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第一章 绪论 ....................................... 错误!未定义书签。
引言 ............................................ 错误!未定义书签。 蓄电池充电理论 .................................. 错误!未定义书签。 蓄电池种类 ...................................... 错误!未定义书签。 设计要求 ........................................ 错误!未定义书签。
第二章 系统设计思路分析 ........................... 错误!未定义书签。
智能化的实现 .................................... 错误!未定义书签。 充电方式分析 .................................... 错误!未定义书签。 芯片选用及介绍 .................................. 错误!未定义书签。
第三章 系统硬件设计 ............................... 错误!未定义书签。
要紧器件 ........................................ 错误!未定义书签。 原理图及说明 .................................... 错误!未定义书签。
第四章 系统软件设计 ............................... 错误!未定义书签。
程序流程图 ...................................... 错误!未定义书签。 程序设计及说明 .................................. 错误!未定义书签。
结论与体会 ......................................... 错误!未定义书签。 要紧参考材料： ..................................... 错误!未定义书签。 附录1：系统原理图 .................................. 错误!未定义书签。
第一章 绪论
引言
中国是全世界蓄电池的产销大国，蓄电池已有200连年的历史，是一种应用普遍的动力电源。具有原材料易患、价钱低廉、靠得住性好等优势，目前约有95%的市场占有率。蓄电池作为稳固电源和要紧的直流电源，需求普遍，用量庞大，与咱们的社会生活息息相关。
由于蓄电池保护简单、价钱低廉、供电靠得住、利用寿命长，普遍作为汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源。随着经济的进展，大容量蓄电池的应用迅速增加，人们希望能快捷、平安的对蓄电池进行充电。因此，为了适应市场需求，咱们需要设计一种关于蓄电池的只能充电器。
第一，目前市面上的充电器有许多的不足和缺点，由于充电器多采纳大电流的快速充电法，在电池充满后若是不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严峻损害电池的寿命。而且，流行的铅酸密封蓄电池充电器大多采纳三段式充电方式，充电时刻长，效率低，对电池爱惜差，容易发生过充电或充电不足的现象。过充电，可使蓄电池发烧，电解液失水；充电不足，可使蓄电池内化学反映不充分，而且长期充电不足会致使容量下降。以上两种情形都会降低蓄电池的利用寿命。由此可见，充电气性能的好坏都会直接阻碍到蓄电池的利用成效和利用寿命。
蓄电池充电理论
上世纪60年代中期，美国科学家马斯开口对蓄电池的充电进程做了大量的实验研究，并提出了以最低出气率为前提的蓄电池可同意充电曲线，如下图。实验说明，若是充电电流按这条曲线转变，就能够够大大缩短充电时刻，而且对电池的容量和寿命也没有阻碍。原那么上把这条曲线成为最正确充电曲线，如下图，从而奠定了智能充电方式的研究方向。
i
t 图 最正确充电曲线
