基于AT89S52的智能快速充电器控制系统的设计
1．引言
本控制系统是为120w智能快速稳压电源设计的。
该快速充电器是为部队在野战条件下工作而研制的，因此要求其具有体积小、重量轻、智能化程度高、操作简便等优点，同时对电源的可靠性和抗干扰性提出了很高的要求。有稳压供电和充电两种工作方式。稳压供电时输出恒定的24V；处于充电状态时有四种充电方式：常规充电、快速充电、电池浮冲、电池训练，可以为镉镍、氢镍蓄电池充电。
2． 控制系统总体设计要求
根据实际情况，本控制系统要完成以下功能：
（1） 能自动识别电池的类型（镍镉电池、镍氢电池、锂电池）。
（2） 有稳压供电和充电两种工作模式。
（3） 采用最高电压Vmax、最高温度Tmax、最长充电时间tmax、电压负增长-△V、温度变化率△T/△t等快速充电中止法。
（4） 具有输入交流过压保护、输出直流过流保护、过充电保护等
（5） 通电后能自动检测整个电源系统，有故障报警。
（6） 设有电池开路、短路、反接保护。
（7） 具有硬件和软件相结合的双重保护功能。
（8） 良好的抗干扰能力。
3． 统硬件电路的设计
3.1 AT89S52单片机简介
AT89S52是ATMEL公司研制的通用单片机。它在AT89S51单片机的基础上为P1口定义了第二功能，有六个外部中断、三个定时／计数器，以及四个全双工的串行通信口，同时在指令上与AT89S51兼容，对监控系统较为适用。
3.2 基于AT89S52的监控系统硬件电路设计
按照上述系统设计要求，设计了如图1所示的监控系统。
（1） 微处理器：AT89S52非常适用于控制，他的主要结构和特点在前面已经介绍过了，为了满足外围接口电路的需要，一般都要在输出口处接锁存驱动电路，这里我们采用的是SN74HC573。
（2） 压频变换装置：将模拟的电压量转化成频率值，这是一种A/D转化方式，将输出电压U0采样通过压频变换装置传给单片机，压频转化装置我们用的是National Semiconductor的LM331。
（3） 输出控制电路：单片机的输出控制信号通过电阻解码网络转化成模拟电压值，控制电压和电流比较器的基准值，实现对外围功率电路的控制。
（4） 上电复位电路：为了防止单片机的程序飞跑，出现死锁，我们采用MAXIM公司的MAX813L系统监控集成芯片来实现对单片机的监控，该芯片具有看门狗电路、门限值检测器、手动复位等功能。
（5） 输入控制和数码显示电路：包括按键和显示部分。通过简单的按键选择，实现运行方式选择、复位及故障的显示。显示部分采用SN74HC573驱动两个8位七段LED显示；同时通过发光二极管和蜂鸣器提示运行状态。
（6） 护告警电路：通过硬件电路实现保护，给单片机中断管脚发出脉冲信号，引发中断程序实现保护，并引发蜂鸣器告警。
下面介绍本系统中的一些关键性电路
3.2.1 恒压恒流模块
恒压恒流电路是整个智能充电器的关键部分，电路结构见图2。恒流恒压电路由SR12单片机片内模拟电路模块和片外的MOSFET开关管、肖特基二极管、滤波电感、滤波电容等器件组成。模拟电路模块是SR12的特有部件，图3为它的结构框图。它由输入多路开关、两组温 度 传 感器Rsense0.01Ω可程控放大器、片内温度传感器、电流检测电路等组成。可程控放大器总放大倍数为1～256。放大器的输入可选择为两路模拟输入脚（ATD0、ATD1）、片内温度传感器、模拟地输入（VSSAM）。ATD0和VSSAM间可接一个电流检测电阻，用于测量外部电流，它还连接至电流检测电路，可在电流超过指定值时产生中断并输出信号。
3.2.2 放电模块
快速充电的硬件电路图如下所示
快速充电的原理是通过电池两端不断的充放电来提高充电效率，从而减少了充电时间。放电器部分利用电压比较器，在5脚设置电压基准，6脚通过一个二极管和电阻同单片机相连，单片机接受外部控制指令，通过计数器控制TDIS端电平的高低；比较器的输出应用两个三极管级联，改善了静态工作点。
快速充电时，AT89S52单片机必须不断检测以下几项关键技术指标：电路是否出现断路、电池是否出现不均衡现象、电池是否达到规定的安全电压、电池是否温度过高、电池是否满足-△V或△T/△t条件。
