1、基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì)摘要由于以往的充電器不能依照電池的充電狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采取相應(yīng)的電池充電模式，而是一直采納大電流充電，極易造成電池的極化現(xiàn)象，致使電池充電效率較低，利用壽命縮短?；谏鲜鼍壒时疚脑O(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的智能電池充電器，該充電器是由ADuC824單片機(jī)操縱，依照充電電池的充電狀態(tài)輸出必然的PWM脈沖波，進(jìn)而采納涓流充電，恒流充電，恒壓充電和浮充電等四個(gè)時(shí)期對(duì)鉛酸蓄電池充電，而且能夠通過(guò)單片機(jī)的輸出端口顯示當(dāng)前的充電狀態(tài)，在充電終止時(shí)自動(dòng)終止充電，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，提示用戶(hù)電池已經(jīng)充滿(mǎn)，實(shí)現(xiàn)電池充電的智能化。關(guān)鍵詞智能充電器ADuC824TL494鉛酸蓄電池DESI

2、GNOFINTELLIGENTCHARGERBASEDONSINGLE-CHIPMICROCOMPUTERABSTRACTInthepast,asthechargercannotbebasedonthestatusofrechargeablebatterydatatoanalysisitcannotbecarriedoutthemode,whichissuitable.Ithasbeenusingahigh-currentcharge,whichisresultinmorelowerefficientforbatterycharger,reducesservicelife.Becauseofi

3、t,Idesignanintelligentcharger,whichiscontrolledbysingle-chipmicrocomputer.Accordingtothestateofbattery,ADuC824single-chipmicrocomputerwillcontrolandoutputaPWMpulse,inturn,lead-acidbatterywillbechargedthroughtofour-stagechargesuchastricklecharge,constantcurrentcharging,constantvoltagechargingandfloat

4、ingcharge,itcanalsoshowthecurrentchargingphasethroughtheoutputterminalofsingle-chipmicrocomputerandcanterminatechargingautomatically.Awarningbuzzerwillsoundtoremindtheuserthatitisalreadyfullofbatteries.KEYWORDSintelligentbatterychargerADuC824TL494lead-acidbattery目錄摘要.ABSTRACT.1緒論.1研究背景.1充電技術(shù)的進(jìn)展概述.1充

5、電器的技術(shù)水平、現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì).22鉛酸蓄電池的工作原理及充放電進(jìn)程.3鉛酸蓄電池的大體概念.3鉛酸蓄電池的工作原理.6鉛酸蓄電池電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生.6鉛酸蓄電池放電進(jìn)程的電化反映.6鉛酸蓄電池充電進(jìn)程的電化反映.7鉛酸蓄電池充放電后電解液的轉(zhuǎn)變.7蓄電池的充電工作特性.7充電終止條件操縱方式.12電壓操縱.12按時(shí)操縱.13溫度操縱.14智能充電器的充電進(jìn)程.143智能充電器的硬件設(shè)計(jì).15智能充電器的整體設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案.15單片機(jī)部份.16ADuC824的介紹.16單片機(jī)電路部份.21充電電路設(shè)計(jì)部份.22充電電路電源部份.22操縱電路.22檢測(cè)電路.254智能充電器的軟件設(shè)計(jì).28主程序軟

6、件設(shè)計(jì).29子程序軟件設(shè)計(jì).305結(jié)論.32致謝.33參考文獻(xiàn).34附錄.35附錄1總電路圖.35附錄2源程序.361緒論研究背景早在六、七十年代，西方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家為了愛(ài)惜環(huán)境就已經(jīng)開(kāi)始研制各類(lèi)各樣的綠色能源來(lái)代替汽油和柴油，可是，受到蓄電池，電控等關(guān)鍵部件的性能、壽命和高性能的充放電設(shè)備等的制約，一直未取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。到了八、九十年代，由于大容量、長(zhǎng)壽命蓄電池的大量量的生產(chǎn)及大功率晶體管的研制成功和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普遍應(yīng)用，使綠色能源取得長(zhǎng)足的進(jìn)展，近期一些公司聲明他們將第一實(shí)現(xiàn)綠色能源打算，其中就包括大量電動(dòng)汽車(chē)。隨著國(guó)際、國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)保要求的愈來(lái)愈高，對(duì)內(nèi)燃車(chē)輛的排放要求也愈來(lái)愈高，如此對(duì)綠

7、色能源的需求愈來(lái)愈迫切，必將會(huì)蓄電池電動(dòng)車(chē)輛的利用量大幅度增加。充電技術(shù)的進(jìn)展概述關(guān)于鉛酸蓄電池來(lái)講，傳統(tǒng)的充電方式有恒流限壓充電和恒壓限流充電。這兩種充電方式的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題如下：（1）恒流限壓充電充電時(shí)自始至終以恒定不變的電流進(jìn)行充電，該電流能夠通過(guò)PWM來(lái)調(diào)整，這種方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單方便，易于做到。專(zhuān)門(mén)適合由許多電池串聯(lián)起來(lái)的蓄電池組。蓄電池組中個(gè)別掉隊(duì)電池進(jìn)行完全充電，恢復(fù)其容量，這時(shí)最好用小電流長(zhǎng)時(shí)刻的充電模式。恒流充電方式的不足的地方在于：開(kāi)始充電時(shí)期電流過(guò)小，在充電中后期電流又過(guò)大，析出氣體多，對(duì)危害較大，能耗高。鉛酸蓄電池不宜采納這種方式。因此，人們?cè)诤懔鞒潆姺绞降幕A(chǔ)上進(jìn)

8、行了改良，即采納恒流限壓充電方式。為幸免過(guò)充電，在充電后期采納限壓方法，減小充電電流，幸免損壞電池。（2）恒壓限流充電恒壓充電初期充電電流專(zhuān)門(mén)大，隨著充電進(jìn)行，電流慢慢減小，在充電終期只有很小的電流通過(guò)，如此，在充電進(jìn)程中就沒(méi)必要要調(diào)整電流。隨著蓄電池端電壓升高，充電電流會(huì)自動(dòng)下降，因此析氣量少，充電時(shí)刻較長(zhǎng)，能耗較低。它的缺點(diǎn)是：充電初期，若是蓄電池放電深度過(guò)大，充電電流會(huì)很低，后期充電電流又過(guò)小，充電時(shí)刻長(zhǎng)；另外蓄電池端電壓的轉(zhuǎn)變也很難補(bǔ)償，充電進(jìn)程中對(duì)掉隊(duì)的電池完全充電也很難完成，為了彌補(bǔ)恒壓充電的不足，在恒壓充電的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良，當(dāng)充電電流較高的時(shí)候（如電池嚴(yán)峻虧電，漏電，負(fù)荷過(guò)重等

9、）這時(shí)應(yīng)采取限流方法，維持電流不超過(guò)某一設(shè)定值而使電壓降低，待電流降低，電壓升起后再穩(wěn)壓，這確實(shí)是恒壓限流的含義。單獨(dú)采納恒流充電限壓充電和恒壓限流充電等模式對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池的充電成效不是很理想。一方面這些充電方式充電時(shí)刻太長(zhǎng)，不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)和生活的需要。另一方面，充電技術(shù)不能適應(yīng)蓄電池的特殊要求，會(huì)嚴(yán)峻阻礙蓄電池的利用壽命。國(guó)內(nèi)外連年來(lái)的實(shí)踐證明，鉛酸蓄電池浮充電壓誤差5%，電池的浮充壽命將減少一半。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)聲明，國(guó)內(nèi)蓄電池的平均壽命為年（可充400次），國(guó)外同型號(hào)蓄電池壽命一樣為四年（可充1000次）若是充電質(zhì)量不行和用戶(hù)利用保護(hù)保養(yǎng)跟不上，許多電池在利用一年后即報(bào)廢，造成專(zhuān)