由图能够看出：初始充电电流专门大，但衰减专门快。要紧缘故是充电进程中产生了极化现象，在密封式蓄电池充电进程中，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板（正极板产生氧气），是电池内部压力增大，电池温度上升，同时缩小了正极板的面积，表现为内阻上升，显现了所谓的极化现象。
蓄电池是可逆的，其放电及充电的化学反映式如下 Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
很显然，充电进程和放电进程互为逆反映。可逆进程确实是热力学的平稳进程，为保障电池能够始终维持在平稳状态之下充电，必需尽可能使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。可是实践说明，蓄电池充电时，外加电压必需增大到必然数值才行，那个数值又因为电极材料、溶液浓度等各类因素的不同而在不同程度上超过了蓄电池的平稳电动势值。在化学反映中，这种电动势超过热力学平稳值的现象确实是极化现象。
一样来讲，产生极化现象有3个方面的缘故。
1）欧姆极化：充电进程中，正负离子向两极迁移，在离子迁移进程中不可幸免的受到必然的阻力，成为欧姆内阻。为了克服那个内阻，外加电压必需额外施加必然的电压，以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境，显现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大，欧姆极化将造成蓄电池在充电进程中的高温。
2）浓度极化：电流流过蓄电池时为维持正常的反映，最亮想的情形是电极
表面反映物及时取得补充，生成物能及时离去。事实上，生成物和反映物的扩散速度远远比不上化学反映速度，从而造成极板周围电解质溶液浓度发生转变。也确实是说，从电极表面到中部溶液电解液浓度散布不均匀，这种现象称为浓度极化。
3）电化学极化：这种极化是由于电极上进行的电化学反映的速度，掉队于电极上电子运动的速度造成的。例如：电池的负极放电前，电极表面带有负电荷，其周围溶液带有正电荷，二者处于平稳状态。放电时，当即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少，而金属溶解的氧化反映进行缓慢Me-eMe+，不能及时补充电极表面电子的减少，电极表面带电状态发生转变。这种表面负电荷减少的状态增进金属中电子离开电极，金属表面M+转入溶液，加速Me-eMe+反映进行。总有一个时刻，达到新的动态平稳。但与放电前相较，电极表面所带负电荷数量减少了，于此对应的电极电势变正。也确实是电化学极化电压变高，从而严峻阻碍了正常的充电电流。同理，电池正极放电时，电极表面所带正电荷数量减少，电极电势变负。
这3种极化现象都是随着充电电流的增大而严峻。
蓄电池种类
目前经常使用的四种化学电池是铅酸电池(PbSO4)、锂离子电池(Li+)、镍铬电池(NiCd)和镍氢电池(NiMH)。由于环保问题和对电池的要求愈来愈高等综合因素,推动了新电池技术的进展。
镍铬电池的容量比镍氢电池或锂离子电池低,具有低阻抗特性,关于需要短时刻大电流的应用处合很具吸引力。但镍铬电池若是未经充分放电又进行充电,或长时刻处于小电流放电状态,就会产生枝状晶体,引发“经历效应”,从而致使电池内阻变大,容量变小,缩短了电池寿命。若是在充电前进行完全放电,使每节电池的电压降到1·0V左右,就能够排除引发“经历效应”的枝状晶体,恢复电池的性能。镍氢电池具有较高的容量,但其自放电率也较高,约为镍铬电池的二倍。在初始时期其放电率尤高(天天放掉1%)。因此镍氢电池不宜用于需要长时刻维持电池容量的场合就充电方式而言,两种电池超级相似,都是以恒流的方式进行充电,可采纳快速、标准或涓流的方式进行充电。它们都能以超过2C(C为电池容量,单位为安培)的速度进行充电(但一样采纳C/2速度)。由于存在内部损耗,充
电效率一样小于100%,因此,在采纳C/2的速度充电时,通常需要两个多小时才能把电池充满。充电进程中的损耗随着充电速度和电池的不同而不同。在恒流充电时,电池电压会缓慢达到峰值(ΔV/Δt变成0),镍氢电池需在那个峰值点终止快速充电,镍铬电池的充电须在峰值点后当电池电压开始
下降时(ΔV/Δt变成负)即终止快速充电,不然会致使电池内压力和温度上升而损坏电池。当充电速度大于C/2时,那么要监测电池的电压和温度,因为当电池快充满时,电池的温度会急剧上升。关于镍铬电池和镍氢电池,还能够采纳比较简便的涓流充电,这时只会造成极小的温升,可不能损坏电池,也就无需终止涓流充电或监测电池的电压。许诺的最大涓流随着电池类型和环境温度的不同而不同,典型条件下C/15较为平安。