3.2.3 压频变换模块
压频变换器本质上是A/D变换器，上图是由LM331N组成的压频变换电路，它将输出的电压信号转变成频率，接入单片机的计数器接口，通过计数器的计数计算出输出电压的大小。该型号压频变换器V/F变换公式是：
4． 系统软件设计
主程序流程图如图2所示。系统上电复位后，首先对单片机、外围芯片及控制状态进行初始化；然后设置输出控制口的电压阀值，通过读取输出电压的值来判断系统是否正常，若正常则进入功能设置模块，否则转故障处理；进入功能控制模块后，用户可以通过按键设置系统的工作状态，是供电模式还是充电模式。然后按下确定按钮，系统进入相应的工作模式。若是供电模式，单片机将实时监测各主要参量若发现故障或过流过压则转故障处理模块，没有的话继续监测。若是充电模式，插入电池后系统将监测是否反接，是则提出告警，否则将进入充电状态，在此过程中故障检测的过程和供电模式相同，但充电模块中有充电中止算法和定时算法，都是判断电池是否充满的算法。
5． 结束语
以单片机AT89S52为核心的智能充电器制成后，经过半年的调试和运行，各项指标基本上达到了设计要求，由于在制作过程中充分利用了各模块的功能，使该充电器的集成度大大提高，从而减小了体积，更有利于在野外条件下工作，提高了系统的可靠性。
参考文献：
[1] 周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京：北京航空航天出版社，1991.
[2] 周航慈.单片机程序设计基础[M].北京：航空航天大学出版社，1999.
[3] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，1996.
本控制系统是为120w智能快速稳压电源设计的。
该快速充电器是为部队在野战条件下工作而研制的，因此要求其具有体积小、重量轻、智能化程度高、操作简便等优点，同时对电源的可靠性和抗干扰性提出了很高的要求。有稳压供电和充电两种工作方式。稳压供电时输出恒定的24V；处于充电状态时有四种充电方式：常规充电、快速充电、电池浮冲、电池训练，可以为镉镍、氢镍蓄电池充电。
2． 控制系统总体设计要求
根据实际情况，本控制系统要完成以下功能：
（1） 能自动识别电池的类型（镍镉电池、镍氢电池、锂电池）。
（2） 有稳压供电和充电两种工作模式。
（3） 采用最高电压Vmax、最高温度Tmax、最长充电时间tmax、电压负增长-△V、温度变化率△T/△t等快速充电中止法。
（4） 具有输入交流过压保护、输出直流过流保护、过充电保护等
（5） 通电后能自动检测整个电源系统，有故障报警。
（6） 设有电池开路、短路、反接保护。
（7） 具有硬件和软件相结合的双重保护功能。
（8） 良好的抗干扰能力。
3． 统硬件电路的设计
3.1 AT89S52单片机简介
AT89S52是ATMEL公司研制的通用单片机。它在AT89S51单片机的基础上为P1口定义了第二功能，有六个外部中断、三个定时／计数器，以及四个全双工的串行通信口，同时在指令上与AT89S51兼容，对监控系统较为适用。
3.2 基于AT89S52的监控系统硬件电路设计
按照上述系统设计要求，设计了如图1所示的监控系统。
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图1 AT89S52监控系统框图
（1） 微处理器：AT89S52非常适用于控制，他的主要结构和特点在前面已经介绍过了，为了满足外围接口电路的需要，一般都要在输出口处接锁存驱动电路，这里我们采用的是SN74HC573。
（2） 压频变换装置：将模拟的电压量转化成频率值，这是一种A/D转化方式，将输出电压U0采样通过压频变换装置传给单片机，压频转化装置我们用的是National Semiconductor的LM331。
（3） 输出控制电路：单片机的输出控制信号通过电阻解码网络转化成模拟电压值，控制电压和电流比较器的基准值，实现对外围功率电路的控制。
