杜永博 何婧 劉靜 李鵬 北京郵電大學(xué)世紀學(xué)院電子與自動化系

智能充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

杜永博 何婧 劉靜 李鵬 北京郵電大學(xué)世紀學(xué)院電子與自動化系

本產(chǎn)品采用模糊控制器、控制技術(shù)、數(shù)字濾波和滑動算法。采用smbus總線技術(shù)實現(xiàn)信號的接收。本產(chǎn)品充電速度高，穩(wěn)定性強而且能延長電池的使用壽命，可適應(yīng)各種不同的充電需求，應(yīng)用前景廣泛。

智能充電 模糊控制 SMBus總線 滑動窗口算法

隨著信息技術(shù)的的迅猛發(fā)展，電池和充電器都經(jīng)歷著巨大的變革，在我們生活的各個領(lǐng)域都有所涉及、軍用領(lǐng)域尤為明顯。智能電池的出現(xiàn)幫我們解決了這一問題，目前國內(nèi)多為傳統(tǒng)意義上的福鎳、鎳氫和鏗離子電池，充電前只能通過標簽來判斷具體的類型，若標簽被毀后，只能根據(jù)外表的特征來判斷電池的類型，進而來挑選適合的充電方式。但是由于電池類型的不同，即使是兩塊工藝相似的電池，充電方式也會有所不同。目前國內(nèi)的充電器大多是沒有考慮這個問題。大多數(shù)采用的方法，因為電流小，所以只能拿時間來積累，充電時間漫長、效率低下。在使用中，這種充電方式直接造成了電池使用效率低，使用時間縮短，可修復(fù)和維護性差等致命的缺點，在軍事領(lǐng)域中造成了一定的困擾，為解決這一難題我們提出了以下觀點和實現(xiàn)方式。

1 設(shè)計原理

我們這設(shè)計主要包括三大部分，分別是主要電源的線路、輔助充電模塊和信號接受部分。主電源最大的作用就是提供設(shè)計所要的電壓，電壓主要包括兩個部分，分別是：供電和浮充。同時提供充電電壓、輔助供電，C504是本次設(shè)計最主要的信號控制部分，作用為控制各類電池的充電過程、檢測、保護和故障報警。充電器要了解三種不同的電池即：鉻鎳、鎳氫、鋰離子的充電特性，根據(jù)不同的特性控制不同的充電狀態(tài)，鋰電池的充電方式是恒流恒壓，鉻鎳電池和鎘氫電池采用了本次設(shè)計的主要控制方法即模糊控制法，這三種電池都由C504控制實現(xiàn)。

這個程序的實現(xiàn)步驟為：在處理電池端電壓后，會出現(xiàn)電壓和信號的偏差和變化，而模糊控制器則會根據(jù)偏差信號和變化率信號，來處理得到電流信號，這樣會使充電變得靈活，在充電時充電器會不斷的檢測電池是否飽和，當電池飽和時則會自動進入浮充維護狀態(tài)。若充電過程出現(xiàn)故障控制器會及時停止并報錯，本項實驗的難點在于模糊處理器和終止條件的判決。

2 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 模糊控制器

這部分則是軟件設(shè)計的核心，采用模糊處理器的設(shè)計主要用來解決以下幾方面的問題:結(jié)構(gòu)選取、精確量模糊化、算法設(shè)計、量的精確化。

因為輸入和輸出量來決定模糊控制器的類型，所以在選擇輸入量和輸出量時一定要合理。輸入量的選取方法為：選取為相鄰兩個電壓檢測值的變化率，根據(jù)公式oU/et和電池理想的最高電壓與測量得到實際電壓之差△V，輸出量則是選取某一時間段內(nèi)的電流數(shù)據(jù)。

2.2 顯示與按鍵設(shè)計

顯示部分不受電源主板控制。顯示部分是由單片機89c51來實現(xiàn)控制，它為接收按鍵信息，傳送按鍵信息至主控單片機c504，接收主控機給予的電壓、溫度反饋、故障反饋和實時顯示提供了保證。

2.3 E2 PROM

我們運用EPROM，每次程序啟動，程序把需要的部分放入到RAM，來方便我們的設(shè)計調(diào)用。在調(diào)試數(shù)據(jù)時，我們只需要改動EPROM中的數(shù)據(jù)，而不必改動我們的原始程序這樣會是我們的實現(xiàn)更加簡便。

2.4 系統(tǒng)軟件抗干擾措施的設(shè)計

單片機的工作環(huán)境是千變?nèi)f化的，尤其是在充電器上，干擾時常發(fā)生，而這些干擾常常會影響軟件的運行，甚至?xí)瓜到y(tǒng)發(fā)生故障。因此，我們在設(shè)計系統(tǒng)時，除了在硬件濾波、尖峰吸收等方面采取措施減少干擾外，在軟件上也做了一些處理。

①利用冗余指令；

②設(shè)置軟件陷阱；

③設(shè)置運行監(jiān)視系統(tǒng)(WDT)；

④采用軟件濾波。

3 硬件設(shè)計

主要電源的線路、輔助充電模塊和信號接受部分、C504單片機這幾部分組成了本次設(shè)計的核心部分，另還配有顯示部分。

3.1 控制電路部分

控制電路部分分為

①C504單片機：主控SIEMENS C504。由C51和許多片內(nèi)外設(shè)組成。

②EZPROM。主要是X5045是XICON生產(chǎn)的組合式封裝期間，常用功能為看門狗定時器、電源電壓的監(jiān)控以及串行E2–PROM。

③充電控制電路

3.2 SMBus總線部分

SMBus是96年Intel(聯(lián)合其它公司)發(fā)布的一個基于PC-IZC進化而來的系統(tǒng)管理總線(SMBUS)。SMBUS有兩根通信線在這兩根通信總線中我們放入了低電平選擇，并且對器件和總線的控制上做了嚴格的規(guī)定。

3.3 顯示與按鍵部分

單片機我們采用89C51和C504以信息中斷的方式進行信息交流。51單片機主要控制按鍵和顯示的部分，51獲取的信息傳送至出才c504進行處理，而c504給單片機發(fā)布指令。

4 結(jié)束語

本產(chǎn)品采用模糊控制器、控制技術(shù)、數(shù)字濾波和滑動算法。采用smbus總線技術(shù)實現(xiàn)信號的接收。本產(chǎn)品充電速度高，穩(wěn)定性強而且能延長電池的使用壽命，可適應(yīng)各種不同通的充電需求，應(yīng)用前景廣泛。

[1]王鴻麟、景占榮.通信基礎(chǔ)電源(第二版).西安電子科技大學(xué)出版社.2001

[2]黃正佳.智能電池模塊.電源技術(shù).2002

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[4]Tarun Gupta, R. R. Boudreaux, R. M. Nelms, et al, Implementation of a Fuzzy Controller for DC-DC Converters Using an Inexpensive 8-b Microcontroller, IEEE Transaction on Industry Electronics, 1997