基于单片机的智能快速充电器设计

董志斌 李鑫 陈玉玲

【摘要】本文所设计的方案添加高性能的微处理控制器以及A/D转换电路来确保充电器安全。本文同时对系统的硬件组成部分数据采集电路、控制电路以及电源电路进行介绍，同时对充电器的控制中心AT89C52进行详细介绍。该智能快速充电器是一款可靠、稳定、低成本等优点。

【关键字】AT89C52;快速充电;A/D转换

随着电子商品的多样化应用，充电器成为必不可少的一部分，设计使用的智能充电器由单片机处理、控制充电过程，在需要精准、缜密且快速充电的背景下设计了一款智能充电器，可以自动且有效地计算电池现有电量和剩余充电时间，所谓的智能充电器即为可通过改变参数来适应其他方面的设计要求。

1. 设计要求

本文的智能充电器设计采用AT89S52单片机对系统进行控制，其目的为可智能快速充电。充电器在AT89C52的控制下，可以对被充电设备电池的电压、电流信息进行实时采集，同时对充电过程进行智能控制，实现精准充电防止对器件损坏。充电器可将被充电设备中电池电量和剩余充电时间测算出来，此外系统可以通过改变参数使智能充电器应用于各类电池的充电。

对于智能充电的研究在不断更新中，既要实现功能的全面，同时又要实现便捷携带，为此选用的元件既要检测精准、体积小同时还要考虑经济问题。本次设计要实现的智能充电器主要可以实现提供基本的电压、电流，实现充电效果，同时可以根据需求调节电流的大小。实现充电结束的自动断电功能。同时系统为了更加智能可视化，添加有显示模块，对电池的电量、剩余的充电时间进行测算，为使用者提供直观快速的信息提示。

2. 元器件选择

系统中单片机部分选用的是AT89C52最小控制系统，由于该类单片机可以为多数嵌入式控制应用提供灵活有效的方案，可以用于较宽的控制领域。AT89C52单片机可以实现本次研究设计的功能，不仅实现充电的便捷，同时也实现充电的智能化，为研究智能充电器提供智能模块。

对于电池电源的管理芯片选取，本文选用的是MX1898，该型号的芯片可以为充电状态、输入电压是否接通给出相应的表示，同时可以在充电过程中提供精确的恒流恒压，有效延长电池的寿命。同时为了可以适应多种电器的充电目的，充电的电流可以任意设定，元件中添加了终止定时器，当充电结束后会停止供电。

模数转换器选用的是CS5522芯片，CS5522转换器是一个较为普遍使用的24位的高精度串行轉换器，芯片中主要包含一个模数转换器，其功能主要是将输入的电压信号转换为输出的数字信号。

系统的温度传感器选用的是PT100，该类型的温度传感器是一种具有抗振动、稳定性好、高精准和耐高温等优点。PT100的温度传感器中的铂热电阻可在0～100℃之间变换。

对于电池的选择为了满足安全、环保的要求，选用的是锂电池，锂电池在日常生活中得到广泛使用，主要的优点有出现短路时不会出现着火、爆炸现象。充电过度不会出现起火爆炸现象，虽然设计中实现自动切断功能，但为保证安全，防止切断装置故障发生危险，所以选择锂电池，同时抗冲击能力强，针刺后不会爆炸。这些都是为了安全起见考虑的各种因素。同时锂电池是一款新型的绿色环保电池，不仅性能好而且无污染，目前在太阳能光电转换模块上使用较多，属于新型电池产品。工作电压在3.6V，较其他镍镉电池工作电压高很多，使用寿命长。

3. 硬件系统设计

系统硬件部分主要包含AT89C52单片机、蜂鸣器报警部分、充电状态指示部分，同时系统还包含充电控制电路和光耦隔离电路。

单片机模块：系统选用AT89C52单片机实现智能化控制，例如对电压电流进行控制、实现自动断电保护、以及故障报警等功能。

电压转换部分主要通过三端稳压集成电路LM7805模块将输入电压转换为5V工作电压，经过光耦隔离电路送至充电控制电路中。

4.1 电源系统设计

在本文设计中，系统对AT89C52和LCD显示屏进行供电，由于系统中LM7805输出电流不足，所以为单片机和LCD分别供电，因此电路中应用两个LM7805。

4.2 测温系统设计

电池在即将充满电时，负极会由于复合反应产生热量，从而使电池温度升高。当电池温度升高后会导致充电电流增大，为有效控制电流大小，系统在电池外壳上安装温度传感器作为检测元件。当电池充电时产生温度过高时电路将自动断开。

传感器电路中将包含传感器测量电路与信号放大电路，系统通过TL431将输入电压调节到2.5V，放大电路中的集成运算放大器选用的是LM358，目的是避免由过高的单级放大引起的非线性误差，可以提高系统的准确性。

4.3 模数转换系统设计

将CS5522与单片机进行连接的就是为了方便单片机对CS5522进行控制，当处于低电平时，单片机对寄存器进行读写控制，通过AD对电池的温度与电压信息采集，进而控制充电器是否停止充电。

4.4 充电控制指示系统设计

通过判断充电器的模拟采集信号，对充电器的充电状态进行判断。充电控制是本次智能充电器设计的核心部分，其中主要由52单片机的模拟电路、滤波电感、二极管、电容以及开关等器件组成。

为实现自动断电功能，单片机的P2.0引脚与MAX1898芯片的第二个引脚连接，当电源管理芯片发送脉冲信号给单片机时，会触发中断函数，单片机会默认充电完毕，此时会切断向LM358与MAX1898芯片的供电。不仅保证芯片的安全使用，同时可以减少能量损耗。

4.5 单片机控制部分

单片机控制部分选用的是AT89C52，作为一款智能控制中心可以通过外部中断口INT0响应充电芯片输出的充电状态，同时通过P2.0输出接口与隔离光耦6N137连接进行控制，其目的是实现电源通断控制，同时AT89C52的P2.1接口与蜂鸣器连接，作为报警装置。由于MAX1898芯片本身可以向外部发送指令控制信号灯，所以本次设计通过指示灯与报警器同时进行显示。

5. 系统调试

系统的工作流程为系统触发后工作，程序进行初始化，判断是否检测到电池，若检测到电池后默认为充电模式，当充电完成后，会自动断电结束充电。若没有检测到电池，对进行USB充电设置，对充电时间进行设置，充电完成后会返回检测是否有电池需要充电，若充电设置环节30s没有操作，此时系统默认结束。

总的来说，本系统的核心是对充电器的充电过程进行控制，通过采集电压、电流、温度等参数进行实时显示与智能控制。在调试过程中，当接通电源后，程序开始初始化，等待中断触发。当定时器中断触发3s后，对系统是否有第二次中断触发进行判断，若没有第二次中断则表示充电完毕。若检测到第二次触发吸信号，则关闭外部中断和定时器中断显示充电出错。

6. 结束语

本文针对基于单片机的智能充电器的设计中，想要达到最好的效果是实现预充、快充、充满、断电以及报警几部分，可以更有效的实现智能充电的全过程，增加使用寿命，杜绝发生过度充电的结果发生。

参考文献：

[1]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[2]胡春海.CS5522型A/D转换器及其在小角度测量中的应用[J].国外电子元器件，2005（11）：13-18.

[3]郭东太.基于单片机的智能电器控制原理及设计[D].天津：河北工业大学，2008.

作者介绍：董志斌，辽宁省鞍山人，研究方向：自动控制;李鑫，陕西省汉中人，研究方向：自动控制;陈玉玲（通讯作者）辽宁凌源人，讲师硕士，研究方向：图像处理。