高春燕

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的快速充電器設(shè)計(jì)

高春燕

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

鉛酸蓄電池的特點(diǎn)是容量大、工作溫度的變化范圍廣以及相關(guān)制作材料充足，蓄電池中發(fā)展最成熟，技術(shù)最領(lǐng)先的要屬鉛酸蓄電池。隨著鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)實(shí)中電池的充電方式?jīng)]有得到很好的改善，所以導(dǎo)致了鉛酸蓄電池的容量不斷地降低，電池壽命也大大地縮短，廢棄電池的電解液殘留會(huì)給資源帶來很大的浪費(fèi)，給環(huán)境帶來很大的污染，因此，實(shí)現(xiàn)蓄電池的充電方式的可靠、安全，這是目前亟需解決的難題。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了快速充電器，論文中包括的設(shè)計(jì)有軟件實(shí)現(xiàn)部分和硬件實(shí)現(xiàn)部分，硬件實(shí)現(xiàn)部分中有涉及到鉛酸主充電開關(guān)的電源電路，軟件部分設(shè)計(jì)了中斷子程序。

充電器 鉛酸蓄電池 單片機(jī)

1 鉛酸蓄電池快速充電理論

鉛酸蓄電池充電方法的原理可以分為傳統(tǒng)充電法以及快速充電法，其中的傳統(tǒng)充電法采用的是小電流慢充，而快速充電法指的是提高充電電壓或者充電電流，并且延長蓄電池的使用壽命。然而，考慮到蓄電池的一些重要特點(diǎn)，比如離散性、多變量以及非線性等，充電系統(tǒng)并沒有在很多的應(yīng)用數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)極大的推廣。日常生活中我們通常所接觸的是傳統(tǒng)的充電法，從鉛酸蓄電池的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的充電法無法滿足高效率的充電，同時(shí)蓄電池的壽命無法得到延長。

2 鉛酸蓄電池快速充電概述

現(xiàn)今關(guān)于鉛酸蓄電池快速充電的相關(guān)研究取得了很大的發(fā)展與進(jìn)步。20世紀(jì)60年代，來自美國科學(xué)家就蓄電池充電的整個(gè)過程進(jìn)行了研究，分析了產(chǎn)生氣現(xiàn)象的規(guī)律以及產(chǎn)生的原因，得出了充電電流曲線，該曲線產(chǎn)生的前提是吸氣率是最低的。鉛酸蓄電池充電特性曲線如圖1所示。

圖1 蓄電池充當(dāng)電流接受曲線

從圖1中能夠知道，在整個(gè)電池充電時(shí)，當(dāng)充電電流是小于蓄電池蓄就能夠滿足最大充電電流的曲線圖，而且蓄電池的本身氣泡是不可能出現(xiàn)的；當(dāng)充電電流如果很大的時(shí)候，從充電接受曲線中能夠得出多出的那部分是無法變?yōu)樾铍姵氐幕瘜W(xué)能，所以也不可以儲(chǔ)存，而是該過程加速了蓄電池內(nèi)部水電解，從而出現(xiàn)了析氣現(xiàn)象。當(dāng)充電進(jìn)入開始階段的時(shí)候充電電流比能夠充電的電流小很多，因此充電的時(shí)間相應(yīng)也會(huì)增加，當(dāng)對(duì)蓄充電電流比能夠充電的電流大很多時(shí)，造成蓄電池中的析氣現(xiàn)象十分嚴(yán)重。

3 鉛酸蓄電池快速充電器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

鉛酸蓄電池快速充電器系統(tǒng)主要的對(duì)象是多種型號(hào)，多種容量的鉛酸蓄電池，系統(tǒng)的組成部分主要包括了型號(hào)為PIC16F877A的單片機(jī)，以及其他的應(yīng)用軟件。鉛酸蓄電池快速充電器的充電的實(shí)現(xiàn)方法選用的是間歇式的變電流正負(fù)脈沖，從而一方面防止了鹽化，另一方面還能夠減小極化，增高充電率，最終實(shí)現(xiàn)鉛酸蓄電池壽命的增強(qiáng)。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

快速充電器的設(shè)計(jì)模塊中主要包括的部分有硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及電路的顯示等，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框架圖

輸入層：在開關(guān)電源中輸入220V交流，該充電電源的主要功能是給蓄電池提供所需的電壓以及電流。輔助電源的作用主要產(chǎn)生工作電壓，在放大器以及模擬開關(guān)中都會(huì)用到輔助電源，電池的相關(guān)參數(shù)是通過鍵盤進(jìn)行輸入。

硬件設(shè)計(jì)層：在快速充電器的系統(tǒng)中有著重要的角色是硬件層，單片機(jī)的主要任務(wù)是控制充電中的整個(gè)過程，其中涉及到的有檢測環(huán)境溫度以及采樣充電電流，軟件設(shè)計(jì)層：軟件設(shè)計(jì)層作為系統(tǒng)的核心部分，主要的作用是實(shí)現(xiàn)充電以及放電的軟件設(shè)計(jì)。

