基于8xC749單片機的電動自行車智能充電器的設計與實現

隨著經濟的發展，越來越多的電器走進人們的日常生活，家庭使用的小容量蓄電池的比例將會逐漸增加。因此，研究如何延長蓄電池的壽命，提高蓄電池的使用效率，并設計、生產出高質量、高效率、符合家庭使用要求的充電器，有著十分重要的意義。
　　評估蓄電池的優劣有很多指標，其中壽命是用戶十分關心的問題之一。而電池的過充電、過放電和充電不足是引起電池故障最主要的原因，其中過充電、充電不足主要是充電方法不當而引起的。常用的直流充電器只是用恒流定壓的方法給蓄電池充電，這樣不但不容易使電池充滿，更嚴重的還會造成充電不均衡的情況，影響電池的壽命。
　　清華大學智能技術與系統國家重點實驗室經過近十年的研究開發，在智能充電算法方面的研究已經取得了一些成果。為了實現智能化充電，我們采用單片機作控制器，實時監控電壓、電流，使充電過程按理想的充電曲線進行，達到既保護電池、又能使電池充滿的最優效果。
1 智能充電器的硬件結構
　　傳統的電池充電器采用電流負反饋的方法來達到恒流充電的目的。為了加入智能控制，達到實時監控的目的，我們打開電流反饋環，加入單片機及相關控制電路。硬件的結構框圖如圖1所示。

單片機對正在充電的電池進行實時電壓、電流、溫度取樣，經A/D轉換輸入單片機。單片機根據電池不同的充電狀態采取不同的充電算法，通過D/A轉換輸出反饋電壓，對電源進行控制，通過改變電池組端電壓來達到控制充電過程的目的。在充電過程中，單片機還擔負著平衡電池組中各電池的容量、防止電池過充電而損壞電池的任務。另外，針對不同種類的電池，只要根據不同電池的最佳充電曲線對控制器里的程序進行相應的調整，就能對不同類型的電池進行充電。
　　充電器系統中的主要控制部件是單片機。在目前的市場里有很多的充電控制模塊可供選擇，如武漢力源電子的PS1718、BENCHMARQ的BQ2004等，只要接上適當的外圍電路，就可以組成不錯的充電器。但從經濟的角度出發，普通的單片機就可以擔負控制器的任務。出于提高系統的集成性和可靠性的考慮，我們可以選擇內部帶A/D、D/A轉換的單片機作為控制器。在本文中，我們所選擇的是PHILIPS公司的8xC749單片機。該單片機采用高密度CMOS技術制造；具有2K的ROM或EPROM、64byte的RAM，已經足夠充電控制的需要；21個I/O口，可以作狀態顯示、輸出；一個計時器/計數器，可以實現延時功能；5路8位A/D轉換，可以作為電壓、電流、溫度檢測輸入；8位PWM輸出，經濾波后可作為反饋電壓。
　　電池對充電過程中的環境溫度、電池溫度比較敏感，對于這些電池我們可以加入溫度測量電路。溫度測量有不同的方法，根據精度要求的不同可以采用不同的熱敏電阻、或者采用現有的溫度傳感器、溫度檢測模塊。充電器根據不同的環境、電池溫度采取不同的充電算法。
　　在單片機檢測到電池組中電池不平衡的情況下，可以采用均衡充電的方法，使電量較多的電池少充電，電量較少的電池多充電。均衡充電原理圖如圖2所示。

2 充電算法的設計與實現
　　根據清華大學計算機系智能技術與系統國家重點實驗室多年的研究，對于鉛酸電池，采用多段恒流、定壓、脈沖的充電算法最有效。程序原理框圖如圖3所示。