镍氢电池组充电控制IC的设计 摘要：镍氢电池由于充放电效率高、循环寿命长、重量轻、安全可靠和绿色环保等显著特点，因而具有广阔的应用领域和市场前景目前正受到越来越多行业的关注。针对目前市场上镍氢蓄电池充电器存在的缺陷, 设计了一款基于AVR 单片机的智能快速充电器,并给出了软、硬件设计。该充电器以单片机为核心,运用开关电源技术,采用恒流脉冲充电与模糊控制相结合的充电方法。
关键词: AVR; 镍氢蓄电池; 充电器
1 引言
镍氢电池是一种使用非常广泛的可充电电池,广泛用于各种电子设备,如手机、照相机、随身听和M P3。基于镍氢电池的充电器市场上也有非常多的种类,根据调研目前市场现有的充电系统大都采用固定的模式对电池进行充电,充电时间过长(慢充10h 左右, 快充电也要5h 左右)快充电必然要加大充电电流, 但由于缺少必要的检测手段, 容易使电池过热或充电过度, 影响蓄电池寿命[ 1 ]。基于以上原因,笔者设计了一款智能快速充电器,该充电器以ATtiny13单片机为核心,使用开关电源和模糊控制技术,采用脉冲充电方式,在线实时检测充电状态, 达到了较好的效果。
2 方案论证
2.1 方案一
以单片机为核心,运用开关电源技术,采用恒流脉冲充电与模糊控制相结合的充电方法。该系统由5V开关电源电路,DC- DC变换电路电压电流温度检测电路, 以及放电电路组成。5V开关电源电路提供稳定的5V直流电,供单片机和充电主回路使用。其工作原理如下: 单片机通过内部集成的A /D 转换器,实时采集充电时的电流、电压和温度信号,调节PWM 控制信号的占空比,控制MOS管的开通和关断, 从而调整脉冲电压的幅值进而调节充电电流的大小。MOS管输出的脉冲电压经过直流滤波,成为稳定的直流电加在蓄电池上,对蓄电池进行充电。放电控制适时地对蓄电池进行去极化放电。
2.2 方案二
利用ST公司的8 位微控制器(MCU)ST6210来控制充电器的硬件电路和软件流程。该方法通过把拐点法和[ - ΔV] 的检测、温度监控和计时器的切断等三种补充的充电终止方法相结合。充电终止法基于探测电池电压曲线的拐点, 对这种拐点的探测不仅可使“NiCd - NiM兼容”,而且还延长了NiCd 电池的使用寿命。
综上所述方案一电路简单，性能稳定体积较小，故采用方案一
3 电源电路设计和论证
3.1方案一
采用传统的稳压电源电路，硬件的具体接法见图1，这中间需要两组变压器，来实现电路要求的+5V、±12V的输出，具体的实现步骤是桥式整流，电容滤波，三端集成稳压管，以及高频纹波旁路，最终得到相对平滑的模拟电源信号的输出。 毕业设计说明书目录
1．引言-----------------------------------------------------1
2．方案论证-------------------------------------------------1
2．1方案一------------------------------------------------1
2．2方案二------------------------------------------------1
3 电源电路设计和论证----------------------------------------1
3．1 方案一-----------------------------------------------1
3．2 方案二-----------------------------------------------2
4镍氢蓄电池和ATtiny13的介绍--------------------------------2
4.1镍氢蓄电池的基本介绍-----------------------------------2
4.2 ATtiny13的基本介绍------------------------------------4
4.2.1 ATtiny13的特性--------------------------------------4
4.2.2引脚配置---------------------------------------------5
4.2.3 AVR CPU内核------------------------------------------5
4.2.4 AVR ATtiny13 的存储器--------------------------------6
4.2.4.1系统内可编程的Flash 程序存储器---------------------6
4.2.4.2 SRAM 数据存储器------------------------------------7
4.2.4.3 EEPROM 数据存储器----------------------------------8
4.2.4.4 I/O 存储器-----------------------------------------8
4.2.5 I/O 端口---------------------------------------------9
4.2.6中断--------------------------------------------------9
4.2.7 具有PWM功能的8位定时器/计时器0-----------------------10
4.2.8 外部中断---------------------------------------------11
4.2.8.1 MCU控制寄存器—MCUCR-------------------------------11
4.2.8.2 通用中断屏蔽寄存器—GIMSK--------------------------12
4.2.8.3 通用中断标志寄存器－ GIFR--------------------------12
4.2.8.4 引脚变化屏蔽寄存器－ PCMSK-------------------------13
5.充电器-----------------------------------------------------13
5.1工作原理------------------------------------------------13
5.2 系统硬件组成-------------------------------------------14
5.2.1 AVR单片机--------------------------------------------14
5.2.2 充电主电路-------------------------------------------14
5.2.3 检测电路---------------------------------------------15
5.2.3.1 电压检测-------------------------------------------15
5.2.3.2 电流检测-------------------------------------------15
5.2.4 放电控制---------------------------------------------15
5.3 模糊控制-----------------------------------------------15
5.3.1 模糊控制器-------------------------------------------16
5.4 结论---------------------------------------------------16
6. 软件设计--------------------------------------------------17
6.1系统程序流程图------------------------------------------17
6.2 程序设计-----------------------------------------------18
7 软硬件系统的调试-------------------------------------------26
8 附录-------------------------------------------------------28
9.参考文献---------------------------------------------------29
9.参考文献
[ 1 ] 张幸, 杨伟民, 李纲园. 智能化电池充电装置的研究[J ].
上海理工大学学报, 2004 (4) : 3812384.
[2 ] 常江, 景占荣, 高田. 基于HGA 的模糊神经控制器设计及
其应用[J ]. 计算机工程与应用, 2006 (14) : 2222224.
[ 3 ] 关德新编. 单片机外图器件实用手册[M ]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1998.
[ 4 ] MAXIM NiCd/NiMH Battery Fast-ChargeControllers 2002
[ 5 ]《便携产品设计》2003.5
微信
QQ1：3097331788 QQ2：2601997959 QQ3：2993773635
