該快速充電器是為部(bu)隊在(zai)野戰條(tiao)件下工作(zuo)而研(yan)制(zhi)的，因(yin)此(ci)要求(qiu)(qiu)其具(ju)有(you)(you)體積小、重量輕(qing)、智能化程度高、操作(zuo)簡便等優點(dian)，同時(shi)(shi)對電(dian)(dian)(dian)源(yuan)的可靠性和(he)抗干擾性提出了很高的要求(qiu)(qiu)。有(you)(you)穩(wen)壓(ya)供(gong)電(dian)(dian)(dian)和(he)充電(dian)(dian)(dian)兩種工作(zuo)方(fang)式(shi)。穩(wen)壓(ya)供(gong)電(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)輸出恒(heng)定的24V；處于充電(dian)(dian)(dian)狀態時(shi)(shi)有(you)(you)四種充電(dian)(dian)(dian)方(fang)式(shi)：常(chang)規(gui)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(xun)練，可以為鎘鎳、氫(qing)鎳蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)(dian)。

　1． 控(kong)制系統總體設計要求

　　根據實際情況，本控制系統要完成(cheng)以下功能(neng)：

　　（1） 能自動識別電(dian)池(chi)的類型（鎳鎘電(dian)池(chi)、鎳氫電(dian)池(chi)、鋰電(dian)池(chi)）。

　　（2） 有穩(wen)壓供電和充電兩種工作模式。

　　（3） 采用最(zui)高電(dian)(dian)壓Vmax、最(zui)高溫度Tmax、最(zui)長充電(dian)(dian)時(shi)間tmax、電(dian)(dian)壓負增長-△V、溫度變化率△T/△t等快速充電(dian)(dian)中止法。

　　（4） 具有輸入交流(liu)過(guo)壓(ya)保(bao)護(hu)(hu)、輸出(chu)直流(liu)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)(hu)、過(guo)充電保(bao)護(hu)(hu)等

　　（5） 通電(dian)后能自動(dong)檢測整個電(dian)源系統，有故障(zhang)報警。

　　（6） 設有電池開路(lu)、短路(lu)、反(fan)接保護。

　　（7） 具(ju)有硬件和軟(ruan)件相結(jie)合的雙重保護功(gong)能。

　　（8） 良好的抗干擾能力。

　　2． 統硬件電路(lu)的(de)設計

　　2.1　AT89S52單片(pian)機簡介

　　AT89S52是ATMEL公司研制的通(tong)用(yong)單片機。它在(zai)(zai)AT89S51單片機的基礎上為(wei)P1口定義了(le)第二功能，有六個(ge)外部中斷、三個(ge)定時／計數器，以及四個(ge)全(quan)雙工的串行(xing)通(tong)信(xin)口，同時在(zai)(zai)指令上與AT89S51兼(jian)容，對監控系統(tong)較為(wei)適(shi)用(yong)。

　　2.2　基于AT89S52的監控系統硬件(jian)電路設計

　　按照上(shang)述系統設(she)計要(yao)求，設(she)計了如(ru)圖1所示的(de)監控系統。

　　（1） 微處(chu)理器：AT89S52非常適(shi)用于(yu)控制，他的主要結構和特(te)點在前面已經(jing)介(jie)紹(shao)過了(le)，為了(le)滿(man)足外圍接(jie)(jie)口(kou)(kou)電路(lu)的需要，一般都(dou)要在輸(shu)出口(kou)(kou)處(chu)接(jie)(jie)鎖(suo)存(cun)驅動電路(lu)，這里我們(men)采用的是(shi)SN74HC573。

　　（2） 壓頻(pin)變換(huan)裝(zhuang)(zhuang)置：將模擬(ni)的(de)電壓量轉(zhuan)化成頻(pin)率值，這(zhe)是(shi)一(yi)種A/D轉(zhuan)化方式(shi)，將輸出(chu)電壓U0采樣(yang)通過壓頻(pin)變換(huan)裝(zhuang)(zhuang)置傳(chuan)給單片機，壓頻(pin)轉(zhuan)化裝(zhuang)(zhuang)置我們用的(de)是(shi)National Semiconductor的(de)LM331。

　　（3） 輸出控(kong)制(zhi)電(dian)(dian)路：單片機的(de)輸出控(kong)制(zhi)信號通過電(dian)(dian)阻解碼網(wang)絡轉化成模擬電(dian)(dian)壓值，控(kong)制(zhi)電(dian)(dian)壓和電(dian)(dian)流(liu)比較(jiao)器(qi)的(de)基準(zhun)值，實現對外圍(wei)功率電(dian)(dian)路的(de)控(kong)制(zhi)。