过去几年中,电池技术领域最突出的创新确实是锂离子电池。相关于镍基电池而言,锂离子电池具有更高的容量。从容量/体积比来衡量,锂离子电池比镍氢电池高出10%～30%,从容量/质量比来看,锂离子电池比镍氢电池高出近两倍。但锂离子电池关于过充电和欠充电很灵敏。要达到最大容量就必需充电到最高电压,而太高的电压和过大的充电或放电电流又会造成电池的永久性损坏。若是多次放电至太低的电压那么会造成容量损失,因此,充电和放电时都须限制其电压和电流,以爱惜电池不受损坏。锂离子电池的充电方式不同于镍基材料的化学电池,充电时需用一个电压—电流源来进行充电。为了取得最大的充电量而又不损坏电池,须使电压维持在1%的精度内。快速充电开始时,电池的电压比较低,充电电流即为电流极限。随着充电的进行,电池电压缓慢上升,最终当每节电池达到浮空电压4·2V时，现在即可终止充电。
设计要求
在人们日常工作和生活中，充电器的利用愈来愈普遍。从随身听到数码相机，从电话到笔记本电脑，几乎所有效到电池的电器设备都需要用到充电器。充电器为人们的外出和出差办公提供了极大的方便。
单片机在电池充电器领域也有着普遍的应用，利用它的处置操纵能力能够实现充电器的智能化。充电器的种类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处置和操纵的充电器才能称为智能充电器。 设计要求如下：
1）具有预充、快充和慢充的功能 2）具有自动断电的充电爱惜功能 3）具有充电完成报警提示的功能
第二章 系统设计思路分析
智能化的实现
充电的实现，它包括两部份：一是充电进程的操纵；二是需要提供大体的充电电压。
在充电器电路中引入单片机的操纵。它什么缘故需要实现充电器的智能化呢？
充电器实现的方式不同会致使充电成效的不同。由于充电器多采纳大电流的快速充电法，在电池充满后若是不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严峻损害电池的寿命。一些低本钱的充电器采纳电压比较法，为了避免过充，一样充电到90％就停止大电流快充，而采纳小电流涓流补充充电。
电话电池的利用寿命和单次利历时刻与充电进程紧密相关。锂电池是电话最为经常使用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比，具有经历效应，可重复充电多次，利用寿命较长，价钱也愈来愈低。锂电池关于充电器的要求比较苛刻，需要爱惜电路。为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至最大电压，可是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的操纵精度。另外，关于电压太低的电池需要进行预充，充电器最好带有酷爱惜和时刻爱惜，为电池提供附加爱惜。
一部好的充电器不但能在短时刻内将电量充沛，而且还能够对电池起到必然的保护作用，修复由于利用不妥造成的经历效应，即容量下降(电池活性衰退)现象。设计比较科学的充电器往往采纳专用充电操纵芯片配合单片机操纵的方式。专用的充电芯片具有业界公认较好的-△v 检测，能够检测出电池充电饱和时发出的电压转变信号，比较精准地终止充电工作，通过单片机对这些芯片的操纵，能够实现充电进程的智能化。
充电方式分析
蓄电池的常规充电方式有两种：浮充(又称恒压充电)和循环充电。
浮充时要严格把握充电电压，如额定电压为12V的蓄电池，其充电电压应在～之间。浮充电压太低，蓄电池会充不满，太高那么会造成过量充电。电压的调定，应以初期充电电流不超过(C为蓄电池的额定容量)为原那么。
循环充电，其初期充电电流也不宜超过，充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。也可先以的充电速度恒流充电数小时，当充电安培小时数达到放电安培小时数的90％时，再改用浮充电压充电，直至充满。
