基于AVR单片机的多用智能移动电子设备充电装置的设计

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摘要：基于avr单片机的智能充电系统可以对电池的充电过程进行动态、全面的监控与管理，能够自适应的检测出不同型号的电池，有效地控制电池的充电过程，对充电电源、电压进行自动检测调整，充电后自动转为恒压浮充状态，对待充电的电池进行保护，防止过电压和温度过高对电池的损坏，达到既保护电池、又能使电池充满的要求。采用智能充电方式，提高了电池的使用寿命，并且加快了电池的充电的速率，实现了智能充电目的。

关键词：单片机；智能充电系统

随着科技水平的不断进步，社会对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大，但一个现实的问题是，大量的电子设备电池在在使用传统的充电器一段时间后，电池的性能大幅度下降，容量较最初相比下降很多，电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。本设计装置能够智能识别各种不同移动电子产品的充电参数，在充电过程中对电池充、放电电流、充电电压、温度等各项指标进行精确地监控，最大限度的延长电池的使用寿命。人性化的人机交互界面可显示出充电完成充电所需剩余时间等各种充电参数。

1.结构方案

系统可以分为三个部分：控制部分、信号检测部分和充电部分。控制部分包括单片机模块、电源通断控制模块、开关管驱动模块等。信号检测部分包括充电电流、电压检测以及电池温度检测等模块，其中电流检测用以测量电池充电时的充电电流以及计算电池充电量的计算，电压检测模块用于测量电池充电时的实时电压。这两个实时动态信号反馈给单片机控制单元，由单片机处理后，控制PWM波占空比，驱动充电主体电路从而控制充电电压和电流的大小实现智能充电。

2.实现流程

A.预充

在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电其检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的10%给电池充电，使电压、温度恢复到正常状体。预充电时间由CT口外接电容确定，如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压低于2.5V，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，由单片机发出故障指令，LED指示灯闪烁。

B.快充

快充过程也称恒流充电，此时充电器以恒流电流对电池充电。根据电池厂商推荐的充电速率，一般锂离子电池大多选用标准充电速率，充满电池需要1个小时左右的时间。恒流充电时，电池电压将缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，恒流充电终止，充电电池快速递减，充电进入满充过程。

C.恒压

在恒压过程中，充电电流逐渐衰减，直到充电速率降到设置值以下或满充时间超时，转入顶端截止充电；顶端截止充电时，充电器以极小的充电电池为电池补充能量。由于充电器在检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池内阻，尽管在满充和顶端截止充电过程中充电电流逐渐下降，减少了电池内阻和其他串联电阻对电流端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响，一般情况下，满充和顶端终止充电可以延长电池5%～10%的使用时间。

D.断电

当电池充满后，MAX1898芯片的2引脚发送的脉冲电平将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中判断出充电完毕的状态。此时，单片机将通过P1.2口控制光耦，切断7805向MAX1898芯片的供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减少功耗。

程序控制流程图：

3.核心器件及参数选择

A.AVR单片机

有功能强大的定时器/计数器及通讯接口 定时/计数器T/C有8位和16位，可用作比较器。计数器外部中断和PWM（也可用作D/A）用于控制输出，某些型号的AVR单片机有3～4个PWM，是作电机无级调速的理想器件。片内EEPROM 它是作为一个独立的数据空间而存在的，可以按字节读写。通过SPI和JTAG及并行电缆下载EEPROM数据的操作。

B.MAX1898

MAX1898配合外部PNP或PMOS晶体管可以组成完成的单节锂电池充电器。MAX1898提供精确的恒流/恒压充电。电池电压调节精度为±0.75%，提高了电池性能并延长了使用寿命。充电电流由用户设定，采用内部检流，无需外部检流电阻。MAX1898提供了用于监视充电状态的输出、输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电路指示。

C.耦合器

6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速（典型为10MBd），5mA的极小输入电流。

参考文献：

[1]丁元杰. 单片微机原理及应用. 北京：机械工业出版社，2005.

[2]王鸿麟，钱建丽，周小军. 智能快速充电设计与制作. 北京：科学出版社，2001.

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[4]张占松，蔡宣三. 开关电源的原理与设计. 北京：电子工业出版社，2001.

[5]罗桂娥. 模拟电子技术基础. 长沙：中南大学出版社，2008.