10、門(mén)大的經(jīng)濟(jì)損失，蓄電池價(jià)錢(qián)占整機(jī)價(jià)錢(qián)的20%，國(guó)外同容量電池價(jià)錢(qián)那么為國(guó)產(chǎn)蓄電池價(jià)錢(qián)的23倍。因此，充電質(zhì)量的好壞，直接阻礙到蓄電池的技術(shù)狀態(tài)及利用壽命。充電器的技術(shù)水平、現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì)隨著蓄電池電動(dòng)車(chē)的迅猛進(jìn)展，對(duì)充電器的要求愈來(lái)愈高，從開(kāi)始的單純充沛，到目前的延長(zhǎng)蓄電池壽命，減少能源消耗，充電器的功能已發(fā)生了質(zhì)的飛越。此刻國(guó)外已研制成功只要用一小時(shí)就能夠夠充滿(mǎn)蓄電池的大功率充電器，在體積上也愈來(lái)愈小，此刻最小的大功率充電器只有一個(gè)書(shū)包大小。在我國(guó)的研究進(jìn)展比較晚，因其體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，輸出紋波小，效率高等特點(diǎn)，最近幾年來(lái)取得國(guó)內(nèi)外的普遍研究與關(guān)注，專(zhuān)門(mén)在通信，電力等領(lǐng)域中，已經(jīng)取得了

11、普遍的研究和利用，但關(guān)于相控電源來(lái)講，它的價(jià)錢(qián)比較高，而且功率器件的發(fā)燒量也較高，因此，在電力系統(tǒng)中的大功率場(chǎng)合，相控式的充電器仍然占有較大比重。而國(guó)外市場(chǎng)大部份充電器均采納Wa，WaWo，U&U等充電曲線方式更科學(xué)，額定容量（C）是在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)蓄電池時(shí)，規(guī)定或保證在指定的放電條件合理，從而大大提高了蓄電池的利用壽命，大大降低了利用和保護(hù)本錢(qián)，簡(jiǎn)化了充電進(jìn)程，解放了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，市場(chǎng)前景超級(jí)廣漠。最近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外人士正致力于充電器的智能化研究，智能化程度較高的充電器解決了動(dòng)態(tài)跟蹤電池可同意充電電流曲線的技術(shù)關(guān)鍵，使充電電流始終與可同意充電電流維持良好的匹配關(guān)系，使充電進(jìn)程始終在最正確狀

12、態(tài)下進(jìn)行，比常規(guī)充電模式可節(jié)約電能30%-50%左右，提高了充電質(zhì)量和效率，充電工人只擔(dān)任輔助性工作，為充電技術(shù)和充電設(shè)備的智能化進(jìn)展闖出了一條新路。隨著鉛酸蓄電池在人們生活中的應(yīng)用愈來(lái)愈普遍，智能型充電器的智能要求也愈來(lái)愈高，本次的課題確實(shí)是對(duì)智能電池充電器的設(shè)計(jì)和研究。2鉛酸蓄電池的工作原理及充放電進(jìn)程鉛酸蓄電池的大體概念由于蓄電池的充放電本身涉及到許多相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，為了能夠更好的明白得本課題，本節(jié)將要簡(jiǎn)單介紹有關(guān)的鉛酸蓄電池一些知識(shí)。（1）蓄電池容量蓄電池容量是指在必然條件下能夠從蓄電池取得的電量（用C表示），單位經(jīng)常使用安培小時(shí)(Ah)表示，是蓄電池性能的重要指標(biāo)。容量分為理論容量、

13、實(shí)際容量和額定容量。理論容量（Co）是假設(shè)活性物質(zhì)全數(shù)參加放電反映給出的容量。實(shí)際容量（C）是在必然放電條件下蓄電池實(shí)際放出的容量。額下蓄電池應(yīng)放出的最低限度的電量。蓄電池容量除與極板表面進(jìn)行的電化學(xué)反映的物質(zhì)數(shù)量有關(guān)外，還與極板表面活性物質(zhì)的利用率、孔率、極板厚度、極板的表面積有關(guān)。另外還受電解液密度、溫度、放電條件（即：充電程度、放電率等）、蓄電池新舊程度等阻礙。在利用進(jìn)程中，容量受放電率、電解液溫度的阻礙是要緊的。當(dāng)放電率較小，電壓下降緩慢，蓄電池實(shí)際放出的電量較高，當(dāng)放電率變大時(shí)，電壓下降變快，蓄電池實(shí)際放出的電量較低。在必然范圍內(nèi)，電解液溫度高，蓄電池的活性增加，內(nèi)阻變小，容量變高，

14、電解液溫度低時(shí)，蓄電池的活性降低，內(nèi)阻變大，容量降低。（2）蓄電池的內(nèi)阻（R）內(nèi)內(nèi)阻（R）又稱(chēng)全內(nèi)阻，是指電流通過(guò)蓄電池時(shí)所受到得阻力，包括歐姆內(nèi)電阻和電化學(xué)反映中電極極化產(chǎn)生的電阻，即：R=R+R內(nèi)f（）歐姆電阻（R）：包括電極材料、電解液、隔板等組成的電阻，還與電池的尺寸、裝配、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。極化電阻（R）：包括蓄電池利用進(jìn)程中濃差極化和電化學(xué)極化產(chǎn)生的電阻f之和。要緊與電極材料的本性、電極的結(jié)構(gòu)和制造工藝和利用條件等因素有關(guān)。內(nèi)阻越小，在一樣的放電條件能夠消耗較少的電能，輸出較多的電能，提高電能利用率，從而提高蓄電池性能。（3）充電速度和放電速度為了對(duì)不同容量的電池加以比較，蓄電池的充

15、電電流不用電流的絕對(duì)值來(lái)表示，而是用電池的額定容量C額和放電時(shí)刻T的比來(lái)表示，稱(chēng)為電池的充電速度或放電速度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鉛酸蓄電池的額定容量按5小時(shí)持續(xù)放電來(lái)表示，即C5，例如一個(gè)額定容量C5為10Ah的電池，充電5小時(shí)后，電池完全充滿(mǎn)，那么它的充電電流為：IC50.2C55（）即它的充電速度為C5；假設(shè)用10小時(shí)就達(dá)到充滿(mǎn)狀態(tài)，那么它的充電電流為IC100.1C55（）即它的充電速度為C5。（4）充電終止電壓和放電終止電壓蓄電池充沛電時(shí)，極板上的活性物質(zhì)已達(dá)到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，蓄電池的電壓也可不能上升，現(xiàn)在的電壓稱(chēng)為充電終止電壓。放電終止電壓是指蓄電池可放電的最低電壓，若是電壓低于放電

