該快速充電器是為(wei)部隊在野戰(zhan)條件下工作而研制(zhi)的(de)，因此要求其(qi)具有(you)體積(ji)小(xiao)、重量輕、智能化(hua)程度高、操作簡便等優點，同時(shi)(shi)對電(dian)(dian)源(yuan)的(de)可靠性和抗(kang)干(gan)擾(rao)性提出了很高的(de)要求。有(you)穩(wen)壓(ya)供(gong)電(dian)(dian)和充(chong)電(dian)(dian)兩(liang)種工作方式。穩(wen)壓(ya)供(gong)電(dian)(dian)時(shi)(shi)輸出恒定的(de)24V；處于充(chong)電(dian)(dian)狀(zhuang)態時(shi)(shi)有(you)四種充(chong)電(dian)(dian)方式：常(chang)規充(chong)電(dian)(dian)、快速充(chong)電(dian)(dian)、電(dian)(dian)池(chi)浮沖(chong)、電(dian)(dian)池(chi)訓(xun)練，可以為(wei)鎘鎳、氫(qing)鎳蓄電(dian)(dian)池(chi)充(chong)電(dian)(dian)。

　1． 控制系統總體(ti)設計要求

　　根據實際情況，本(ben)控(kong)制系統要完成以下功(gong)能：

　　（1） 能自動識別電池的類型（鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池）。

　　（2） 有(you)穩(wen)壓(ya)供電(dian)和充電(dian)兩(liang)種(zhong)工作(zuo)模式。

　　（3） 采(cai)用最高(gao)電(dian)(dian)壓Vmax、最高(gao)溫(wen)度(du)Tmax、最長充電(dian)(dian)時間tmax、電(dian)(dian)壓負增長-△V、溫(wen)度(du)變化率△T/△t等(deng)快速充電(dian)(dian)中止法。

　　（4） 具有輸(shu)入交流過(guo)壓保護、輸(shu)出直流過(guo)流保護、過(guo)充電保護等(deng)

　　（5） 通電(dian)后能自動檢測整個電(dian)源系統，有(you)故障報(bao)警。

　　（6） 設有電池開路、短路、反接保護(hu)。

　　（7） 具有硬(ying)件和(he)軟件相(xiang)結合的雙重保護功能。

　　（8） 良好的(de)抗干(gan)擾能力。

　　2． 統硬(ying)件電路的設計(ji)

　　2.1　AT89S52單片機簡介(jie)

　　AT89S52是ATMEL公司研制的通用單(dan)片機。它在AT89S51單(dan)片機的基礎(chu)上為P1口定義了第二功(gong)能，有六(liu)個外部中斷(duan)、三(san)個定時(shi)／計數器，以及四個全雙工的串行通信口，同(tong)時(shi)在指令上與AT89S51兼容(rong)，對監控系統較為適用。

　　2.2　基于AT89S52的監控(kong)系(xi)統硬(ying)件(jian)電路(lu)設計(ji)

　　按照上述(shu)系(xi)(xi)統設(she)(she)計要求，設(she)(she)計了如圖1所示(shi)的監(jian)控(kong)系(xi)(xi)統。

　　（1） 微(wei)處理器：AT89S52非常適用于控制，他的(de)主要(yao)結構和特點(dian)在前(qian)面已經(jing)介紹過了(le)，為了(le)滿足(zu)外圍接(jie)口電(dian)(dian)路的(de)需要(yao)，一般都要(yao)在輸出口處接(jie)鎖存驅動(dong)電(dian)(dian)路，這里(li)我們采(cai)用的(de)是SN74HC573。

　　（2） 壓頻(pin)變換(huan)裝置：將模(mo)擬的(de)電(dian)壓量轉(zhuan)化(hua)成頻(pin)率值，這是一(yi)種A/D轉(zhuan)化(hua)方式，將輸出電(dian)壓U0采樣通過壓頻(pin)變換(huan)裝置傳給單片機，壓頻(pin)轉(zhuan)化(hua)裝置我們用的(de)是National Semiconductor的(de)LM331。

　　（3） 輸出(chu)控(kong)制電路：單片(pian)機的輸出(chu)控(kong)制信號通過電阻解碼網絡轉化(hua)成模擬電壓(ya)值，控(kong)制電壓(ya)和電流比(bi)較(jiao)器(qi)的基準值，實現對(dui)外圍功率電路的控(kong)制。

　　（4） 上(shang)電(dian)復(fu)位(wei)電(dian)路：為了防止單(dan)片機的(de)程(cheng)序飛跑，出現(xian)死鎖，我們采用(yong)MAXIM公司的(de)MAX813L系統監(jian)控(kong)集成芯片來(lai)實現(xian)對單(dan)片機的(de)監(jian)控(kong)，該芯片具有看門狗(gou)電(dian)路、門限值(zhi)檢測器、手動復(fu)位(wei)等功能。

