基于AVR单片机的智能充电器设计

摘要介绍了以AVR单片机为核心智能充电器的控制原理，讨论了充电器的硬件结构和软件设计思想,描述了充电检测的关键技术，实现了智能充电。该充电器对充电过程进行全面管理,并对充电电源、电压进行自动检测调整，充电后自动转为恒压浮充状态，达到既保护电池、使电池充满的最佳效果等要求,又能使充电过程按理想的充电曲线进行。这种全新的智能充电方式，有效地解决了普通充电器将蓄电池“充坏”的技术难题，大幅度提高了蓄电池的实际循环寿命。关键词：智能充电器AVR单片机控制器AbstractThispaperintroducescontrolprincipleofintelligentchargerbasedontheAVRchip,talkingabouthardwarestructureandthesoftwaredesignideaofthecharger,describingthekeytechnologyofchargetesting,fulfillingtheideaofintelligentcharger.Thischargermanagesthewholechargingprocess,adjustspowersourceandvoltageautomatically,itturnstobeconstantvoltageafterfinishingcharge,whichnotonlyprotectsthebattery,butalsomakesthechargingprocessruninaidealcurveway.Thisnewintelligentchargingwaysolvestheproblemofbeingruinedbytheaveragechargewonderfully,highlyimprovestheactuallycirclelifeofthebatteryaswell.Keywords:intelligentchargeAVRchipcontrolI目录第一章绪论............................................................................................................11.1研究背景和意义...........................................................................................11.2国内外现状与发展趋势...............................................................................21.3论文章节安排...............................................................................................3第二章智能充电器设计的基本理论与原理.........................................................42.1智能充电器结构...........................................................................................42.2蓄电池的充电特性.......................................................................................52.3AVR单片机简介............................................................................................62.4智能充电器充电原理...................................................................................72.5充电控制技术...............................................................................................8第三章智能充电器软硬件设计...........................................................................123.1智能充电器硬件设计.................................................................................123.1.1主充电源电路设计.............................................................................123.1.2电池充放电.........................................................................................143.1.3充电信息采集.....................................................................................153.1.4控制器................................................................................................173.2智能充电器软件设计.................................................................................173.2.1数据测量............................................................................................183.2.2A/D的初始化和中断服务程序.......................................................183.2.3单片机控制程序设计........................................................................193.2.4定时器中断服务程序........................................................................20第四章基于AVR单片机智能充电器的测试.......................................................224.1放电测试.....................................................................................................224.2充电测试.....................................................................................................224.2.1不关闭输入的电压采样....................................................................224.2.2关闭输入的电压采样........................................................................22第五章结束语......................................................................................................255.1全文工作总结.............................................................................................255.2研究工作展望.............................................................................................25II致谢..................................................................................................................26参考文献................................................................................................................271第一章绪论1.1研究背景和意义随着经济的发展,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，提高蓄电池的使用寿命，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。评价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。电池的过充电、过放电和充电不足是引起电池故障的主要原因,其中过充电、充电不足是充电方法不当引起的。为了实现智能化充电,我们采用单片机作为控制器,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、又能使电池充满的效果。目前我国的军用电池多为传统的福镍、镍氢及锂离子电池，充电前通过电池上的标签来判别具体的类型，若标签被撕掉后，只能通过形状等外表特征来推断其具体类型，从而选取相应的充电方式。由于电池存在个体的离散性，即随着放电状态、使用和保存的历史不同，即使是两块工艺相同的电池，最大容量和最佳充电方式也不会完全相同[1]，目前国内现有的充电控制技术，大多没有考虑这一点，一般采用恒流快速充电方法[2]。在使用中发现某些镉镍和镍氢电池寿命较短，原因是部分电池在某些充电阶段电流大，导致内部阳极板氧气析出率不断增加，部分氧气无法被阴极板吸收，密闭反应效率退化，电池内部温度随之上升，温度的升高加速了蓄电池板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短了电池寿命。若采用慢速充电，由于充电电流小，只能通过时间积累达到充电目的，因而充电时间过长、效率较低。在使用中，也存在电池电压未知而造成的盲目性。这种缺乏智能化的充电及使用，直接导致了电池的寿命短、效率低及可维护性差等突出的缺点，给部队训练与作战造成一定程度的影响。特别是近年来，随着我军装备现代化程度的不断提高，这个问题日益阻碍着我军2通讯工程的发展，从而影响了部队的作战能力。因此，研发新型的智能电池及其充电器，就成为国防工业的一项重要任务。AVR系列单片机是ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(ReducedInstruction锹CPU)精简指令集高速8位单片机。AVR单片机系统设计具有开发周期短、性价比高、可靠性好、功能强大等优点，在智能充电器、机器人设计、采矿系统开发、电机控制等工程领域被广泛采用[3][4]，其应用前景广阔。基于AVR单片机智能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，它保证蓄电池寿命不受损害的前提下,大大提高了充电速度。该充电器可以实时采集和计算电池的参数，并进行智能控制，还可以通过串口和上位机进行通讯并进行实时显示，根据不同的电池调