16、終止電壓后繼續(xù)放電，電池兩頭電壓會(huì)迅速下降，形成過(guò)放電。這極易對(duì)電池造成永久性損害，阻礙蓄電池的利用壽命。放電終止電壓和放電率有關(guān)。（5）電池的過(guò)充電當(dāng)高速度充電而又不能及時(shí)地在滿(mǎn)充電后終止充電進(jìn)程，電池那么很容易存在大電流過(guò)充的問(wèn)題。過(guò)充電會(huì)使電池內(nèi)部的溫度和電壓都急劇上升，造成對(duì)電池的損害。這是因?yàn)樵谶^(guò)充電時(shí)期電池內(nèi)部所進(jìn)行的反映為消耗反映，它會(huì)增大電池內(nèi)部的壓力，同時(shí)，由于氧氣的產(chǎn)生和吸收都是放熱反映，這就使電池溫度迅速上升。因此在電池充電接近滿(mǎn)充電時(shí)，只能采納低速度充電。這是因?yàn)殡姵卦诘碗娏鬟^(guò)充電時(shí)所產(chǎn)生的極化現(xiàn)象較輕，同時(shí)電池的熱量能夠及時(shí)地向空中散發(fā)，大體上可不能對(duì)電池造成損害。（

17、6）電池的極化現(xiàn)象由于蓄電池內(nèi)阻并非是純電阻，因此蓄電池的端電壓也與其他電源有所不同。該值與蓄電池的工作狀態(tài)有關(guān)，它一樣有三種狀態(tài)的值：當(dāng)蓄電池為開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，所測(cè)得的電池兩極間的電壓稱(chēng)為電池的開(kāi)路電壓；當(dāng)蓄電池充電時(shí)所測(cè)得的電壓稱(chēng)為電池的充電電壓；電池放電時(shí)測(cè)得的電壓稱(chēng)為放電電壓。這三種狀態(tài)的電壓具有下述特點(diǎn)：充電電壓高于開(kāi)路電壓，而且隨著充電時(shí)刻的增加而略有升高，放電電壓那么低于開(kāi)路電壓，而且隨著放電時(shí)刻的增加而略有降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電池的極化。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，主若是因?yàn)橐粯拥拿芊馐叫铍姵卦诔潆娺M(jìn)程中，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生氧氣和氫氣，其中主若是氧氣，氫氣只占一小部份，當(dāng)產(chǎn)生的氧氣不能被及時(shí)吸收時(shí)，它便

18、堆積在正極板上，使得電池內(nèi)部壓力增大，電池溫度上升，同時(shí)縮小了電池正極板的板面積，表現(xiàn)為電池內(nèi)阻上升，即便得電池顯現(xiàn)了所謂的極化現(xiàn)象。上面提到的蓄電池的極化電阻正是由于電池的極化現(xiàn)象所表現(xiàn)出來(lái)的。當(dāng)充電速度較低時(shí)，充電時(shí)所產(chǎn)生的氧氣能夠被及時(shí)吸收，因此電池的極化現(xiàn)象很輕，一樣可不能對(duì)電池造成專(zhuān)門(mén)大的損害，當(dāng)高速度恒流充電時(shí)，這一現(xiàn)象那么不容輕忽。蓄電池的極化現(xiàn)象對(duì)蓄電池的工作是不利的。它不僅使電池發(fā)燒，而且降低了電池的效率，同時(shí)也加速了電池的老化。（7）電池的老化電池的老化是指另外一種現(xiàn)象：電池在開(kāi)始利用的一段時(shí)刻內(nèi)，電池容量增加大約5%-10%，接下來(lái)的一段時(shí)刻，電池的容量大約不變，然后開(kāi)始

19、慢慢減少，即開(kāi)始了電池的老化進(jìn)程。當(dāng)電池的老化達(dá)到必然程度時(shí)，那個(gè)電池就報(bào)廢了。一樣體會(huì)來(lái)講，當(dāng)電池的容量達(dá)到額定容量的80%時(shí)，就能夠夠以為電池的壽命大體終止了。（8）利用壽命利用壽命是指在其實(shí)際容量降低至某一規(guī)定值之前所經(jīng)歷的充放電的次數(shù)，通經(jīng)常使用來(lái)概念蓄電池的利用壽命，利用壽命是鉛酸蓄電池的重要指標(biāo)之一，與利用中的放電深度、溫度、充放電等條件有關(guān)。減少放電深度或采納淺放電可大大延長(zhǎng)蓄電池的利用壽命。充電時(shí)采納大電流充電，會(huì)造成蓄電池溫度高，損害蓄電池的壽命。阻礙利用壽命的緣故有以下幾方面：正極板的板柵變形、板柵侵蝕、活性物質(zhì)在利用進(jìn)程中發(fā)生鈍化或產(chǎn)生不可逆硫酸鹽化等問(wèn)題，都會(huì)造成利用壽

20、命縮短。（9）自放電現(xiàn)象當(dāng)電池處于閑置不用（非工作狀態(tài)）時(shí)，盡管沒(méi)有電流流過(guò)蓄電池，但電池內(nèi)的活性物質(zhì)與電解液間自發(fā)的反映卻一直在進(jìn)行，這造成了電池內(nèi)的化學(xué)能量無(wú)益的損耗，使電池的容量下降，通常將這種現(xiàn)象稱(chēng)為電池的自放電。自放電的大小一樣用單位時(shí)刻的電池容量下降得百分比來(lái)表示，見(jiàn)公式：0f0自放電QQQ100%（）其中，QO為蓄電池在規(guī)定條件下的容量，Qf為電池存儲(chǔ)一段時(shí)刻后，在一樣規(guī)定條件下的容量。自放電通常與環(huán)境溫度有緊密聯(lián)系。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，電池的自放電現(xiàn)象比較明顯，因此電池應(yīng)在適宜的溫度和濕度下保留，自放電一樣可不能損傷電池，只要從頭充沛電量，還能夠照常利用。鉛酸蓄電池的自放電相對(duì)鎳

21、鉻電池來(lái)講比較嚴(yán)峻，體會(huì)說(shuō)明，鉛酸蓄電池在閑置一個(gè)月后，自放電達(dá)30%左右?？紤]到這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)蓄電池充電器時(shí)，應(yīng)能在電池長(zhǎng)時(shí)刻不用的情形下對(duì)電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。鉛酸蓄電池的工作原理鉛酸蓄電池電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)固物質(zhì)-氫氧化鉛（Pb(OH)4），氫氧根離子在溶液中，鉛離子留在正極板上，故正極板上缺少電子。鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛（Pb），與電解液中的硫酸（H2SO4）發(fā)生反映，變成鉛離子（Pb2+），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個(gè)電子（2e）?？梢?jiàn)，在未接通外電路時(shí)（電池開(kāi)路）由

22、于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子，兩極板間就產(chǎn)生了必然的電位差，這確實(shí)是電池的電動(dòng)勢(shì)。2鉛酸蓄電池放電進(jìn)程的電化反映鉛酸蓄電池放電時(shí)，在蓄電池的電位差作用下，負(fù)極板上的電子經(jīng)負(fù)載進(jìn)入正極板形成電流I。同時(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反映。負(fù)極板上每一個(gè)鉛原子放出兩個(gè)電子后，生成的鉛離子（Pb2+）與電解液中的硫酸根離子（SO42-）反映，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板的鉛離子（Pb4+）取得來(lái)自大極的兩個(gè)電子（2e）后，變成二價(jià)鉛離子（Pb2+），與電解液中的硫酸根離子（SO42-）反映，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板水解出的氧離子（O2-）與電解液中的氫離

23、子（H）反映，生成穩(wěn)固物質(zhì)水。電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場(chǎng)的作用下別離移向電池的正負(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個(gè)回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。放電時(shí)H2SO4濃度不斷下降，正負(fù)極上的硫酸鉛（PbSO4）增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導(dǎo)電），電解液濃度下降，電池電動(dòng)勢(shì)降低。2.2.3鉛酸蓄電池充電進(jìn)程的電化反映充電時(shí)，應(yīng)在外接一直流電源（充電極或整流器），使正、負(fù)極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原先的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存起來(lái)。在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)鉛離子（Pb2+）和硫酸根負(fù)離子（SO42-），由于外電源不斷從正極吸取電子，那么正極板周?chē)坞x

