鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:706次 | 2020年07月13日
基于ST72單片機(jī)的常規(guī)電池快速充電系統(tǒng)
前言:
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.1控制回路
ST72系列單片機(jī)是法國ST微電子公司最新生產(chǎn)的簡單、靈活、低價(jià)格的8位單片機(jī),采用了獨(dú)特的制造工藝和技術(shù),大大提高了抗干擾能力。它專為嵌入式控制應(yīng)用設(shè)計(jì),特別適用于抗噪聲干擾高、整體性價(jià)比高的控制系統(tǒng)。它具有以下的重要性能:
(1)工作電源電壓有很寬的適應(yīng)范圍,從2.4V~5.5V;功耗較低,內(nèi)部數(shù)字看門狗。
(2)豐富的I/O功能,內(nèi)部帶有3個(gè)按時(shí)器/計(jì)時(shí)器,有的還多達(dá)16個(gè)通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器,兩路脈寬調(diào)制?多種通信接口,多達(dá)12級的中斷源。
(3)多種內(nèi)部程序存儲器,除有廉價(jià)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(jù)系統(tǒng)功能的要,選用ST72系列的ST72264G1單片機(jī)作控制芯片。該芯片具有4kB的FLASH內(nèi)部存儲器,2路pWM輸出,最大時(shí)鐘頻率8MHz,有20個(gè)I/O引腳,6個(gè)復(fù)用10位A/D轉(zhuǎn)換器,有SpI,SCI,I2C三種通信接口??刂苹芈凡捎肧T72262G1加上液晶顯示和鍵盤接口等;它利用單片機(jī)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(gòu)成的電源電路。該芯片是美國powergration公司生產(chǎn)的三端隔離式脈寬調(diào)制單片開關(guān)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(guān)穩(wěn)壓電源所需的全部功能。通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離,實(shí)現(xiàn)了無功頻變壓器隔離的開關(guān)電源的集成化。整個(gè)回路具有輸出功率范圍大、成本低、集成化程度高、電路設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
放電回路則由蓄電池和電阻構(gòu)成回路,M0S管作為開關(guān),控制放電回路的關(guān)斷。M0S管的關(guān)斷由單片機(jī)給出控制信號。
智能充電系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。
2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件用C語言編寫,經(jīng)過匯編、仿真調(diào)試,燒寫在單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲器內(nèi)。按照軟件工程的規(guī)范要求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)層次化、功能模塊化,不僅使軟件的可讀性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性得到了增強(qiáng),而且提高了軟件的可靠性。程序的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
(1)電壓控制使用拐點(diǎn)控制法。這種充電終止方法由檢測電壓曲線的拐點(diǎn)構(gòu)成,對鎳氫、鎳鎘電池都適用。用單片機(jī)檢測電壓曲線要求出電壓曲線對時(shí)間的一次求導(dǎo)值并檢測其頂點(diǎn)值。ST72664單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)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(xiàn)的干擾)而造成的測量誤差,持續(xù)多次測量電池電壓得出一個(gè)平均測量值。進(jìn)而對現(xiàn)今和先前的平均測量結(jié)果再做一個(gè)滾動平均,去除由于電化學(xué)電池電壓變化而造成的低頻干擾。通過對幾次測量數(shù)據(jù)的運(yùn)算,以獲取電壓對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。因?yàn)殡妷菏峭ㄟ^A/D轉(zhuǎn)換器得到的數(shù)字量,電壓對時(shí)間的一次導(dǎo)數(shù)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(dǎo)數(shù)曲線上所遇到的第一個(gè)最高頂值來辯認(rèn)這個(gè)拐點(diǎn)(圖3中的B點(diǎn))。當(dāng)探測出這個(gè)頂值時(shí)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(dāng)電池溫度每分鐘上升1℃時(shí),應(yīng)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(guān)系是非線性的,因此,為了提高檢測精度應(yīng)設(shè)法減小熱敏電阻非線性的影響。
(3)按時(shí)控制就是設(shè)按時(shí)間上限,超過時(shí)間就停止快速充電。
3系統(tǒng)的性能評價(jià)
利用本充電系統(tǒng)對鎳氫電池、鎳鎘電池充電,關(guān)于容量為1000mAH電池,充足電時(shí)間為25min;容量為1300mAH的電池,充足電時(shí)間為33min;容量為1600mAH的電池,充足電時(shí)間為40min,遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于常規(guī)充電系統(tǒng)。此外,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)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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