該快速充電器是為部(bu)隊在(zai)野戰條件下工作(zuo)而研制(zhi)的，因此要求其具有(you)體積小、重量輕、智能化程度高、操作(zuo)簡便等優(you)點，同時對電(dian)(dian)(dian)源(yuan)的可靠性(xing)和抗干擾(rao)性(xing)提出(chu)了很高的要求。有(you)穩壓供電(dian)(dian)(dian)和充(chong)電(dian)(dian)(dian)兩種(zhong)(zhong)工作(zuo)方(fang)式。穩壓供電(dian)(dian)(dian)時輸出(chu)恒定的24V；處于充(chong)電(dian)(dian)(dian)狀態時有(you)四種(zhong)(zhong)充(chong)電(dian)(dian)(dian)方(fang)式：常規充(chong)電(dian)(dian)(dian)、快速(su)充(chong)電(dian)(dian)(dian)、電(dian)(dian)(dian)池浮沖、電(dian)(dian)(dian)池訓練，可以為鎘(ge)鎳、氫鎳蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)(dian)。

　1． 控制系統總體設計要(yao)求

　　根據(ju)實際情(qing)況(kuang)，本控制(zhi)系(xi)統要完成以下功能(neng)：

　　（1） 能自動識別(bie)電池(chi)的類型（鎳(nie)鎘電池(chi)、鎳(nie)氫電池(chi)、鋰電池(chi)）。

　　（2） 有(you)穩壓(ya)供電和充電兩種工作模式。

　　（3） 采用最高電壓(ya)Vmax、最高溫度Tmax、最長充電時(shi)間(jian)tmax、電壓(ya)負增長-△V、溫度變化(hua)率△T/△t等(deng)快速充電中止法(fa)。

　　（4） 具有輸入交流過(guo)(guo)壓保(bao)護(hu)、輸出直流過(guo)(guo)流保(bao)護(hu)、過(guo)(guo)充電保(bao)護(hu)等

　　（5） 通(tong)電(dian)后能自動(dong)檢測整個(ge)電(dian)源系統(tong)，有故障報警。

　　（6） 設有電池(chi)開路、短路、反(fan)接保護(hu)。

　　（7） 具有(you)硬件(jian)和軟件(jian)相結合(he)的雙(shuang)重保(bao)護(hu)功能。

　　（8） 良好的抗干擾能力(li)。

　　2． 統硬(ying)件電(dian)路(lu)的設計

　　2.1　AT89S52單片(pian)機簡(jian)介

　　AT89S52是ATMEL公司(si)研制的(de)(de)通(tong)用單(dan)片機。它在AT89S51單(dan)片機的(de)(de)基(ji)礎上(shang)為P1口(kou)定義(yi)了(le)第二(er)功能，有六個外部中(zhong)斷、三(san)個定時(shi)／計數(shu)器，以及四個全(quan)雙工(gong)的(de)(de)串行通(tong)信口(kou)，同時(shi)在指令上(shang)與(yu)AT89S51兼容，對監控系(xi)統較為適用。

　　2.2　基于AT89S52的監(jian)控系統硬件電(dian)路設計

　　按照上述(shu)系統(tong)設(she)計要求，設(she)計了如(ru)圖1所示的監控系統(tong)。

　　（1） 微處理器：AT89S52非常(chang)適用于控制(zhi)，他的(de)主(zhu)要(yao)結構和特(te)點在前面已經(jing)介紹過了(le)，為了(le)滿(man)足外(wai)圍(wei)接口(kou)電(dian)(dian)路(lu)的(de)需要(yao)，一般都要(yao)在輸出口(kou)處接鎖存驅(qu)動電(dian)(dian)路(lu)，這(zhe)里我們采用的(de)是SN74HC573。

　　（2） 壓頻(pin)變換裝置(zhi)(zhi)：將(jiang)模擬的(de)電壓量轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)成頻(pin)率(lv)值，這(zhe)是一種(zhong)A/D轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)方式，將(jiang)輸出電壓U0采樣(yang)通(tong)過壓頻(pin)變換裝置(zhi)(zhi)傳給單片機，壓頻(pin)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)裝置(zhi)(zhi)我們用(yong)的(de)是National Semiconductor的(de)LM331。

　　（3） 輸出控(kong)制電(dian)(dian)(dian)路(lu)：單片機(ji)的(de)輸出控(kong)制信號通過電(dian)(dian)(dian)阻解碼網絡轉(zhuan)化成模擬電(dian)(dian)(dian)壓值(zhi)，控(kong)制電(dian)(dian)(dian)壓和(he)電(dian)(dian)(dian)流比較器的(de)基準(zhun)值(zhi)，實現對外圍(wei)功率(lv)電(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)控(kong)制。