24、的二價(jià)鉛離子（Pb2+）不斷放出兩個(gè)電子來(lái)補(bǔ)充，變成四價(jià)鉛離子（Pb4+），并與水繼續(xù)反映，最終在正極極板上生成二氧化鉛（PbO2）。在負(fù)極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)鉛離子（Pb2+）和硫酸根負(fù)離子（SO42-），由于負(fù)極不斷從外電源取得電子，那么負(fù)極板周?chē)坞x的二價(jià)鉛離子（Pb2+）被中和為鉛（Pb），并以絨狀鉛附著在負(fù)極板上。電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子和硫酸根離子（SO42-），負(fù)極不斷產(chǎn)生硫酸根離子（SO42-），在電場(chǎng)的作用下，氫離子向負(fù)極移動(dòng)，硫酸根離子向正極移動(dòng)，形成電流。充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會(huì)發(fā)生水的電解反映。2.2.4鉛酸蓄電池充放電后

25、電解液的轉(zhuǎn)變從上面能夠看出，鉛酸蓄電池放電時(shí)，電解液中的硫酸不斷減少，水慢慢增多，溶液比重下降。鉛酸蓄電池充電時(shí)，電解液中的硫酸不斷增多，水慢慢減少，溶液比重上升。實(shí)際工作中，能夠依照電解液比重的轉(zhuǎn)變來(lái)判定鉛酸蓄電池的充電程度5。蓄電池的充電工作特性上世紀(jì)60年代中期，美國(guó)科學(xué)家馬斯對(duì)開(kāi)口蓄電池的充電進(jìn)程作了大量的實(shí)驗(yàn)研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可同意的充電曲線，如圖2-1所示。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，若是充電電流按這條曲線轉(zhuǎn)變，就能夠夠大大縮短充電時(shí)刻，而且對(duì)電池的容量和壽命也沒(méi)有阻礙。原那么上把這條曲線稱(chēng)為最正確充電曲線，從而奠定了快速充電方式的研究方向。由圖2-1能夠看出：初始充電電流專(zhuān)

26、門(mén)大，可是衰減專(zhuān)門(mén)快。要緊緣故是充電進(jìn)程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。在密封式蓄電池充電進(jìn)程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當(dāng)氧氣不能被及時(shí)吸收時(shí)，便堆積在正極板（正極板產(chǎn)生氧氣），使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升，同時(shí)縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，顯現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。ii=I0e-t0t圖2-1最正確充電曲線(1)常規(guī)充電技術(shù)常規(guī)充電制度是依據(jù)1940年前國(guó)際公認(rèn)的體會(huì)法那么設(shè)計(jì)的。其中最聞名的確實(shí)是“安培小時(shí)規(guī)那么”：充電電流安培數(shù)，不該超過(guò)蓄電池待充電的安時(shí)數(shù)。事實(shí)上，常規(guī)充電的速度被蓄電池在充電進(jìn)程中的溫升和氣體的產(chǎn)生所限制。那個(gè)現(xiàn)象對(duì)蓄電池充電所必需的最短時(shí)刻具有重要意義。一樣來(lái)講，常規(guī)充電有以下

27、3種。恒流充電法恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方式，維持充電電流強(qiáng)度不變的充電方式，如圖2-2所示。操縱方式簡(jiǎn)單，但由于電池的可同意電流能力是隨著充電進(jìn)程的進(jìn)行而慢慢下降的，到充電后期，充電電流多用于電解水，產(chǎn)動(dòng)氣體，使出氣過(guò)甚，因此，經(jīng)常使用于時(shí)期充電法中。u,i充充充充充充充充0t圖2-2恒流充電曲線時(shí)期充電法此方式包括二時(shí)期充電法和三時(shí)期充電法。二時(shí)期法采納恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方式，如圖2-3所示。第一，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改成恒電壓完成剩余的充電。一樣兩時(shí)期之間的轉(zhuǎn)換電壓確實(shí)是第二時(shí)期的恒電壓。u,i充充充充充充充充0t圖2-3二時(shí)期

28、法曲線三時(shí)期充電法在充電開(kāi)始和終止時(shí)采納恒電流充電，中間用恒電壓充電。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二時(shí)期轉(zhuǎn)換到第三時(shí)期。這種方式能夠?qū)⒊鰵饬繙p到最少，但作為一種快速充電方式利用，受到必然的限制。恒壓充電法充電電源的電壓在全數(shù)充電時(shí)刻里維持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的慢慢升高，電流慢慢減少。與恒流充電法相較，其充電進(jìn)程更接近于最正確充電曲線。用恒定電壓快速充電，如圖2-4所示。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢(shì)較低，充電電流專(zhuān)門(mén)大，隨著充電的進(jìn)行，電流將慢慢減少，因此，只需簡(jiǎn)易操縱系統(tǒng)。u,i充充充充充充充充0t圖2-4恒壓充電法曲線這種充電方式電解水很少，幸免了蓄電池過(guò)充。但在充電初期電流過(guò)大，對(duì)蓄電池

29、壽命造成專(zhuān)門(mén)大阻礙，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報(bào)廢。鑒于這種缺點(diǎn)，恒壓充電很少利用，只有在充電電源電壓低而電流大時(shí)采納。例如，汽車(chē)運(yùn)行進(jìn)程中，蓄電池確實(shí)是以恒壓充電法充電的。(2)快速充電技術(shù)為了能夠最大限度地加速蓄電池的化學(xué)反映速度，縮短蓄電池達(dá)到滿(mǎn)充狀態(tài)的時(shí)刻，同時(shí)，保證蓄電池正負(fù)極板的極化現(xiàn)象盡可能地少或輕，提高蓄電池利用效率?？焖俪潆娂夹g(shù)最近幾年來(lái)取得了迅速進(jìn)展。下面介紹目前比較流行的幾種快速充電方式。這些方式都是圍繞著最正確充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的，目的確實(shí)是使其充電曲線盡可能地逼進(jìn)最佳充電曲線2。脈沖式充電法這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電同意率，而且能夠提高蓄電池充電同意率，從

30、而打破了蓄電池指數(shù)充電同意曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新進(jìn)展。脈沖充電方式第一是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)刻，如此循環(huán)，如圖2-5所示。充電脈沖使蓄電池充滿(mǎn)電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反映產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)刻從頭化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自但是然地取得排除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠加倍順利地進(jìn)行，使蓄電池能夠吸收更多的電量。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反映時(shí)刻，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流同意率。i0tT圖2-5脈沖式充電曲線REFLEXTM快速充電法這種技術(shù)是美國(guó)的一項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，它要緊面對(duì)的充電對(duì)象是鎳鎘電池。由于它采納了新型的充

31、電方式，解決了鎳鎘電池的經(jīng)歷效應(yīng)，因此，大大降低了蓄電池的快速充電的時(shí)刻。鉛酸蓄電池的充電方式和對(duì)充電狀態(tài)的檢測(cè)方式與鎳鎘電池有專(zhuān)門(mén)大的不同，但它們之間能夠彼此借鑒。如圖2-6所示，REFLEXTM充電法的一個(gè)工作周期包括正向充電脈沖，反向剎時(shí)放電脈沖，停充維持3個(gè)時(shí)期2141516。iI10t0t1t2TtI2圖2-6REFLEXTM快速充電法變電流間歇充電法這種充電方式成立在恒流充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上。其特點(diǎn)是將恒流充電段改成限壓變電流間歇充電段。充電前期的各段采納變電流間歇充電的方式，保證加大充電電流，取得絕大部份充電量。充電后期采納定電壓充電段，取得過(guò)充電量，將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。通

