(chong)電模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)。然(ran)后(hou)按(an)下確定(ding)按(an)鈕，系統進(jin)(jin)入相應的(de)工作(zuo)模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)。若(ruo)(ruo)是(shi)(shi)供電模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)，單片機將(jiang)(jiang)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)(ce)各主(zhu)要參量若(ruo)(ruo)發現故(gu)(gu)(gu)障(zhang)或過流(liu)過壓則(ze)(ze)(ze)(ze)轉(zhuan)故(gu)(gu)(gu)障(zhang)處(chu)理模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)，沒有的(de)話(hua)繼續監(jian)測(ce)(ce)。若(ruo)(ruo)是(shi)(shi)充(chong)電模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)，插(cha)入電池(chi)后(hou)系統將(jiang)(jiang)監(jian)測(ce)(ce)是(shi)(shi)否(fou)(fou)反接(jie)，是(shi)(shi)則(ze)(ze)(ze)(ze)提出(chu)告警，否(fou)(fou)則(ze)(ze)(ze)(ze)將(jiang)(jiang)進(jin)(jin)入充(chong)電狀(zhuang)態(tai)，在此過程(cheng)(cheng)中故(gu)(gu)(gu)障(zhang)檢測(ce)(ce)的(de)過程(cheng)(cheng)和供電模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)相同，但(dan)充(chong)電模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)中有充(chong)電中止算(suan)法和定(ding)時(shi)算(suan)法，都是(shi)(shi)判斷電池(chi)是(shi)(shi)否(fou)(fou)充(chong)滿的(de)算(suan)法。

　　4． 　　以單片機AT89S52為核心的智能充電器制(zhi)成后，經過半年的調試(shi)和(he)運行，各項指標基(ji)本上達到了(le)(le)(le)設計要求(qiu)，由于(yu)在(zai)制(zhi)作過程(cheng)中充(chong)分(fen)利用了(le)(le)(le)各模塊的功能，使該充(chong)電器的集(ji)成度大大提(ti)高，從而減小了(le)(le)(le)體(ti)積，更有利于(yu)在(zai)野外條件下工(gong)作，提(ti)高了(le)(le)(le)系統的可可靠性。