以上为目前经常使用的铅酸蓄电池充电方式，但这两种方式存在着一些不足的地方。在充电进程中，电池电压慢慢增高，充电电流慢慢降低。由于恒压充电不管电池电压的实际状态，充电电压老是恒定的，充电电流刚开始比较大，然后按指数规律下降；采纳快速充电可能使蓄电池过量充电，易致使电池损坏。关于循环充电而言，采纳较小电流充电，充电成效较好。但关于大容量的蓄电池，充电时刻就会拖得很长，时效低，造成诸多不便。
通过对上述两种充电方式的分析比较，综合其优势设计出具有快充和慢充的智能型铅酸蓄电池充电器。该充电器采纳单片机操纵，充电进程分为快充、慢充及涓流充三个时期，充电成效更佳。图所示为该充电器的充电电流、电压曲线。
I(A)、U(V) 1C 0.09C o 快 t1 充 慢充 t2 涓流充 t3 t(h) 图 充电器的充电电流、电压曲线
从图能够看出：在快充时期(0～t1)，充电器以恒定电流1C对蓄电池充电，
由单片机操纵快充时刻，幸免过量充电；在慢充时期(t1～t2)，单片机输出PWM操纵信号，操纵斩波开关通断，以恒定电压对蓄电池进行充电，现在充电电流按指数规律下降，当电池电压上升到规定值时，终止慢充，进入涓流充时期；在涓流充时期(t2～t3)，单片机输出的PWM操纵信号，使充电器以约0.09C的充电电流对蓄电池充电，在这种状态下，可长时刻对蓄电池充电，从而能最大限度地延长蓄电池寿命。
芯片选用及介绍
2.3.1 芯片选择
目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于进行充电器的设计。在选择具体的电池充电芯片时，需要参考以下标准。
1)电池类型：不同的电池(锂电池、镍氢电池、镍镉电池等)需选择不同的充电芯片。
2)电池数量：可充电池的数量。
3)电流值：充电电流的大小决定了充电时刻。 4)充电方式：是快充、慢充仍是可控充电进程。
本设计要求充电快速且具有优良的电池爱惜能力，据此选择Maxim 公司的MAXl898 作为电池充电芯片。
2.3.2 MAX1898芯片的特点
MAXl898 配合外部PNP 或PMOS 晶体管能够组成完整的单节锂电池充电器。
MAX1898提供精准的恒流/恒压充电，电池电压调剂精度为±％，提高了电池性能并延长了电池利用寿命。充电电流可由用户设定，采纳内部检流，不必外部检流电阻。 MAXl898 提供了充电状态的输出指示、输入电源是不是与充电器连接的输出指示和充电电流指示。MAXl898 还具有其他一些功能，包括输入关断操纵、可选的充电周期重启(不必从头上电)、可选的充电终止平安按时器和过放电电池的低电流预充。
MAXl898 的关键特性如下： 1) 简单、平安的线性充电方式。
2) 利用低本钱的PNP 或PMOS 调整元件。 3) 输入电压：～12V。 4) 内置检流电阻。 5) ±％电压精度。 6) 可编程充电电流。 7) 输入电源自动检测。 8) LED 充电状态指示。 9) 可编程平安按时器。
10) 检流监视输出。 11) 可选/可调剂自动重启。 12) 小尺寸uMAX封装。
2.3.3 MAX1898芯片的充电工作原理
充电芯片MAXl898 的内部电路包括输入电流调剂器、电压检测器、充电电流检测器、按时器、温度检测器和主操纵器。输入电流调剂器用于限制电源的总输入电流，包括系统负载电流与充电电流。当检测到输入电流大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而操纵输入电流。因为系统工作时电源电流的转变范围较大，若是充电器没有输入电流检测功能，那么输入电源必需能够提供最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的本钱增高、体积增大，而利用输入限流功能那么能够降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源的设计。 MAXl898 外接限流型充电电源和P 沟道场效应管，能够对单节锂电池进行平安有效的快充，其最大特点是：在不利用电感的情形下，仍能做到很低的功率耗散，能够实现预充电，具有过压爱惜和温度爱惜功能，最长充电时问的限制可为锂电池提供二次爱惜。MAX1898 的浮动方式能够使电池容量充至最大。