32、過(guò)間歇停充，使蓄電池經(jīng)化學(xué)反映產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)刻從頭化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自但是然地取得排除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠加倍順利地進(jìn)行，使蓄電池能夠吸收更多的電量。變電壓間歇充電法在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上又有人提出了變電壓間歇充電法。與變電流間歇充電方式不同的地方在于第一時(shí)期的不是間歇恒流，而是間歇恒壓。比較和兩種方式，能夠看出：方式加倍符合最正確充電的充電曲線。在每一個(gè)恒電壓充電時(shí)期，由于是恒壓充電，充電電流自然依照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流可同意率隨著充電的進(jìn)行慢慢下降的特點(diǎn)。變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法綜合脈沖充電法、REFLEXTM

33、快速充電法、變電流間歇充電法及變電壓間歇充電法的優(yōu)勢(shì)，變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法取得進(jìn)展應(yīng)用。脈沖充電法充電電路的操縱一樣有兩種：其一為脈沖電流的幅值可變，而PWM（驅(qū)動(dòng)充放電開(kāi)關(guān)管）信號(hào)的頻率是固定的；其二為脈沖電流幅值固定不變，PWM信號(hào)的頻率可調(diào)。方式采納了一種不同于這二者的操縱模式，脈沖電流幅值和PWM信號(hào)的頻率均固定，PWM占空比可調(diào)，在此基礎(chǔ)上加入間歇停充時(shí)期，能夠在較短的時(shí)刻內(nèi)充進(jìn)更多的電量，提高蓄電池的充電同意能力。2512充電終止條件操縱方式蓄電池在充沛電后，電池的溫度和內(nèi)壓都會(huì)快速的上升，同時(shí)電池的端電壓開(kāi)始下降顯現(xiàn)電壓負(fù)增量，若是現(xiàn)在繼續(xù)進(jìn)行快速大電流充電

34、，對(duì)蓄電池的損害是顯然的。因此，為了保證電池能充電又只是充電，必需采納必然的方式來(lái)操縱充電的停充問(wèn)題?，F(xiàn)時(shí)期采納的操縱方式很多，通常利用的有按時(shí)操縱，電壓操縱，溫度操縱及最小終止電流等方式進(jìn)行充電終止操縱。在鉛酸蓄電池充電器中，通常采納電壓操縱，最長(zhǎng)充電時(shí)刻（按時(shí)操縱），蓄電池溫度等操縱，本文采納電壓操縱，溫度操縱和電流操縱相結(jié)合的方式。2.4.1電壓操縱在電壓操縱法中，最容易檢測(cè)的是電池的最高電壓。經(jīng)常使用的電壓操縱法有：最高電壓操縱，電壓負(fù)增量操縱，電壓二次導(dǎo)數(shù)操縱。（1）最高電壓操縱從充電特性曲線能夠看出，電池電壓達(dá)到最大值時(shí)，電池即充沛電。充電進(jìn)程中，當(dāng)電池電壓達(dá)到規(guī)定值后，應(yīng)當(dāng)即停止

35、充電。這種操縱方式的缺點(diǎn)是：電池充電的最高電壓隨環(huán)境溫度，充電速度而變化，因此，最高檢測(cè)電壓必需采納必然的溫度補(bǔ)償，而且還必需依照充電速度加以適當(dāng)修正，假設(shè)最高檢測(cè)電壓不能隨溫度轉(zhuǎn)變而自動(dòng)調(diào)整，那么低溫時(shí)，電池充不足電，高溫時(shí)，電池充沛電后仍會(huì)繼續(xù)大電流過(guò)充。如此，可能降低電池壽命，也可能損壞電池。另外，蓄電池組中各單體電池的最高充電電壓也會(huì)有不同，因此采納這種方式不可能超級(jí)準(zhǔn)確地判定電池已充沛電。（2）電壓負(fù)增量操縱由于電池電壓的負(fù)增量與電池組的絕對(duì)電壓有關(guān)，而且不受環(huán)境溫度，充電速度等因素的阻礙，因此，能夠比較準(zhǔn)確地判定電池已充沛電。采納這種檢測(cè)法的快速充電器，能夠?qū)﹄姵財(cái)?shù)不同的電池組充電

36、。負(fù)增量檢測(cè)法的缺點(diǎn)是：電池電壓顯現(xiàn)負(fù)增量后，電池已通過(guò)充電，因此電池溫度較高。另外，鎳氫電池充沛電后，電池電壓要通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)刻才顯現(xiàn)負(fù)增量，過(guò)充電較嚴(yán)峻。因此，這種操縱方式要緊應(yīng)用于鎳鉻電池。為了幸免環(huán)境溫度太高時(shí)損壞電池，最好與其他操縱方式配合利用。（3）電壓二次導(dǎo)數(shù)操縱這種操縱方式是通過(guò)檢測(cè)電池電壓的二次導(dǎo)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)操縱的，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)電池在充沛電時(shí)，電壓的二次導(dǎo)數(shù)將達(dá)到某一個(gè)確信的值，現(xiàn)在終止充電即可。這種方式適用于恒流充電模式。2.4.2按時(shí)操縱通經(jīng)常使用在恒流充電模式中。例如，關(guān)于10Ah的蓄電池，采納5充電速度，電池5h可充沛；采納C5充電速度，電池可充沛，因此依照電池的容量和充電電

37、流，能夠很容易地確信所需要的充電時(shí)刻。充電進(jìn)程中，達(dá)到預(yù)定的充電時(shí)刻后，按時(shí)器發(fā)出信號(hào)，使充電器迅速停止充電或充電電流迅速降低到浮充電電流。如此能夠幸免電池長(zhǎng)時(shí)刻大電流過(guò)充電。這種操縱方式比較簡(jiǎn)單，可是由于電池的起始充電狀態(tài)不完全相同，有的電池充不足，有的電池過(guò)充電，但是充電時(shí)刻是固定的，因此不能依照電池充電前的狀態(tài)來(lái)自動(dòng)調(diào)整。因此，只有充電速度小于C5時(shí)采納這種操縱方式才最有成效。2.4.3溫度操縱為了幸免損壞電池，電池溫度太低時(shí)不能當(dāng)即開(kāi)始快速充電進(jìn)程，電池充沛電后，充入的電量都消耗在電池中，電池的溫度專(zhuān)門(mén)快上升，電池溫度上升到規(guī)定數(shù)值后，必需當(dāng)即停止充電進(jìn)程。電池的溫度能夠通過(guò)與電池在一

38、路的溫度傳感器件來(lái)檢測(cè)，當(dāng)電池溫度超過(guò)規(guī)定值時(shí)（一樣為50），充電器能自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電模式。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，規(guī)定的最高溫度值相對(duì)太高（50），如此容易造成過(guò)充電，容易損壞電池。為幸免損壞電池，又常采納溫升操縱法，即當(dāng)溫升達(dá)到必然值時(shí)，充電器便自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電模式。上述各類(lèi)操縱方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。為了保證在任何情形下，均能準(zhǔn)確靠得住地操縱電池的充電狀態(tài)，目前快速充電器中通常采納包括時(shí)刻操縱，電壓操縱和溫度操縱的綜合操縱法。智能充電器的充電進(jìn)程關(guān)于鉛酸蓄電池來(lái)講，經(jīng)常使用的充電方式有恒流限壓和恒壓限流兩種充電方式，但是，單獨(dú)采納其中的一種充電方式，沒(méi)有動(dòng)態(tài)跟蹤電池的實(shí)際狀態(tài)和可同意充電電流大小的技術(shù)，對(duì)