　　（4） 上電(dian)(dian)復(fu)位(wei)電(dian)(dian)路(lu)：為了防止單(dan)片(pian)機的(de)程序飛(fei)跑，出現(xian)死鎖，我們采用MAXIM公司的(de)MAX813L系統監(jian)控集成芯片(pian)來實(shi)現(xian)對單(dan)片(pian)機的(de)監(jian)控，該芯片(pian)具有(you)看(kan)門狗電(dian)(dian)路(lu)、門限(xian)值檢測器、手動復(fu)位(wei)等功(gong)能。

　　（5） 輸入控制和數碼顯(xian)示電路：包括按鍵(jian)和顯(xian)示部(bu)分。通過(guo)簡(jian)單的按鍵(jian)選擇，實現(xian)運行方式(shi)選擇、復位及故障的顯(xian)示。顯(xian)示部(bu)分采用SN74HC573驅動兩個8位七段LED顯(xian)示；同時(shi)通過(guo)發光二極管和蜂鳴(ming)器(qi)提示運行狀態。

　　（6） 護(hu)告警(jing)電路(lu)：通過硬件電路(lu)實(shi)現(xian)保護(hu)，給單片(pian)機中斷(duan)管腳發(fa)出(chu)脈沖信號，引(yin)發(fa)中斷(duan)程序實(shi)現(xian)保護(hu)，并引(yin)發(fa)蜂鳴器告警(jing)。

  　下面介(jie)紹本系(xi)統中(zhong)的一些關鍵性電路

　　2.2.1　恒壓恒流模塊

　　恒壓恒流(liu)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)是整個(ge)智能充電(dian)(dian)器(qi)的關(guan)鍵部分，電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)結(jie)構見(jian)圖(tu)(tu)2。恒流(liu)恒壓電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)由(you)SR12單片(pian)(pian)機片(pian)(pian)內模(mo)(mo)擬(ni)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)模(mo)(mo)塊(kuai)和(he)片(pian)(pian)外的MOSFET開關(guan)管、肖(xiao)特基(ji)二極管、濾波電(dian)(dian)感(gan)、濾波電(dian)(dian)容(rong)等(deng)器(qi)件(jian)組(zu)成。模(mo)(mo)擬(ni)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)模(mo)(mo)塊(kuai)是SR12的特有部件(jian)，圖(tu)(tu)3為它的結(jie)構框圖(tu)(tu)。它由(you)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)多(duo)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)開關(guan)、兩組(zu)溫 度(du)(du) 傳(chuan) 感(gan)器(qi)Rsense0.01Ω可(ke)(ke)程控放(fang)大器(qi)、片(pian)(pian)內溫度(du)(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)、電(dian)(dian)流(liu)檢(jian)測電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)等(deng)組(zu)成。可(ke)(ke)程控放(fang)大器(qi)總放(fang)大倍數為1～256。放(fang)大器(qi)的輸(shu)(shu)入(ru)(ru)可(ke)(ke)選擇為兩路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)模(mo)(mo)擬(ni)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)腳（ATD0、ATD1）、片(pian)(pian)內溫度(du)(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)、模(mo)(mo)擬(ni)地(di)輸(shu)(shu)入(ru)(ru)（VSSAM）。ATD0和(he)VSSAM間可(ke)(ke)接(jie)一個(ge)電(dian)(dian)流(liu)檢(jian)測電(dian)(dian)阻，用于測量外部電(dian)(dian)流(liu)，它還連接(jie)至(zhi)電(dian)(dian)流(liu)檢(jian)測電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)，可(ke)(ke)在電(dian)(dian)流(liu)超(chao)過指定值時(shi)產生中斷并輸(shu)(shu)出信號。

　　圖2 恒壓恒流電路

　　2.2.2　放電(dian)模塊

　　快(kuai)速充電的硬(ying)件電路(lu)圖如下所示(shi)

　　圖3　放電(dian)器部分電(dian)路

　　快(kuai)速充電(dian)(dian)的原理是通過電(dian)(dian)池兩端不(bu)斷的充放(fang)電(dian)(dian)來提(ti)高充電(dian)(dian)效率，從而減少了(le)充電(dian)(dian)時間。放(fang)電(dian)(dian)器(qi)(qi)部(bu)分利用電(dian)(dian)壓比較(jiao)器(qi)(qi)，在5腳設(she)置電(dian)(dian)壓基準(zhun)，6腳通過一(yi)個二極(ji)管(guan)(guan)和電(dian)(dian)阻同單(dan)片機相連，單(dan)片機接受外部(bu)控(kong)制指令，通過計數器(qi)(qi)控(kong)制TDIS端電(dian)(dian)平的高低；比較(jiao)器(qi)(qi)的輸出應用兩個三(san)極(ji)管(guan)(guan)級聯(lian)，改善了(le)靜(jing)態工作點。

