1．引言

　　本控制系統是為120w智能快速穩壓電源設計的。
　　該快速充電器是為部隊在野戰條件下工作而研制的，因此要求其具有體積小、重量輕、智能化程度高、操作簡便等優點，同時對電源的可靠性和抗干擾性提出了很高的要求。有穩壓供電和充電兩種工作方式。穩壓供電時輸出恒定的24V；處于充電狀態時有四種充電方式：常規充電、快速充電、電池浮沖、電池訓練，可以為鎘鎳、氫鎳蓄電池充電。

2． 控制系統總體設計要求

根據實際情況，本控制系統要完成以下功能：
　　（1） 能自動識別電池的類型(鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池)。
　　（2） 有穩壓供電和充電兩種工作模式。
　　（3） 采用最高電壓Vmax、最高溫度Tmax、最長充電時間tmax、電壓負增長-△V、溫度變化率△T/△t等快速充電中止法。
　　（4） 具有輸入交流過壓保護、輸出直流過流保護、過充電保護等
　　（5） 通電后能自動檢測整個電源系統，有故障報警。
　　（6） 設有電池開路、短路、反接保護。
　　（7） 具有硬件和軟件相結合的雙重保護功能。
　　（8） 良好的抗干擾能力。

3． 統硬件電路的設計

3.1　AT89S52單片機簡介

　　AT89S52是ATMEL公司研制的通用單片機。它在AT89S51單片機的基礎上為P1口定義了第二功能，有六個外部中斷、三個定時／計數器，以及四個全雙工的串行通信口，同時在指令上與AT89S51兼容，對監控系統較為適用。

3.2　基于AT89S52的監控系統硬件電路設計

　　按照上述系統設計要求，設計了如圖1所示的監控系統。
 

圖1　AT89S52監控系統框圖

 　　(1) 微處理器：AT89S52非常適用于控制，他的主要結構和特點在前面已經介紹過了，為了滿足外圍接口電路的需要，一般都要在輸出口處接鎖存驅動電路，這里我們采用的是SN74HC573。
　　(2) 壓頻變換裝置：將模擬的電壓量轉化成頻率值，這是一種A/D轉化方式，將輸出電壓U0采樣通過壓頻變換裝置傳給單片機，壓頻轉化裝置我們用的是National Semiconductor的LM331。
　　(3) 輸出控制電路：單片機的輸出控制信號通過電阻解碼網絡轉化成模擬電壓值，控制電壓和電流比較器的基準值，實現對外圍功率電路的控制。
　　(4) 上電復位電路：為了防止單片機的程序飛跑，出現死鎖，我們采用MAXIM公司的MAX813L系統監控集成芯片來實現對單片機的監控，該芯片具有看門狗電路、門限值檢測器、手動復位等功能。
　　(5) 輸入控制和數碼顯示電路：包括按鍵和顯示部分。通過簡單的按鍵選擇，實現運行方式選擇、復位及故障的顯示。顯示部分采用SN74HC573驅動兩個8位七段LED顯示；同時通過發光二極管和蜂鳴器提示運行狀態。
　　(6) 護告警電路：通過硬件電路實現保護，給單片機中斷管腳發出脈沖信號，引發中斷程序實現保護，并引發蜂鳴器告警。
　　下面介紹本系統中的一些關鍵性電路

3.2.1　恒壓恒流模塊

　　恒壓恒流電路是整個智能充電器的關鍵部分，電路結構見圖2。恒流恒壓電路由SR12單片機片內模擬電路模塊和片外的MOSFET開關管、肖特基二極管、濾波電感、濾波電容等器件組成。模擬電路模塊是SR12的特有部件，圖3為它的結構框圖。它由輸入多路開關、兩組溫 度 傳 感器Rsense0.01Ω可程控放大器、片內溫度傳感器、電流檢測電路等組成。可程控放大器總放大倍數為1～256。放大器的輸入可選擇為兩路模擬輸入腳（ATD0、ATD1）、片內溫度傳感器、模擬地輸入（VSSAM）。ATD0和VSSAM間可接一個電流檢測電阻，用于測量外部電流，它還連接至電流檢測電路，可在電流超過指定值時產生中斷并輸出信號。
 

圖2 恒壓恒流電路

3.2.2　放電模塊

　　快速充電的硬件電路圖如下所示

圖3　放電器部分電路

　　快速充電的原理是通過電池兩端不斷的充放電來提高充電效率，從而減少了充電時間。放電器部分利用電壓比較器，在5腳設置電壓基準，6腳通過一個二極管和電阻同單片機相連，單片機接受外部控制指令，通過計數器控制TDIS端電平的高低；比較器的輸出應用兩個三極管級聯，改善了靜態工作點。
　　快速充電時，AT89S52單片機必須不斷檢測以下幾項關鍵技術指標：電路是否出現斷路、電池是否出現不均衡現象、電池是否達到規定的安全電壓、電池是否溫度過高、電池是否滿足-△V或△T/△t條件。

3.2.3　壓頻變換模塊
 

圖4　壓頻變換器

　　壓頻變換器本質上是A/D變換器，上圖是由LM331N組成的壓頻變換電路，它將輸出的電壓信號轉變成頻率，接入單片機的計數器接口，通過計數器的計數計算出輸出電壓的大小。該型號壓頻變換器V/F變換公式是：



4． 系統軟件設計
 

圖5　軟件流程圖

　　主程序流程圖如圖2所示。系統上電復位后，首先對單片機、外圍芯片及控制狀態進行初始化；然后設置輸出控制口的電壓閥值，通過讀取輸出電壓的值來判斷系統是否正常，若正常則進入功能設置模塊，否則轉故障處理；進入功能控制模塊后，用戶可以通過按鍵設置系統的工作狀態，是供電模式還是充電模式。然后按下確定按鈕，系統進入相應的工作模式。若是供電模式，單片機將實時監測各主要參量若發現故障或過流過壓則轉故障處理模塊，沒有的話繼續監測。若是充電模式，插入電池后系統將監測是否反接，是則提出告警，否則將進入充電狀態，在此過程中故障檢測的過程和供電模式相同，但充電模塊中有充電中止算法和定時算法，都是判斷電池是否充滿的算法。

5． 結束語

　　以單片機AT89S52為核心的智能充電器制成后，經過半年的調試和運行，各項指標基本上達到了設計要求，由于在制作過程中充分利用了各模塊的功能，使該充電器的集成度大大提高，從而減小了體積，更有利于在野外條件下工作，提高了系統的可靠性。