　　（4） 上電(dian)復(fu)位(wei)電(dian)路：為了防止單片機的程序飛跑，出(chu)現(xian)死鎖，我們(men)采用MAXIM公司(si)的MAX813L系統(tong)監控(kong)集成芯片來(lai)實現(xian)對單片機的監控(kong)，該芯片具有看門狗(gou)電(dian)路、門限值檢測(ce)器、手動復(fu)位(wei)等功(gong)能(neng)。

　　（5） 輸入控制和(he)數碼顯(xian)示(shi)電路：包括按鍵(jian)和(he)顯(xian)示(shi)部(bu)分(fen)。通過簡單的(de)按鍵(jian)選(xuan)擇，實現運(yun)行方(fang)式選(xuan)擇、復位(wei)及故障的(de)顯(xian)示(shi)。顯(xian)示(shi)部(bu)分(fen)采用SN74HC573驅動(dong)兩個8位(wei)七段LED顯(xian)示(shi)；同時通過發(fa)光二極管和(he)蜂(feng)鳴器提示(shi)運(yun)行狀態。

　　（6） 護告警電(dian)路：通過硬(ying)件(jian)電(dian)路實(shi)現(xian)保護，給單片(pian)機中斷管腳(jiao)發出(chu)脈(mo)沖信號，引(yin)發中斷程序實(shi)現(xian)保護，并引(yin)發蜂鳴器告警。

  　下面介(jie)紹本系(xi)統中的一(yi)些關鍵性電路

　　2.2.1　恒(heng)壓恒(heng)流(liu)模塊

　　恒(heng)壓恒(heng)流(liu)(liu)(liu)電(dian)路(lu)(lu)是整個智能充電(dian)器(qi)(qi)(qi)(qi)的關(guan)鍵部(bu)分，電(dian)路(lu)(lu)結構(gou)見圖(tu)2。恒(heng)流(liu)(liu)(liu)恒(heng)壓電(dian)路(lu)(lu)由(you)SR12單片(pian)機片(pian)內(nei)模擬電(dian)路(lu)(lu)模塊(kuai)和片(pian)外的MOSFET開(kai)關(guan)管、肖特(te)基二(er)極管、濾波(bo)電(dian)感、濾波(bo)電(dian)容等器(qi)(qi)(qi)(qi)件組成(cheng)。模擬電(dian)路(lu)(lu)模塊(kuai)是SR12的特(te)有部(bu)件，圖(tu)3為它的結構(gou)框圖(tu)。它由(you)輸(shu)入(ru)多(duo)路(lu)(lu)開(kai)關(guan)、兩(liang)組溫 度 傳 感器(qi)(qi)(qi)(qi)Rsense0.01Ω可(ke)程(cheng)控放(fang)(fang)大器(qi)(qi)(qi)(qi)、片(pian)內(nei)溫度傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)、電(dian)流(liu)(liu)(liu)檢測電(dian)路(lu)(lu)等組成(cheng)。可(ke)程(cheng)控放(fang)(fang)大器(qi)(qi)(qi)(qi)總放(fang)(fang)大倍數為1～256。放(fang)(fang)大器(qi)(qi)(qi)(qi)的輸(shu)入(ru)可(ke)選擇為兩(liang)路(lu)(lu)模擬輸(shu)入(ru)腳(jiao)（ATD0、ATD1）、片(pian)內(nei)溫度傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)、模擬地輸(shu)入(ru)（VSSAM）。ATD0和VSSAM間(jian)可(ke)接(jie)一(yi)個電(dian)流(liu)(liu)(liu)檢測電(dian)阻，用于測量外部(bu)電(dian)流(liu)(liu)(liu)，它還連(lian)接(jie)至電(dian)流(liu)(liu)(liu)檢測電(dian)路(lu)(lu)，可(ke)在電(dian)流(liu)(liu)(liu)超過指定值時產生中斷并(bing)輸(shu)出(chu)信號。

　　圖(tu)2 恒(heng)壓恒(heng)流電路

　　2.2.2　放電模塊

　　快速(su)充電的硬件(jian)電路圖如下所示

　　圖3　放(fang)電器部分(fen)電路

　　快(kuai)速充電(dian)的(de)原理是通過電(dian)池兩端(duan)不(bu)斷的(de)充放(fang)電(dian)來提高充電(dian)效(xiao)率，從而減少了充電(dian)時間。放(fang)電(dian)器(qi)(qi)部分(fen)利用(yong)電(dian)壓比較器(qi)(qi)，在5腳設置電(dian)壓基(ji)準，6腳通過一個(ge)二極管(guan)和電(dian)阻同單片(pian)(pian)機相(xiang)連，單片(pian)(pian)機接(jie)受外部控(kong)制指(zhi)令(ling)，通過計數器(qi)(qi)控(kong)制TDIS端(duan)電(dian)平的(de)高低；比較器(qi)(qi)的(de)輸出應用(yong)兩個(ge)三極管(guan)級聯，改(gai)善(shan)了靜態工作點。