39、鉛酸蓄電池的充電成效不是很理想。依照鉛酸蓄電池的利歷時(shí)期及蓄電池的特性，為了進(jìn)一步延長(zhǎng)蓄電池的利用壽命，在長(zhǎng)期利用和體會(huì)總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)蓄電池進(jìn)行了四個(gè)時(shí)期的充電以達(dá)到最優(yōu)的成效。（1）預(yù)充時(shí)期即涓流充電時(shí)期當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到蓄電池虧電時(shí)，第一以小電流充電，主充電流一樣采納倍率：I0.05C預(yù)5式中C：蓄電池的電池容量5當(dāng)電池電壓升至接近額定電壓（一樣取單體）時(shí)，進(jìn)入主充電時(shí)期。（2）主充時(shí)期主充時(shí)期以恒流方式充電。主充時(shí)的充電電流一樣采納倍率：（）I0.3C主5（）式中C：蓄電池的電池容量5當(dāng)電池電壓升至均充電壓（一樣取單體）時(shí)，進(jìn)行限壓充電，充電進(jìn)程進(jìn)入下一時(shí)期。（3）均充時(shí)期即恒壓充電時(shí)期隨著

40、限壓充電的進(jìn)行，電池電流也隨之慢慢降低。當(dāng)充電電流降低到浮充電流時(shí)，電池已大體充滿(mǎn)，其中：I0.02C浮5（）（4）浮充時(shí)期低壓小電流充電時(shí)期，以補(bǔ)充電池的自然放電浮充時(shí)，須將充電電壓穩(wěn)固在蓄電池的額定電壓周?chē)ū戎鞒渥罡呦迚篤要低）。因此，充電電流與主充時(shí)相較很小，可是，由于工作情形的復(fù)雜性，浮充時(shí)也有電流較高的可能（如電池嚴(yán)峻虧電，漏電，負(fù)荷過(guò)重等）。這時(shí)應(yīng)采取限流方法，維持電流不超過(guò)某一設(shè)定值而使電壓降低，待電流降低，電壓升高后再穩(wěn)壓，這確實(shí)是恒壓限流的含義31011。3智能充電器的硬件設(shè)計(jì)智能充電器的整體設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案鉛酸蓄電池充電器性能的好壞直接阻礙充電電池的利用壽命，用戶(hù)對(duì)充電

41、器的要求要緊有兩個(gè)方面：其一是要有較高的性能指標(biāo)，如由平均無(wú)端障運(yùn)行時(shí)刻所表達(dá)的靠得住性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度，動(dòng)態(tài)調(diào)整速度及紋波系數(shù)等所表達(dá)的動(dòng)、靜態(tài)特性，其二是要有較為完善的自我檢測(cè)與操縱功能，有較高的智能水平，能對(duì)充電電壓，電流進(jìn)行檢測(cè)等。智能充電器的大體功能如下：（1）通過(guò)對(duì)鉛酸蓄電池的電壓，電流進(jìn)行按時(shí)的檢測(cè)，輸入到單片機(jī)，單片機(jī)依照取得的數(shù)值進(jìn)行一系列的處置后輸出到八段碼中，用來(lái)告知用戶(hù)充電進(jìn)行到哪個(gè)時(shí)期。直到充電終止蜂鳴器發(fā)聲，提示用戶(hù)充電已完成。（2）單片機(jī)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)必然的處置輸出到硬件上，通過(guò)PWM脈沖寬度來(lái)調(diào)整充電的時(shí)期的電流和電壓，以達(dá)到更好的充電成效。同時(shí)還進(jìn)一步設(shè)置

42、了避免電池過(guò)充以損害電池的裝置。針對(duì)上述功能，它的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示：充充充充充PWM充充充充充充充充充充充充充充充充ADuC824充充充充充充充充充充充充充充充充圖3-1智能充電器的硬件結(jié)構(gòu)框圖其中單片機(jī)采納了由AD公司生產(chǎn)的ADuc824，它內(nèi)含有兩個(gè)獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換通道和一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換通道，而且內(nèi)部還有一個(gè)溫度傳感器，為設(shè)計(jì)外圍電路接口提供了方便。PWM電路是通過(guò)TL494芯片通過(guò)數(shù)據(jù)的搜集輸出必然寬度的脈沖波來(lái)操縱電池的充電時(shí)期，從而實(shí)現(xiàn)充電電池的智能型充電。電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路別離采納將檢測(cè)到的電壓和電流通過(guò)放大器和光電藕隔離器進(jìn)行轉(zhuǎn)換使得輸出的電壓和電流能夠知足單片機(jī)

43、的+5V電壓范圍。顯示和報(bào)警電路是通過(guò)單片機(jī)操縱來(lái)顯示電池組當(dāng)前的充電狀態(tài)，提示用戶(hù)當(dāng)前進(jìn)入的狀態(tài)。單片機(jī)部份3.2.1ADuC824的介紹單片機(jī)選用性?xún)r(jià)比較高的AD公司生產(chǎn)的ADuC824.ADuC824是AD公司新推出的高性能單片機(jī)，它在內(nèi)部集成了高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，是目前片內(nèi)資源最豐碩的單片機(jī)之一。它將8051內(nèi)核、兩路24位+16位eqoac(,-)A/D、12位D/A、FLASH、WDT、P監(jiān)控電路、溫度傳感器、SPI和I2C總線接口等豐碩資源集成于一體，體積小、功耗低、超級(jí)適合用于各類(lèi)智能儀表、智能傳感器、變送器和便攜式儀器等領(lǐng)域。（1）ADuC824的性能特點(diǎn)ADuC824是

44、一個(gè)片內(nèi)資源超級(jí)豐碩的單片機(jī)，各類(lèi)片內(nèi)資源都有其獨(dú)自的特點(diǎn)，要緊表現(xiàn)如下：高分辨率eqoac(,-)ADCS有兩個(gè)獨(dú)立的通道(24位+16位分辨率)；內(nèi)含可編程增益放大器；在20Hz/20mV范圍內(nèi)有13位有效分辨率；在20Hz/范圍內(nèi)有18位有效分辨率。存儲(chǔ)器8K字節(jié)片內(nèi)Flash/EE程序存儲(chǔ)器；640字節(jié)片內(nèi)Flash/EE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；256字節(jié)片內(nèi)RAM。8051內(nèi)核可與8051指令系統(tǒng)兼容(最高時(shí)鐘頻率；具有32kHz外部晶振和片內(nèi)PLL；有3個(gè)16位按時(shí)/計(jì)數(shù)器；內(nèi)含12個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級(jí)。電源可用于3V或5V操作；一樣情形下為3mA/3V(核心時(shí)鐘頻率為；掉電維持電流為20A(