（4） 上电复位电路：为了防止单片机的程序飞跑，出现死锁，我们采用MAXIM公司的MAX813L系统监控集成芯片来实现对单片机的监控，该芯片具有看门狗电路、门限值检测器、手动复位等功能。
（5） 输入控制和数码显示电路：包括按键和显示部分。通过简单的按键选择，实现运行方式选择、复位及故障的显示。显示部分采用SN74HC573驱动两个8位七段LED显示；同时通过发光二极管和蜂鸣器提示运行状态。
（6） 护告警电路：通过硬件电路实现保护，给单片机中断管脚发出脉冲信号，引发中断程序实现保护，并引发蜂鸣器告警。
下面介绍本系统中的一些关键性电路
3.2.1 恒压恒流模块
恒压恒流电路是整个智能充电器的关键部分，电路结构见图2。恒流恒压电路由SR12单片机片内模拟电路模块和片外的MOSFET开关管、肖特基二极管、滤波电感、滤波电容等器件组成。模拟电路模块是SR12的特有部件，图3为它的结构框图。它由输入多路开关、两组温 度 传 感器Rsense0.01Ω可程控放大器、片内温度传感器、电流检测电路等组成。可程控放大器总放大倍数为1～256。放大器的输入可选择为两路模拟输入脚（ATD0、ATD1）、片内温度传感器、模拟地输入（VSSAM）。ATD0和VSSAM间可接一个电流检测电阻，用于测量外部电流，它还连接至电流检测电路，可在电流超过指定值时产生中断并输出信号。
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图2 恒压恒流电路
3.2.2 放电模块
快速充电的硬件电路图如下所示
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图3 放电器部分电路
快速充电的原理是通过电池两端不断的充放电来提高充电效率，从而减少了充电时间。放电器部分利用电压比较器，在5脚设置电压基准，6脚通过一个二极管和电阻同单片机相连，单片机接受外部控制指令，通过计数器控制TDIS端电平的高低；比较器的输出应用两个三极管级联，改善了静态工作点。
快速充电时，AT89S52单片机必须不断检测以下几项关键技术指标：电路是否出现断路、电池是否出现不均衡现象、电池是否达到规定的安全电压、电池是否温度过高、电池是否满足-△V或△T/△t条件。
3.2.3 压频变换模块
压频变换器本质上是A/D变换器，上图是由LM331N组成的压频变换电路，它将输出的电压信号转变成频率，接入单片机的计数器接口，通过计数器的计数计算出输出电压的大小。该型号压频变换器V/F变换公式是：
4． 系统软件设计
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图4 软件流程图
主程序流程图如图2所示。系统上电复位后，首先对单片机、外围芯片及控制状态进行初始化；然后设置输出控制口的电压阀值，通过读取输出电压的值来判断系统是否正常，若正常则进入功能设置模块，否则转故障处理；进入功能控制模块后，用户可以通过按键设置系统的工作状态，是供电模式还是充电模式。然后按下确定按钮，系统进入相应的工作模式。若是供电模式，单片机将实时监测各主要参量若发现故障或过流过压则转故障处理模块，没有的话继续监测。若是充电模式，插入电池后系统将监测是否反接，是则提出告警，否则将进入充电状态，在此过程中故障检测的过程和供电模式相同，但充电模块中有充电中止算法和定时算法，都是判断电池是否充满的算法。
5． 结束语
以单片机AT89S52为核心的智能充电器制成后，经过半年的调试和运行，各项指标基本上达到了设计要求，由于在制作过程中充分利用了各模块的功能，使该充电器的集成度大大提高，从而减小了体积，更有利于在野外条件下工作，提高了系统的可靠性。
参考文献：
[1] 周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京：北京航空航天出版社，1991.
[2] 周航慈.单片机程序设计基础[M].北京：航空航天大学出版社，1999.
[3] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，1996.