　　（5） 輸入控制和(he)數(shu)碼(ma)顯(xian)示(shi)(shi)電路(lu)：包(bao)括按鍵和(he)顯(xian)示(shi)(shi)部(bu)分。通過簡單的按鍵選擇(ze)，實現運行方式選擇(ze)、復(fu)位(wei)及(ji)故(gu)障的顯(xian)示(shi)(shi)。顯(xian)示(shi)(shi)部(bu)分采(cai)用SN74HC573驅(qu)動兩個8位(wei)七段(duan)LED顯(xian)示(shi)(shi)；同時(shi)通過發光二極管和(he)蜂(feng)鳴器提示(shi)(shi)運行狀態。

　　（6） 護告警電路(lu)：通過(guo)硬件電路(lu)實現保護，給單(dan)片機中(zhong)斷管腳發出脈(mo)沖信號，引發中(zhong)斷程序實現保護，并引發蜂鳴器(qi)告警。

  　下面介紹本系統中的(de)一些關鍵(jian)性(xing)電路(lu)

　　2.2.1　恒(heng)壓恒(heng)流模塊

　　恒(heng)壓恒(heng)流(liu)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)是整個(ge)智能充電(dian)(dian)器(qi)(qi)的(de)(de)關(guan)鍵部(bu)(bu)分，電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)結(jie)(jie)構見(jian)圖2。恒(heng)流(liu)恒(heng)壓電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)由(you)SR12單片機片內模(mo)擬電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)模(mo)塊和(he)片外的(de)(de)MOSFET開關(guan)管(guan)(guan)、肖特基二極管(guan)(guan)、濾波電(dian)(dian)感(gan)(gan)、濾波電(dian)(dian)容等器(qi)(qi)件組成(cheng)。模(mo)擬電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)模(mo)塊是SR12的(de)(de)特有部(bu)(bu)件，圖3為它的(de)(de)結(jie)(jie)構框圖。它由(you)輸(shu)(shu)入(ru)多路(lu)(lu)(lu)開關(guan)、兩(liang)組溫(wen)(wen) 度 傳(chuan) 感(gan)(gan)器(qi)(qi)Rsense0.01Ω可(ke)程控放大(da)器(qi)(qi)、片內溫(wen)(wen)度傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、電(dian)(dian)流(liu)檢測電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)等組成(cheng)。可(ke)程控放大(da)器(qi)(qi)總放大(da)倍數(shu)為1～256。放大(da)器(qi)(qi)的(de)(de)輸(shu)(shu)入(ru)可(ke)選(xuan)擇為兩(liang)路(lu)(lu)(lu)模(mo)擬輸(shu)(shu)入(ru)腳（ATD0、ATD1）、片內溫(wen)(wen)度傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)、模(mo)擬地輸(shu)(shu)入(ru)（VSSAM）。ATD0和(he)VSSAM間可(ke)接(jie)一個(ge)電(dian)(dian)流(liu)檢測電(dian)(dian)阻，用(yong)于測量外部(bu)(bu)電(dian)(dian)流(liu)，它還連接(jie)至(zhi)電(dian)(dian)流(liu)檢測電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)，可(ke)在電(dian)(dian)流(liu)超過指定(ding)值時產(chan)生中斷(duan)并輸(shu)(shu)出信(xin)號。

　　圖2 恒壓恒流電路(lu)

　　2.2.2　放電模塊

　　快速(su)充電的硬(ying)件電路(lu)圖如下所示

　　圖3　放電(dian)器(qi)部分電(dian)路

　　快速充電(dian)(dian)的原(yuan)理是通(tong)過(guo)電(dian)(dian)池兩端不斷的充放電(dian)(dian)來(lai)提高充電(dian)(dian)效(xiao)率，從(cong)而減(jian)少(shao)了充電(dian)(dian)時間。放電(dian)(dian)器部(bu)分(fen)利用電(dian)(dian)壓(ya)比較器，在5腳(jiao)設置電(dian)(dian)壓(ya)基準(zhun)，6腳(jiao)通(tong)過(guo)一個(ge)二極管(guan)和電(dian)(dian)阻同單片(pian)機相連，單片(pian)機接受外部(bu)控(kong)制指(zhi)令，通(tong)過(guo)計數器控(kong)制TDIS端電(dian)(dian)平的高低；比較器的輸(shu)出應用兩個(ge)三極管(guan)級(ji)聯，改善了靜(jing)態工(gong)作點。

　　快速(su)充電(dian)時，AT89S52單片機(ji)必(bi)須不斷檢測以下幾(ji)項關鍵(jian)技術指標：電(dian)路是(shi)否出現(xian)斷路、電(dian)池(chi)(chi)(chi)是(shi)否出現(xian)不均衡現(xian)象、電(dian)池(chi)(chi)(chi)是(shi)否達(da)到規定(ding)的安全電(dian)壓、電(dian)池(chi)(chi)(chi)是(shi)否溫(wen)度過高、電(dian)池(chi)(chi)(chi)是(shi)否滿足-△V或(huo)△T/△t條件。