45、32kHz的晶振運(yùn)行頻率)。內(nèi)含的其它外圍設(shè)備有：片內(nèi)溫度傳感器；12位電壓輸出DAC；雙鼓勵(lì)恒流源；時(shí)刻距離計(jì)數(shù)器；2線(I2C可兼容)和SPI串行I/O；看門(mén)狗按時(shí)監(jiān)視器(WDT)；電源供電監(jiān)視器(PSM)。（3）ADuc824的結(jié)構(gòu)ADuc824的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2ADuC824的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)雙通道eqoac(,-)型A/DADuC824包括兩個(gè)帶有數(shù)字濾波器的-ADC通道(主通道和輔助通道)。主通道用于測(cè)量主傳感器的輸入，那個(gè)通道具有緩沖器，能夠接收來(lái)自輸入管腳Ain1/2和Ain3/4的差分信號(hào)。在緩沖器意味著可處置較高內(nèi)阻的信號(hào)源，而且可在輸入通道前加入模擬RC濾

46、波器。主通道可通過(guò)調(diào)劑編程放大器的增益而接收20mV，40mV，等幾種量程的輸入。輔助通道用于接收輔助信號(hào)的輸入，例如冷端二極管或熱敏電阻的輸入，此通道無(wú)緩沖器，只有一個(gè)固定為的輸入范圍。AD通道的設(shè)置和操縱是通過(guò)專(zhuān)用寄放器塊(SFR)中的一組寄放器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其名稱(chēng)和在SFR中的地址和功能如下：ADSTAT(D8H)：狀態(tài)寄放器，包括數(shù)據(jù)預(yù)備就緒、校準(zhǔn)狀態(tài)和一些犯錯(cuò)信息ADMODE(D1H)：模式寄放器，操縱主通道和輔助通道的操作模式AD0CON(D2H)：主通道操縱寄放器AD1CON(D3H)：輔助通道操縱寄放器SF(D4H)：數(shù)字濾波器寄放器，通過(guò)調(diào)劑濾波器參數(shù)來(lái)操縱主、輔通道數(shù)據(jù)的更新速

47、度ICON(D5H)：恒流源操縱寄放器，用于操縱片內(nèi)恒流源(片內(nèi)有兩個(gè)200A恒漢源，可緞帶外接變送器提供鼓勵(lì)電流)AD0L/M/H(D9/DA/DBH)：三字節(jié)，用于寄存主通道24位轉(zhuǎn)換結(jié)果AD1L/H(DC/DDH)：兩字節(jié)，用于存入輔助通道16位轉(zhuǎn)換結(jié)果OF0L/M/H(E1/E2/E3H)：三字節(jié)，用于寄存主通道偏移校準(zhǔn)系數(shù)OF1L/H(E4/E5H)：兩字節(jié)，用于存入輔助通道偏移校準(zhǔn)系數(shù)GN0L/M/H(E9/EA/EBH)：三字節(jié)，用于寄存主通道增益校準(zhǔn)系數(shù)GN1LH(EC/EDH)：兩字節(jié)，用于寄存輔助通道增益校準(zhǔn)系數(shù)ADuC824的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)ADuC824的片內(nèi)存儲(chǔ)器包括8K字

48、節(jié)片內(nèi)Flash/EE程序存儲(chǔ)器、640字節(jié)片內(nèi)Flash/EE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和256字節(jié)片內(nèi)RAM。圖3-3內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的配置圖ADuC824的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有分開(kāi)的尋址空間。如用戶(hù)在EA置0時(shí)上電或復(fù)位，那么芯片執(zhí)行外部程序空間的指令而不能執(zhí)行內(nèi)部8KFlash/EE程序存儲(chǔ)器空間的指令。假設(shè)EA被置0，那么從內(nèi)部8KFlash/EE開(kāi)始執(zhí)行程序。附加的640字節(jié)Flash/EE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是通過(guò)專(zhuān)用寄放器塊(SFR)中的一組操縱寄放器來(lái)間接訪問(wèn)的。ADuC824的片內(nèi)Flash/EE程序存儲(chǔ)器可用兩種模式進(jìn)行編程：即在線串行下載和并行編程。另外，ADuC824還可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的UART串行端

49、口下載源代碼。假設(shè)管腳PSEN通過(guò)一個(gè)下拉電阻被下拉，芯片那么自動(dòng)進(jìn)入串行下載模式。當(dāng)設(shè)備連接正確時(shí)源代碼將自動(dòng)載入到程序存儲(chǔ)器，并可通過(guò)這種方式進(jìn)行在線編程。其它外設(shè)a.DACADuC824上集成了一個(gè)12位電壓輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。它有一個(gè)軌對(duì)軌的電壓輸出緩沖，可驅(qū)動(dòng)10k/100pF的負(fù)載。它有兩個(gè)輸出范圍：0到VREF和0到AVDD，能以8位或12位模式工作。DAC有一個(gè)操縱存儲(chǔ)器DACCON和兩個(gè)數(shù)據(jù)寄放器DACL/H。b.片內(nèi)PLL一樣eqoac(,-)型AD都需外接一個(gè)晶振，CPU工作也需要外部晶振。ADuC824利用一個(gè)的外部晶振同時(shí)為AD和CPU提供時(shí)鐘信號(hào)。片內(nèi)PLL以倍速鎖存

50、(3216倍)方式為系統(tǒng)提供穩(wěn)固的的時(shí)鐘信號(hào)。CPU核心能夠用那個(gè)頻率工作，也能夠以該頻率分頻后的頻率工作，以降低功耗，減少干擾。AD時(shí)鐘也來(lái)源于PLL時(shí)鐘，其調(diào)制速度和晶振頻率相同。以上的頻率選擇保證了AD調(diào)制器和CPU核心的時(shí)鐘同步。PLL的操縱寄放器是PLLCON。c.時(shí)刻距離計(jì)數(shù)器(TIC)時(shí)刻距離計(jì)數(shù)器可用于計(jì)量較長(zhǎng)的時(shí)刻距離，而標(biāo)準(zhǔn)8051的按時(shí)/計(jì)數(shù)器卻不能。有六個(gè)SFR寄放器與TIC有關(guān)，TIMECON是它的操縱寄放器，INTVAL是用戶(hù)按時(shí)設(shè)置寄放器，當(dāng)TIC的計(jì)時(shí)器達(dá)到INTCVAL的設(shè)置值時(shí)，TIC將有一個(gè)主動(dòng)的輸出，此輸出可引發(fā)一個(gè)中斷或使TIMEON中的TII位置位。

51、HOUR、MIN、SEC、HTHSEC別離是時(shí)、分、秒、1/128秒的寄放器。DADuC824的外設(shè)還包括片內(nèi)溫度傳感器、門(mén)狗按時(shí)器(WDT)、電源供電監(jiān)視器(PSM)、SPI串行接口和I2C串行接口等6。3.2.2單片機(jī)電路部份本次設(shè)計(jì)采納ADuC824，其連接電路圖如圖3-4。C+5U3+5AVDDDVDDP0.0P0.145P1.5P1.6P0.3P0.428P2.040abdfgDACURRENT/AIN1VOLTAGE/AIN3100n5391011121822P1.2P1.4P1.7P3.2P3.42034DVDDDVDD484344P0.24849P0.55051P0.652P0

52、.7EARESET15220X812345678+5DPYacfbgeecddpdpDPY_7-SEG_DPC1210uDVDDXTAL1XTAL212P32.766KHZ12PGNDVREF+87VREF-XTAL132XTAL233R1810KP2.0B100n6AGND21DGND35DGND47DGNDR172KBUZZERQ1GNDGNDADUC824NPNPLLCON圖進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)Sheetof的晶振頻DrawnBy:12MHzCS9013圖3-4單片機(jī)連接電路由于本單片機(jī)采納的是ADuC824，其利用的是一個(gè)外部晶振為頻率的時(shí)鐘Title為CPU提供時(shí)鐘周期，片內(nèi)PLL以倍

