基于8xC749单片机的电动自行车智能充电器的设计与实现

随着经济的发展，越来越多的电器走进人们的日常生活，家庭使用的小容量蓄电池的比例将会逐渐增加。因此，研究如何延长蓄电池的寿命，提高蓄电池的使用效率，并设计、生产出高质量、高效率、符合家庭使用要求的充电器，有着十分重要的意义。
　　评估蓄电池的优劣有很多指标，其中寿命是用户十分关心的问题之一。而电池的过充电、过放电和充电不足是引起电池故障最主要的原因，其中过充电、充电不足主要是充电方法不当而引起的。常用的直流充电器只是用恒流定压的方法给蓄电池充电，这样不但不容易使电池充满，更严重的还会造成充电不均衡的情况，影响电池的寿命。
　　清华大学智能技术与系统国家重点实验室经过近十年的研究开发，在智能充电算法方面的研究已经取得了一些成果。为了实现智能化充电，我们采用单片机作控制器，实时监控电压、电流，使充电过程按理想的充电曲线进行，达到既保护电池、又能使电池充满的最优效果。
1 智能充电器的硬件结构
　　传统的电池充电器采用电流负反馈的方法来达到恒流充电的目的。为了加入智能控制，达到实时监控的目的，我们打开电流反馈环，加入单片机及相关控制电路。硬件的结构框图如图1所示。

单片机对正在充电的电池进行实时电压、电流、温度取样，经A/D转换输入单片机。单片机根据电池不同的充电状态采取不同的充电算法，通过D/A转换输出反馈电压，对电源进行控制，通过改变电池组端电压来达到控制充电过程的目的。在充电过程中，单片机还担负着平衡电池组中各电池的容量、防止电池过充电而损坏电池的任务。另外，针对不同种类的电池，只要根据不同电池的最佳充电曲线对控制器里的程序进行相应的调整，就能对不同类型的电池进行充电。
　　充电器系统中的主要控制部件是单片机。在目前的市场里有很多的充电控制模块可供选择，如武汉力源电子的PS1718、BENCHMARQ的BQ2004等，只要接上适当的外围电路，就可以组成不错的充电器。但从经济的角度出发，普通的单片机就可以担负控制器的任务。出于提高系统的集成性和可靠性的考虑，我们可以选择内部带A/D、D/A转换的单片机作为控制器。在本文中，我们所选择的是PHILIPS公司的8xC749单片机。该单片机采用高密度CMOS技术制造；具有2K的ROM或EPROM、64byte的RAM，已经足够充电控制的需要；21个I/O口，可以作状态显示、输出；一个计时器/计数器，可以实现延时功能；5路8位A/D转换，可以作为电压、电流、温度检测输入；8位PWM输出，经滤波后可作为反馈电压。
　　电池对充电过程中的环境温度、电池温度比较敏感，对于这些电池我们可以加入温度测量电路。温度测量有不同的方法，根据精度要求的不同可以采用不同的热敏电阻、或者采用现有的温度传感器、温度检测模块。充电器根据不同的环境、电池温度采取不同的充电算法。
　　在单片机检测到电池组中电池不平衡的情况下，可以采用均衡充电的方法，使电量较多的电池少充电，电量较少的电池多充电。均衡充电原理图如图2所示。

2 充电算法的设计与实现
　　根据清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室多年的研究，对于铅酸电池，采用多段恒流、定压、脉冲的充电算法最有效。程序原理框图如图3所示。