　　快(kuai)速充電(dian)(dian)時，AT89S52單片機(ji)必須不斷檢測(ce)以(yi)下幾項關鍵技術(shu)指標：電(dian)(dian)路是(shi)否(fou)出現(xian)斷路、電(dian)(dian)池是(shi)否(fou)出現(xian)不均衡現(xian)象、電(dian)(dian)池是(shi)否(fou)達(da)到規定(ding)的安(an)全(quan)電(dian)(dian)壓(ya)、電(dian)(dian)池是(shi)否(fou)溫(wen)度過高、電(dian)(dian)池是(shi)否(fou)滿(man)足-△V或△T/△t條件。

　　2.2.3　壓(ya)頻變(bian)換模塊

　　圖(tu)4　壓頻變(bian)換(huan)器(qi)

　　壓(ya)頻變(bian)(bian)(bian)換器本質上(shang)是(shi)A/D變(bian)(bian)(bian)換器，上(shang)圖是(shi)由LM331N組(zu)成的(de)壓(ya)頻變(bian)(bian)(bian)換電路，它將輸(shu)(shu)出(chu)的(de)電壓(ya)信號轉變(bian)(bian)(bian)成頻率，接入單片機的(de)計(ji)數(shu)器接口，通過計(ji)數(shu)器的(de)計(ji)數(shu)計(ji)算出(chu)輸(shu)(shu)出(chu)電壓(ya)的(de)大(da)小。該型號壓(ya)頻變(bian)(bian)(bian)換器V/F變(bian)(bian)(bian)換公式是(shi)：

　　4． 系統軟件設(she)計

　　圖(tu)5　軟件流程圖(tu)

　　主(zhu)程序流程圖如圖2所示。系統(tong)上(shang)電(dian)(dian)(dian)復位后，首先對單片(pian)機、外圍(wei)芯片(pian)及控制狀態(tai)(tai)(tai)進(jin)(jin)行初(chu)始化(hua)；然后設(she)置(zhi)輸(shu)出控制口(kou)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)閥值(zhi)(zhi)，通過(guo)(guo)讀取輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)值(zhi)(zhi)來判(pan)斷系統(tong)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)否正常，若正常則(ze)進(jin)(jin)入功能設(she)置(zhi)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)，否則(ze)轉故(gu)障(zhang)處(chu)理(li)；進(jin)(jin)入功能控制模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)后，用戶可(ke)以通過(guo)(guo)按鍵設(she)置(zhi)系統(tong)的(de)(de)工作狀態(tai)(tai)(tai)，是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)供電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式還是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式。然后按下(xia)確定按鈕(niu)，系統(tong)進(jin)(jin)入相應的(de)(de)工作模(mo)(mo)式。若是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)供電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式，單片(pian)機將實時監測(ce)(ce)各(ge)主(zhu)要參量(liang)若發(fa)現故(gu)障(zhang)或過(guo)(guo)流過(guo)(guo)壓(ya)則(ze)轉故(gu)障(zhang)處(chu)理(li)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)，沒有(you)的(de)(de)話(hua)繼(ji)續監測(ce)(ce)。若是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式，插入電(dian)(dian)(dian)池后系統(tong)將監測(ce)(ce)是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)否反接(jie)，是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)則(ze)提出告警，否則(ze)將進(jin)(jin)入充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)狀態(tai)(tai)(tai)，在此過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)故(gu)障(zhang)檢測(ce)(ce)的(de)(de)過(guo)(guo)程和(he)供電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式相同，但充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)中(zhong)(zhong)有(you)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)中(zhong)(zhong)止算(suan)法和(he)定時算(suan)法，都是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)判(pan)斷電(dian)(dian)(dian)池是(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)否充(chong)(chong)滿的(de)(de)算(suan)法。

　　4． 　　以單片機AT89S52為核心的智能充電器制成(cheng)后(hou)，經過半年的(de)調試和運行，各(ge)(ge)項指標基本上(shang)達到了(le)設(she)計要求，由于在(zai)制作過程中充分(fen)利(li)(li)用了(le)各(ge)(ge)模塊(kuai)的(de)功能(neng)，使該充電器的(de)集成(cheng)度大大提高，從而(er)減(jian)小了(le)體積，更有利(li)(li)于在(zai)野外條件(jian)下工作，提高了(le)系統(tong)的(de)可可靠性。