53、速鎖存(3216倍)方式為系統(tǒng)提供穩(wěn)固的SizeNumberRevision的時(shí)鐘信號(hào)。為了與平常學(xué)的80C51的12MHz的晶振頻率一致,且易編程，咱們A4能夠?qū)ζ瑑?nèi)PLL的操縱寄放器Date:5-Jun-2009File:J:PREVIO13.DDB率。34當(dāng)電壓檢測(cè)量VOLTAGE/AIN3和電流檢測(cè)量CURRENT/AIN1送入到單片機(jī)的兩個(gè)獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，單片機(jī)將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)而進(jìn)行必然的數(shù)據(jù)分析，確信充電進(jìn)入充電四個(gè)時(shí)期的哪個(gè)時(shí)期，同時(shí)將轉(zhuǎn)化的數(shù)字量通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換送到TL494的放大器的同相輸入端DTC，單片機(jī)在確信充電進(jìn)入哪個(gè)時(shí)AMOSFET導(dǎo)通，上述進(jìn)程重復(fù)發(fā)生。電感

54、L2的作用是滑膩充電電流17。期后，將通過(guò)P0口輸出給8段碼顯示，用來(lái)告知用戶(hù)當(dāng)前電池的充電的狀態(tài)，而且當(dāng)充電終止時(shí)，單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，提示用戶(hù)充電已終止61317。充電電路設(shè)計(jì)部份3充電電路電源部份該電路屬于降壓扼流圈電路，輸出電壓比輸入電壓低時(shí)利用，如圖3-5所示的電路中，220伏市電經(jīng)變壓器降壓后，由整流器整流和大電容C1滑膩濾波，作為直流充電電源。PWM操縱信號(hào)的高電平脈沖顯現(xiàn)，使MOSFET導(dǎo)通以后，L電感L1的電流不斷增大，電容C2充電，該電路不斷存儲(chǔ)能量，同時(shí)通過(guò)電感L2對(duì)電池充電，現(xiàn)在，續(xù)流二極管因反向偏置而截止。通過(guò)PWM高電平脈沖持續(xù)時(shí)刻后，PWM信號(hào)變低，MOSFE

55、T截止，電感L1中的電流減小，L1兩頭的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使續(xù)流二極管導(dǎo)通，1中的存儲(chǔ)電流和電容C2存儲(chǔ)電荷向電池充電。通過(guò)PWM信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)刻后，PWM信號(hào)的又一高電平到來(lái)，再度使12MOSFETPL1L2Vo+1IRF9540DT142C1D1IN4001C22500u/25V蓄電池2500u/25V220VBRIDGE1R13+12Vo-R23K100CPWMU1GNDR310GND圖3-5充電電源電路3操縱電路I2+12操縱電路用來(lái)產(chǎn)生PWM波，在那個(gè)地址采納了TL494來(lái)實(shí)現(xiàn)。TL494是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的一種電壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制操縱集成電路，要緊應(yīng)用在各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源中，TL494價(jià)錢(qián)

56、低廉，易購(gòu)得，和分立單元系統(tǒng)相較，在一個(gè)芯片內(nèi)，同時(shí)解決了電流和電壓調(diào)劑器，脈寬調(diào)制，最大電路限制。芯片內(nèi)還設(shè)有附加監(jiān)控愛(ài)惜功能，使得它可取得更優(yōu)良的工作性能，提高了抗干擾能力和靠得住性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)練，縮小了空間。由TL494、單片機(jī)組成的充電操縱回路，組成閉環(huán)操縱系統(tǒng)。（1）TL494管腳配置及其功能TL494的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器和輸出電路等組成。圖3-6是它的管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，其中1，2腳是誤差放大器I的同相和反相輸入端；3腳是相位校正和增益操縱；4腳為間歇期調(diào)整，其上加電壓時(shí)可使截止時(shí)刻從2%線性轉(zhuǎn)變到100%；5

57、，6腳別離用于外接振蕩電阻和振蕩電容；7腳為接地端；8，9腳和11，10腳別離為T(mén)L494內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極；12腳為電源供電端；13腳為輸出操縱端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，接14腳時(shí)為推挽輸出方式；14腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流10mA；15，16腳是誤差放大器II的反相和同相輸入端。圖3-6TL494的管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)(2)TL494回路操縱原理TL494內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波送到PWM比較器的反相輸入端，脈沖調(diào)寬電壓由ADuc824檢測(cè)到電池電壓、電流及溫度等參數(shù)經(jīng)處置做出判定，確信當(dāng)前的充電時(shí)期，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓信號(hào)送到比較器的同相輸入端DTC，

58、TL494內(nèi)部PWM比較器比較后輸出必然寬度的脈沖波。當(dāng)調(diào)寬電壓轉(zhuǎn)變時(shí)，TL494輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變MOSFET的導(dǎo)通時(shí)刻，達(dá)到調(diào)劑、穩(wěn)固輸出電壓的目的，使電池電壓與設(shè)定值維持一致，形成閉環(huán)回路操縱。本次設(shè)計(jì)只采納一組PWM輸出，故TL494采納單端輸出方式。單端輸出時(shí)TL494的Q1和Q2并在一路輸出PWM波，如圖3-7所示。C1QCQ1E1OutputControlSingle-EndedC2Q2E2QE圖3-7單端輸出連接圖檢測(cè)到的電池電流轉(zhuǎn)換為0-5V的電信號(hào)，通過(guò)簡(jiǎn)單濾波電路進(jìn)行滑膩、去除雜波干擾后的CURRENT/AIN1送給TL494的誤差放大器的V1+同相輸入端

59、。設(shè)定輸入信號(hào)是由TL494的+5V基準(zhǔn)電壓源經(jīng)一周密多圈電位器分壓，由電位器滑動(dòng)端通過(guò)濾波電路接入TL494的誤差放大器的V1-一反相輸入端。反饋信號(hào)和設(shè)定信號(hào)通過(guò)TL494的誤差放大器后進(jìn)行比較放大，進(jìn)而操縱停止PWM輸出，避免過(guò)充電。在這次的設(shè)計(jì)中只用到了TL494的誤差放大器，故將誤差放大器的V2+（16腳）接地、V2-（15腳）接高電平89。TL494的操縱回路電路圖如圖3-8所示。34RW4GND33KGND+5U2C9109E2E1PWMGNDR155K0.1u14131186C10540.1u3VREFOCC2C1RTCTDTCCOMP-V2+V2-V1+V1151621CUR

60、RENT/AIN1GNDDATL494GNDC111uGND圖3-8TL494操縱回路電路3.3.3檢測(cè)電路檢測(cè)電路包括電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路，由于ADuc824自帶內(nèi)部溫度傳感器，本節(jié)著重介紹電壓和電流檢測(cè)電路。（1）電壓檢測(cè)電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)要緊考慮的問(wèn)題是:在正常充電的進(jìn)程中，電池端電壓Ubat的轉(zhuǎn)變范圍是0V到15V，要使單片機(jī)檢測(cè)Ubat的轉(zhuǎn)變映射到0V到5V的范圍內(nèi)，在測(cè)量中，需要用低壓器件去測(cè)量高壓、強(qiáng)電流模擬量，若是模擬量與數(shù)字量之間沒(méi)有電氣隔離，那么，高電壓、強(qiáng)電流很容易串入低壓器件，并將其燒毀。本設(shè)計(jì)采納周密電阻進(jìn)行比例衰減，把輸入電壓量程范圍轉(zhuǎn)化為AD轉(zhuǎn)