当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电进程；充电终止的条件是平均的脉冲充电电流达到快充电流的 1％，或时刻超出片上预置的充电时刻。MAXl898 能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P 型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，P 型场效应管打开的时问会愈来愈短。充电终止时，指示灯将会按12%的周期闪烁，MAX1898 的典型充电电路如以下图所示电路具体说明如下：
图 MAX1898的典型充电电路
1) 输入电压范围为 ～12v。锂电池要求的充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采纳恒流恒压源，一样可采纳直流电源外加变压器。
2) 通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。
3) 通过外接的电容 CcT来设置充电时刻 tCHG。那个地址的充电时刻指的是快充时的最大充电时刻，它和按时电容CcT 的关系如下式所示：
CcT=×tCHG (2-1) 式中，tCHG 的单位为小时，CcT 的单位为Nf。大多数情形下，快充时最大充电时问不超过3 小时，因此常取CcT 为100nF。
4) 在限制电流的模式下，通过外接的电阻 RSET 来设置最大充电电IFSTCHG，关系如下式所示：IFSTCHG=1400/Rset 式中，RSEI-的单位为Q，IFSTCHG 的单位为A。
当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电进程。平均的脉冲充电电流低于设置的快充电流的20％，或充电时刻超出片上预置的最大充电时问时，充电周期终止。MAXl898 能够自动检测充电电源，没有电源
时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后，打开外接的P 型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，P 型场效应管打开的时JI 间会愈来愈短。充电终止时，LED 指示灯将会呈现周期性的闪烁，具体的闪烁含义如表所示。
表 MAX1898 典型充电电路的LED 指示灯状态说明 充电状态 电池或充电器没有安装 预充或快充 充电结束 充电出错 LED 指示灯 灭 亮 灭 以 频率闪烁
第三章 系统硬件设计
要紧器件
本设计的核心器件是MAXl898。MAXl898 可对所有化学类型的Li+电池进行平安充电，它具有高集成度，在小尺寸内集成了更多功能，尽可能多地覆盖了大体应用电路，只需要少数外部元件。MAXl898 为10 引脚、超薄型的MAX 封装，其引脚散布如图 所示：
图 MAXl898引脚散布
其引脚功能如下：
IN(1 脚)：传感输入，检测输入的电压或电流； CHG(2 脚)：充电状态指示脚，同时驱动LED；
EN/OK(3 脚)：使能输入脚/输入电源“好”输出指示脚。EN 为输入脚，能够通过输入禁止芯片工作；OK 为输出脚，用于指示输入电源是不是与充电器连接；
ISET(4 脚)：充电电流调剂引脚。通过串接一个电阻到地来设置最大充电电流；
CT(5 脚)：平安充电时刻设置引脚。接一个时刻电容来设置充电时刻，电容为 100nF 时，几乎为3 个小时，此引脚直接接地将禁用此功能；
RSTRT(6 脚)：自动从头启动操纵引脚。当此引脚直接接地时，若是电池电
压掉至基准电压阈值以下 200mV，将会从头开始一轮充电周期。此引脚通过电阻接地时，能够降低它的电压阈值。此引脚悬空或 CT 引脚接地(充电时刻设置功能禁用)时，自动从头启动功能被禁用；
BATT(7 脚)：电池传感输入脚，接单个 Li+电池的正极。此引脚需旁接一个大电解电容到地；
GND(8 脚)：接地端；
DRV(9 脚)：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极； CS(10 脚)：电流传感输入，接晶体管的发射极。
本设计的单片机芯片选用Atmel 公司的AT89C52，它完全能够知足要求。 另外，由于充电器外部为+12V 供电，因此需要通过电压转换芯片将+12V 电压转换为 +5V 电压，那个地址选用三端电压转换芯片LM7805 来完成此功能。
为了降低电源干扰，维持电路的稳固，在LM7805 完成电压转换，将+5v 充电电源送给 MAXl898 之前，先通过一次光耦模块 6N137 的处置，通过单片机对光耦模块的操纵，能够及时关断充电电源。6N137 的引脚散布如图 所示：