　　快速充電時(shi)，AT89S52單片機必須不(bu)斷(duan)檢測(ce)以下幾項關鍵技術(shu)指標(biao)：電路是(shi)否(fou)(fou)出現斷(duan)路、電池(chi)(chi)是(shi)否(fou)(fou)出現不(bu)均衡現象、電池(chi)(chi)是(shi)否(fou)(fou)達到規(gui)定的安全電壓、電池(chi)(chi)是(shi)否(fou)(fou)溫度(du)過高、電池(chi)(chi)是(shi)否(fou)(fou)滿(man)足-△V或(huo)△T/△t條件。

　　2.2.3　壓(ya)頻變換模(mo)塊

　　圖(tu)4　壓頻變換器

　　壓(ya)(ya)(ya)頻(pin)(pin)(pin)變換(huan)器(qi)(qi)本質上(shang)是(shi)A/D變換(huan)器(qi)(qi)，上(shang)圖(tu)是(shi)由LM331N組成的(de)壓(ya)(ya)(ya)頻(pin)(pin)(pin)變換(huan)電(dian)路，它將(jiang)輸出(chu)的(de)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)信號(hao)轉變成頻(pin)(pin)(pin)率(lv)，接入單片機(ji)的(de)計(ji)數器(qi)(qi)接口(kou)，通過計(ji)數器(qi)(qi)的(de)計(ji)數計(ji)算出(chu)輸出(chu)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)的(de)大小。該(gai)型號(hao)壓(ya)(ya)(ya)頻(pin)(pin)(pin)變換(huan)器(qi)(qi)V/F變換(huan)公(gong)式(shi)是(shi)：

　　4． 系(xi)統軟件設計

　　圖(tu)5　軟件(jian)流程圖(tu)

　　主程序流程圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)2所(suo)示(shi)。系統(tong)(tong)上電(dian)(dian)(dian)復位后(hou)，首先對單(dan)片(pian)機、外圍(wei)芯片(pian)及控(kong)制狀態進(jin)行初始化；然后(hou)設置(zhi)輸(shu)出(chu)控(kong)制口的(de)電(dian)(dian)(dian)壓閥(fa)值，通(tong)過(guo)(guo)讀取輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓的(de)值來判斷系統(tong)(tong)是(shi)(shi)否(fou)(fou)正常(chang)，若正常(chang)則進(jin)入(ru)功能設置(zhi)模(mo)(mo)塊(kuai)，否(fou)(fou)則轉故障(zhang)處理(li)；進(jin)入(ru)功能控(kong)制模(mo)(mo)塊(kuai)后(hou)，用戶可(ke)以通(tong)過(guo)(guo)按(an)鍵設置(zhi)系統(tong)(tong)的(de)工(gong)作狀態，是(shi)(shi)供(gong)電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式還是(shi)(shi)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式。然后(hou)按(an)下確定(ding)按(an)鈕，系統(tong)(tong)進(jin)入(ru)相(xiang)應的(de)工(gong)作模(mo)(mo)式。若是(shi)(shi)供(gong)電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式，單(dan)片(pian)機將實時(shi)監測(ce)各主要(yao)參量若發現故障(zhang)或過(guo)(guo)流過(guo)(guo)壓則轉故障(zhang)處理(li)模(mo)(mo)塊(kuai)，沒有的(de)話繼續監測(ce)。若是(shi)(shi)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式，插入(ru)電(dian)(dian)(dian)池后(hou)系統(tong)(tong)將監測(ce)是(shi)(shi)否(fou)(fou)反接，是(shi)(shi)則提出(chu)告(gao)警，否(fou)(fou)則將進(jin)入(ru)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)狀態，在此過(guo)(guo)程中故障(zhang)檢測(ce)的(de)過(guo)(guo)程和供(gong)電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)式相(xiang)同，但充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)模(mo)(mo)塊(kuai)中有充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)中止算法(fa)和定(ding)時(shi)算法(fa)，都是(shi)(shi)判斷電(dian)(dian)(dian)池是(shi)(shi)否(fou)(fou)充(chong)(chong)(chong)(chong)滿的(de)算法(fa)。

　　4． 　　以單片機AT89S52為核心的智能充電器制成(cheng)后，經過(guo)半年(nian)的調試和運行，各(ge)項(xiang)指標基本(ben)上達到了(le)設計要求，由于在制作過(guo)程中充分利(li)(li)用了(le)各(ge)模塊(kuai)的功能，使(shi)該充電器的集(ji)成(cheng)度大大提高，從(cong)而減小(xiao)了(le)體積，更有利(li)(li)于在野外條件下工作，提高了(le)系統的可可靠性(xing)。