顯示部分：顯示部分中顯示的內(nèi)容包括了蓄電池中荷電所處的狀態(tài)，以及充電的電壓和電流的值，這樣能夠讓用戶更加深入了解電池充電。

3.2 主充電開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)

半橋開關(guān)電源工作原理：交替導(dǎo)通VT1和VT2，變壓器T一次側(cè)產(chǎn)生了正負(fù)交變矩形脈沖電壓，該電壓的幅值是Vi/2。開關(guān)管的占空比發(fā)生變化的時(shí)候，意味著二次側(cè)整流電壓的均值也相應(yīng)地發(fā)生了變化，輸出電壓Uo此時(shí)也會(huì)出現(xiàn)變化，KA7500B芯片特性如表1所示。

表1 KA7500B芯片特性

3.3 放電電路

放電電流的選擇是和充電所處的階段以及電池型號(hào)有直接的關(guān)系的。放電電流中需要遵循的要求，在放電電路中需要做的就是進(jìn)行連續(xù)地放電，電流是0A到4A之間變化。所以從單片機(jī)中獲得的放電信號(hào)再經(jīng)過了數(shù)字模擬信號(hào)的相應(yīng)轉(zhuǎn)換以后，可以得到相應(yīng)的直流信號(hào)，NE555芯片中會(huì)保存該直流信號(hào)。隨著NE555-5腳中直流電壓的輸入值的不同，會(huì)導(dǎo)致從3腳輸出的脈沖信號(hào)相應(yīng)的占空比也會(huì)發(fā)生改變，而且成正比的關(guān)系，同時(shí)占空比將會(huì)從0%變化到100%。此外，3腳輸出的脈沖信號(hào)通過模擬開關(guān)的控制之后，可以成功加載到TM30N50的柵極。放電控制電路如圖3所示。

圖3 放電控制電路

3.4 顯示電路

LCD的顯示電路中選擇的釆用LCD1602，液晶模塊中顯示的2行，每行16個(gè)字符。由于功率損耗低、體積小，而且內(nèi)容顯示豐富，所以有著廣泛的應(yīng)用。液晶里面有存儲(chǔ)器，主要是存儲(chǔ)不同的點(diǎn)陣字符，字符與代碼之間是一一地對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

4 充電系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的快速充電器主要是圍繞著硬件以及軟件兩方面進(jìn)行的，系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性是和軟件的質(zhì)量有著直接的影響關(guān)系，在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)占據(jù)著很重要的成分。本文釆用的編程語言是匯編語言以及C語言的相互結(jié)合。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)選擇的思路的是模塊化。

4.1 中斷子程序設(shè)計(jì)

當(dāng)設(shè)計(jì)中斷子程序的整個(gè)過程中，首先需要做的就是對(duì)鉛酸蓄電池的充電狀況同時(shí)檢查是否是完好的，假如鉛酸蓄電池的充電狀況是充滿的，這就充分表明了就鉛酸蓄電池?fù)p壞了，并且鉛酸蓄電池是不可以充電的，當(dāng)選擇的鉛酸蓄電池沒有根據(jù)具體的要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇的話，就需要馬上停止充電程序，并且會(huì)出現(xiàn)警報(bào)的提示；如果在整個(gè)充電的過程中有斷電的現(xiàn)象產(chǎn)生。此時(shí)就要重新設(shè)置蓄電池的相關(guān)充電參數(shù)，其中的參數(shù)主要包括了充電之前的起始電壓，另外在充電過程中相關(guān)的鉛酸蓄電池參數(shù)采集中涉及的參數(shù)為充電電壓以及溫度等。溫度的檢查主要是檢查溫度是在系統(tǒng)的條件溫度的范圍以內(nèi)，如果溫度是在條件溫度的范圍以為的話，保護(hù)程序從而會(huì)啟動(dòng)，而與此同時(shí)充電的過程就暫停了就會(huì)馬上停止，接著進(jìn)行電壓的檢查以及電流的變化量，當(dāng)電壓超過了終止程序中的條件電壓時(shí)，故障保護(hù)程序就會(huì)執(zhí)行。

結(jié)語：電池充電器在日常生活中充當(dāng)著很重要的角色。本文設(shè)計(jì)的鉛酸蓄電池充電器所應(yīng)用的技術(shù)是通過微電腦進(jìn)行控制。本文具體介紹了充電器的硬件設(shè)計(jì)，以及軟件設(shè)計(jì)，其中的硬件部分涉及到了電源電路、人機(jī)交互界面以及采樣電路，而且詳細(xì)介紹了單片機(jī)。編程語言采用的是匯編，運(yùn)用面向?qū)ο蟮南嚓P(guān)技術(shù)和原理。

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