　　2.2.3　壓頻變換模塊

　　圖(tu)4　壓頻變換器

　　壓(ya)頻(pin)變(bian)換(huan)器本(ben)質(zhi)上是(shi)A/D變(bian)換(huan)器，上圖是(shi)由LM331N組成的(de)壓(ya)頻(pin)變(bian)換(huan)電(dian)路，它將輸(shu)(shu)出的(de)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)轉變(bian)成頻(pin)率，接(jie)入(ru)單片(pian)機的(de)計(ji)數(shu)器接(jie)口(kou)，通過(guo)計(ji)數(shu)器的(de)計(ji)數(shu)計(ji)算出輸(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)的(de)大小。該型號(hao)壓(ya)頻(pin)變(bian)換(huan)器V/F變(bian)換(huan)公式是(shi)：

　　4． 系(xi)統(tong)軟件(jian)設計

　　圖(tu)5　軟件流程(cheng)圖(tu)

　　主程(cheng)序流程(cheng)圖(tu)如圖(tu)2所示。系(xi)統上電(dian)(dian)復位后(hou)(hou)，首先(xian)對單片(pian)機、外圍(wei)芯(xin)片(pian)及控(kong)制(zhi)(zhi)狀態(tai)(tai)進(jin)行初始化(hua)；然后(hou)(hou)設置(zhi)(zhi)輸(shu)出(chu)(chu)控(kong)制(zhi)(zhi)口的電(dian)(dian)壓閥值(zhi)，通過讀取輸(shu)出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓的值(zhi)來判斷系(xi)統是(shi)(shi)否(fou)(fou)正(zheng)常(chang)，若(ruo)正(zheng)常(chang)則(ze)(ze)(ze)進(jin)入功(gong)(gong)能設置(zhi)(zhi)模(mo)塊(kuai)(kuai)，否(fou)(fou)則(ze)(ze)(ze)轉故(gu)障(zhang)處理；進(jin)入功(gong)(gong)能控(kong)制(zhi)(zhi)模(mo)塊(kuai)(kuai)后(hou)(hou)，用戶可以(yi)通過按(an)鍵設置(zhi)(zhi)系(xi)統的工(gong)作狀態(tai)(tai)，是(shi)(shi)供(gong)電(dian)(dian)模(mo)式(shi)(shi)(shi)還是(shi)(shi)充電(dian)(dian)模(mo)式(shi)(shi)(shi)。然后(hou)(hou)按(an)下確定(ding)按(an)鈕，系(xi)統進(jin)入相(xiang)(xiang)應(ying)的工(gong)作模(mo)式(shi)(shi)(shi)。若(ruo)是(shi)(shi)供(gong)電(dian)(dian)模(mo)式(shi)(shi)(shi)，單片(pian)機將實時(shi)監(jian)測(ce)(ce)各主要(yao)參量若(ruo)發現故(gu)障(zhang)或過流過壓則(ze)(ze)(ze)轉故(gu)障(zhang)處理模(mo)塊(kuai)(kuai)，沒有(you)的話(hua)繼續監(jian)測(ce)(ce)。若(ruo)是(shi)(shi)充電(dian)(dian)模(mo)式(shi)(shi)(shi)，插入電(dian)(dian)池后(hou)(hou)系(xi)統將監(jian)測(ce)(ce)是(shi)(shi)否(fou)(fou)反接，是(shi)(shi)則(ze)(ze)(ze)提出(chu)(chu)告警，否(fou)(fou)則(ze)(ze)(ze)將進(jin)入充電(dian)(dian)狀態(tai)(tai)，在此過程(cheng)中故(gu)障(zhang)檢(jian)測(ce)(ce)的過程(cheng)和(he)(he)供(gong)電(dian)(dian)模(mo)式(shi)(shi)(shi)相(xiang)(xiang)同，但充電(dian)(dian)模(mo)塊(kuai)(kuai)中有(you)充電(dian)(dian)中止算(suan)法和(he)(he)定(ding)時(shi)算(suan)法，都是(shi)(shi)判斷電(dian)(dian)池是(shi)(shi)否(fou)(fou)充滿的算(suan)法。

　　4． 　　以單片機AT89S52為核心的智能充電器制成后(hou)，經過半(ban)年的調試和運行，各(ge)項(xiang)指標(biao)基本(ben)上達到(dao)了(le)(le)(le)設計要求，由(you)于(yu)(yu)在制作過程中(zhong)充分利(li)用了(le)(le)(le)各(ge)模塊(kuai)的功能，使該(gai)充電器的集成度大大提高，從而減小了(le)(le)(le)體積，更(geng)有利(li)于(yu)(yu)在野外條件(jian)下工(gong)作，提高了(le)(le)(le)系統的可可靠性。