图 6N137 的引脚散布
其引脚功能如下： NC(1 脚、4 脚)：悬空；
+(2 脚)、-(3 脚)：发光二极管的正、负极； GND(5 脚)：接地端； OUTPUT(6 脚)：输出脚；
EN(7 脚)：使能脚。为低时，不管有无输入，输出都为高。 不利历时，悬空即可； VCC(8 脚)：电源输入脚。
原理图及说明
图 单片机部份的电路原理图
图 所示的为充电操纵部份的电路原理图，其核心器件为充电芯片MAXl898，其充电状态输出引脚/CHG 通过。74LS04反相后与单片机INT0相连，触发外部中断。图中，ul 为单片机AT89C52，工作在11．0592MHz 时钟；u2 为蜂鸣器；LED_R为红色发光二极管，红灯表示电源接通；LED—G为绿色发光二极管，绿灯表示处于充电状态；Q1为P沟道的场效应管，由MAxl898 提供驱动；R4为设置充电电流的电阻，阻值为，设置最大充电电流500mA，C11为设置充电时刻的电容，容值为100nf，设置最大充电时刻为3 小时。在MAXl898和外部单片机的一起作用下，实现了如下的充电进程： 1）预充
在安装好电池以后，接通输入直流电源，当充电器检测到电池时将按时器复位，从而进入预充进程，在此期间充电器以快充电流的10％给电池充电，使电池电压、温度恢复到 13 正常状态。预充时刻由外接电容CcT 确信(100nF 时为45 分钟)，若是在预充时刻内电池电压达到，且电池温度正常，那么充电进入快充进程；若是超过预充时刻后，电池电压仍低于，那么以为电池不可充电，充电器显示电池故障，LED 指示灯闪烁。
2）快充
快充进程也称为恒流充电，现在充电器以恒定电流对电池充电。恒流充电时，电池电压缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充进程。
3）满充
在满充进程中，充电电流慢慢衰减，直到充电速度降到设置值以下，或满充时刻超时，转入顶端截止充电。顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池补充能量。由于充电器在检测电池电压是不是达到终止电压时有充电电流通过电池内阻，尽管在满充和顶端截止充电进程中充电电流慢慢下降，减小了电池内阻和其他串联电阻对电池端电压的阻碍，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有阻碍。一样情形下，满充和顶端截止充电能够延长电池5％～10％的利历时刻。
4）断电
当电池充满后，MAXl898 芯片的2 号管脚发送的脉冲电平会由低变高，这将会被单片机检测到，引发单片机的中断，在中断中，若是判定出充电完毕，那么单片机将通过 口操纵光耦6N137，切断LM7805 向MAXl898 的供电，从而保证芯片和电池的平安，同时也减小功耗。
5）报警
当电池充满后，MAXl898 芯片本身会熄灭外接的LED 绿灯。可是，为了平安起见，单片机在检测到充满状态的脉冲后，不仅会自动切断MAXl898 芯片的供电，而且会通过蜂鸣器报警，提示用户及时掏出电池。当充电犯错时，MAXl898 芯片本身会操纵LED 绿灯以1．5Hz 左右的频率闪烁，现在不要切断芯片的供电，要让用户一直看到此提示。
第四章 系统软件设计
程序流程图
图 程序流程图
程序设计及说明
#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit GATE=P2＾0; sbit BP=P2＾1;
uint t_count，int 0_count; /+按时器0 中断效劳子程序*/ void timer0()interrupt 1 USing 1 {
TR0=0; 师张张片微型机原理应用与实践(M).复旦大学出版社,1992.
[2] 朱定华.单片机原理与接口技术(M).电子工业出版社,2001.
[3] 李国厚，冯启高.基于单片机的智能充电器的设计.河南职业技术师范学院,2000. [4] 白三中,黄念慈,宋婷婷.基于单片机的通用型智能充电器设计. 四川大学电气信息学
院,2005.
附录1：系统原理图
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