鉅大LARGE | 點擊量：716次 | 2020年07月13日
基于ST72單片機的常規電池快速充電系統
前言：
１系統結構
1．1控制回路
ST72系列單片機是法國ST微電子公司最新生產的簡單、靈活、低價格的８位單片機，采用了獨特的制造工藝和技術，大大提高了抗干擾能力。它專為嵌入式控制應用設計，特別適用于抗噪聲干擾高、整體性價比高的控制系統。它具有以下的重要性能：
（１）工作電源電壓有很寬的適應范圍，從2.4Ｖ～5.5Ｖ；功耗較低，內部數字看門狗。
（２）豐富的I/O功能，內部帶有3個按時器／計時器，有的還多達16個通道的10位A/D轉換器，兩路脈寬調制?多種通信接口，多達12級的中斷源。
（３）多種內部程序存儲器，除有廉價的0Tp（0neTimeprogramming）一次性編程寫入?還有非常方便的Flash程序存儲器，可以在線編程，易于修改程序代碼。存儲器的容量從1.5kB~60kB不等，可以滿足各種編程的要。
根據系統功能的要，選用ST72系列的ST72264G1單片機作控制芯片。該芯片具有4kB的FLASH內部存儲器，２路pWM輸出，最大時鐘頻率8MHz，有20個I/O引腳，６個復用１０位A/D轉換器，有SpI,SCI,I2C三種通信接口。控制回路采用ST72262G1加上液晶顯示和鍵盤接口等；它利用單片機自身的Ａ／Ｄ端口，組成電壓、電流、溫度檢測電路。
１．２充放電回路
充電回路是采用一種新型的電源芯片TOp225Y構成的電源電路。該芯片是美國powergration公司生產的三端隔離式脈寬調制單片開關電源集成電路。它將pWM集成電路和MOSFET功率器件集成在同一芯片中，具備pWM型開關穩壓電源所需的全部功能。通過高頻變壓器使輸出端與電網完全隔離，實現了無功頻變壓器隔離的開關電源的集成化。整個回路具有輸出功率范圍大、成本低、集成化程度高、電路設計簡單等優點。
放電回路則由蓄電池和電阻構成回路，Ｍ0S管作為開關，控制放電回路的關斷。Ｍ0S管的關斷由單片機給出控制信號。
智能充電系統的原理框圖如圖１所示。
２系統軟件設計
系統軟件用Ｃ語言編寫，經過匯編、仿真調試，燒寫在單片機的內部程序存儲器內。按照軟件工程的規范要求進行軟件設計，實現結構層次化、功能模塊化，不僅使軟件的可讀性、可維護性、可擴展性得到了增強，而且提高了軟件的可靠性。程序的總體結構框圖如圖２所示。
（１）電壓控制使用拐點控制法。這種充電終止方法由檢測電壓曲線的拐點構成，對鎳氫、鎳鎘電池都適用。用單片機檢測電壓曲線要求出電壓曲線對時間的一次求導值并檢測其頂點值。ST72664單片機的A/D轉換器每４秒鐘測得電池電壓一次，為減少由于高頻干擾（例如由脈沖充電電流所出現的干擾）而造成的測量誤差，持續多次測量電池電壓得出一個平均測量值。進而對現今和先前的平均測量結果再做一個滾動平均，去除由于電化學電池電壓變化而造成的低頻干擾。通過對幾次測量數據的運算，以獲取電壓對時間的導數。因為電壓是通過A/D轉換器得到的數字量，電壓對時間的一次導數的曲線不平滑，所以必須對該曲線做平滑處理。通過檢測在平滑的導數曲線上所遇到的第一個最高頂值來辯認這個拐點（圖３中的Ｂ點）。當探測出這個頂值時就終止快速充電。（２）溫度控制使用溫度變化率法。鎳氫和鎳鎘電池充足電后，電池溫度迅速上升，而且上升速率ΔＴ／Δｔ基本相同。當電池溫度每分鐘上升１℃時，應立即終止快速充電。要注意的是：由于熱敏電阻的阻值與溫度關系是非線性的，因此，為了提高檢測精度應設法減小熱敏電阻非線性的影響。
（３）按時控制就是設按時間上限，超過時間就停止快速充電。
３系統的性能評價
利用本充電系統對鎳氫電池、鎳鎘電池充電，關于容量為1000mAH電池，充足電時間為25min；容量為1300mAH的電池，充足電時間為33min；容量為1600mAH的電池，充足電時間為40min，遠遠快于常規充電系統。此外，系統的結構簡單、調試容易、充電安全可靠，不會損壞蓄電池或縮短蓄電池壽命。
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