1．引言
本控制系統(tǒng)是為120w智能快速穩(wěn)壓電源設(shè)計的,。
該快速充電器是為部隊在野戰(zhàn)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(yōu)點(diǎn),，同時對電源的可靠性和抗干擾性提出了很高的要求,。有穩(wěn)壓供電和充電兩種工作方式。穩(wěn)壓供電時輸出恒定的24V,；處于充電狀態(tài)時有四種充電方式：常規(guī)充電,、快速充電、電池浮沖,、電池訓(xùn)練,，可以為鎘鎳、氫鎳蓄電池充電,。
2． 控制系統(tǒng)總體設(shè)計要求
根據(jù)實際情況,，本控制系統(tǒng)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)。
?。?） 有穩(wěn)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(fù)增長-△V、溫度變化率△T/△t等快速充電中止法,。
?。?） 具有輸入交流過壓保護(hù)、輸出直流過流保護(hù),、過充電保護(hù)等
?。?） 通電后能自動檢測整個電源系統(tǒng)，有故障報警,。
?。?） 設(shè)有電池開路、短路,、反接保護(hù),。
（7） 具有硬件和軟件相結(jié)合的雙重保護(hù)功能,。
?。?） 良好的抗干擾能力。
3． 統(tǒng)硬件電路的設(shè)計
3.1 AT89S52單片機(jī)簡介
AT89S52是ATMEL公司研制的通用單片機(jī),。它在AT89S51單片機(jī)的基礎(chǔ)上為P1口定義了第二功能,，有六個外部中斷、三個定時／計數(shù)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(jiān)控系統(tǒng)較為適用,。
3.2 基于AT89S52的監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
按照上述系統(tǒng)設(shè)計要求,，設(shè)計了如圖1所示的監(jiān)控系統(tǒng)。
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| 圖1 AT89S52監(jiān)控系統(tǒng)框圖 |
(1) 微處理器：AT89S52非常適用于控制,，他的主要結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)在前面已經(jīng)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(qū)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(zhuǎn)化成頻率值,，這是一種A/D轉(zhuǎn)化方式,，將輸出電壓U0采樣通過壓頻變換裝置傳給單片機(jī)，壓頻轉(zhuǎn)化裝置我們用的是National Semiconductor的LM331,。
(3) 輸出控制電路：單片機(jī)的輸出控制信號通過電阻解碼網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成模擬電壓值,，控制電壓和電流比較器的基準(zhǔn)值，實現(xiàn)對外圍功率電路的控制,。
(4) 上電復(fù)位電路：為了防止單片機(jī)的程序飛跑,，出現(xiàn)死鎖,，我們采用MAXIM公司的MAX813L系統(tǒng)監(jiān)控集成芯片來實現(xiàn)對單片機(jī)的監(jiān)控，該芯片具有看門狗電路,、門限值檢測器,、手動復(fù)位等功能。
(5) 輸入控制和數(shù)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(xiàn)運(yùn)行方式選擇、復(fù)位及故障的顯示,。顯示部分采用SN74HC573驅(qū)動兩個8位七段LED顯示,；同時通過發(fā)光二極管和蜂鳴器提示運(yùn)行狀態(tài)。
(6) 護(hù)告警電路：通過硬件電路實現(xiàn)保護(hù),，給單片機(jī)中斷管腳發(fā)出脈沖信號,，引發(fā)中斷程序?qū)崿F(xiàn)保護(hù)，并引發(fā)蜂鳴器告警,。
下面介紹本系統(tǒng)中的一些關(guān)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(guān)鍵部分,，電路結(jié)構(gòu)見圖2。恒流恒壓電路由SR12單片機(jī)片內(nèi)模擬電路模塊和片外的MOSFET開關(guān)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(jié)構(gòu)框圖。它由輸入多路開關(guān),、兩組溫 度 傳 感器Rsense0.01Ω可程控放大器,、片內(nèi)溫度傳感器、電流檢測電路等組成,?？沙炭胤糯笃骺偡糯蟊稊?shù)為1～256。放大器的輸入可選擇為兩路模擬輸入腳（ATD0,、ATD1）,、片內(nèi)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(chǎn)生中斷并輸出信號,。
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| 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
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| 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(shè)置電壓基準(zhǔn),，6腳通過一個二極管和電阻同單片機(jī)相連，單片機(jī)接受外部控制指令,，通過計數(shù)器控制TDIS端電平的高低,；比較器的輸出應(yīng)用兩個三極管級聯(lián)，改善了靜態(tài)工作點(diǎn),。
快速充電時,，AT89S52單片機(jī)必須不斷檢測以下幾項關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)：電路是否出現(xiàn)斷路、電池是否出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象,、電池是否達(dá)到規(guī)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
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| 圖4 壓頻變換器 |
壓頻變換器本質(zhì)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(zhuǎn)變成頻率,，接入單片機(jī)的計數(shù)器接口,，通過計數(shù)器的計數(shù)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(tǒng)軟件設(shè)計
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| 圖5 軟件流程圖 |
主程序流程圖如圖2所示,。系統(tǒng)上電復(fù)位后,，首先對單片機(jī)、外圍芯片及控制狀態(tài)進(jìn)行初始化,；然后設(shè)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(tǒng)是否正常，若正常則進(jìn)入功能設(shè)置模塊,，否則轉(zhuǎn)故障處理,；進(jìn)入功能控制模塊后，用戶可以通過按鍵設(shè)置系統(tǒng)的工作狀態(tài),，是供電模式還是充電模式,。然后按下確定按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的工作模式,。若是供電模式,，單片機(jī)將實時監(jiān)測各主要參量若發(fā)現(xiàn)故障或過流過壓則轉(zhuǎn)故障處理模塊，沒有的話繼續(xù)監(jiān)測,。若是充電模式,，插入電池后系統(tǒng)將監(jiān)測是否反接，是則提出告警,，否則將進(jìn)入充電狀態(tài),，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(jié)束語
以單片機(jī)AT89S52為核心的智能充電器制成后，經(jīng)過半年的調(diào)試和運(yùn)行,，各項指標(biāo)基本上達(dá)到了設(shè)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(tǒng)的可靠性,。