AT89C2051单片机智能充电器的设计
AT89C2051单片机智能充电器的设计[20200131184310]
摘 要
随着社会的快速发展，电子产品小型化、便携化也使得充电电池越来越重要，锂离子电池有较高的比能量，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，具有良好的充放电性能，可随充随放、快充深放，无记忆效应，不含镉、铅、汞等有害物
本课题设计了一种基于单片机的锂离子电池充电器。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中管理电路还具有保护功能，可防止电池的过充和过放对电池造成损坏。
在硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对本充电器的核心器件—MAX1898充电芯片和AT89C2051单片机进行了介绍。阐述了系统的软硬件设计。以C语言为开发工具，进行了详细设计和编码。实现了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:电子产品、充电器、多功能
一、引言 1
（一）背景介绍 1
（二）电池充电技术 2
1.电池的介绍 2
2.电池的充电技术 2
3.电池的温度检测 3
4.充电控制技术 5
(1).快速充电 5
(2).快速充电终止控制方法 5
二、硬件部分 9
（一）相关硬件 9
1.主要硬件： 9
2.单片机部分 9
3. 6N137光耦合器 9
4. LM7805 10
（二）系统框图 10
（三）电路原理图 11
三、充电器软件实现 14
（一）程序功能 14
（二）程序流程图 14
结束语 17
致谢 18
参考文献 19
附录一主要源程序 20
一、引言
（一）背景介绍
社会信息化进程的加快，对电力、信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求。而各种用电设备都离不开可靠的电源，如果在工作中间电源中断，人们的生产和生活都将受到不可估量的经济损失。对于由交流供电的用电设备，为了避免出现上述不利情况，必须设计一种电源系统，它能不间断地为人们的生产和生活提供以安全和操作为目的可靠的备用电源。为此，以安全和操作为目的的备用电源设备上都使用充电电池。这样，即使电力网停电，也可利用由充电电池构成的安全和操作备用电源，从容地采用其他应急手段，避免重大损失的发生。而对于采用充电电池供电的用电设备，从生产、信息、供电安全角度来说，充电电池在系统中处于及其重要的地位。同时，具体到生活方面，随着社会的快速发展，电子产品小型化、便携化也使得充电电池越来越重要，锂离子电池有较高的比能量，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，具有良好的充放电性能，可随充随放、快充深放，无记忆效应，不含镉、铅、汞等有害物质，对环境无污染，被称为绿色电池。基于这些特性，所以锂电池得到了迅速的发展和广泛的应用。锂电池充电器是为锂离子充电电池补充能源的静止变流装置，其性能的优劣直接关系到整个用电系统的安全性和可靠性指标。
本论文从锂电池技术特性、充电技术、充电控制技术、充电器电路结构、原理图、流程图，多角度地阐述了充电技术发展和应用。
（二）电池充电技术
1.电池的介绍
电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。二次电池是可多次反复使用的电池，它又称为可充电池或蓄电池。当对二次电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。二次电池的性能可由电池特性曲线表示，这些特性曲线包括充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线等。二次电池的安全性可用特性的安全检测方式进行评估。二次电池能够反复使用，符合经济使用原则。
锂离子电池没有记忆效应，有较高的比能量，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，具有良好的充放电性能，可随充随放、快充深放，不含镉、铅、汞等有害物质，对环境无污染，完全不用考虑二次电池残余电量多少，可直接进行充电，充电时间很短。本课题设计了一种基于单片机的锂离子电池充电器。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中管理电路还具有保护功能，可防止电池的过充和过放对电池造成损坏。
2.电池的充电技术
①恒流充电
充电器的交流电源电压通常会波动，充电时需采用一个直流恒流电源(充电器)。当采用恒流充电时，可使电池具有较高的充电效率，可方便地根据充电时间来决定充电是否终止，也可改变电池的数目。
②恒压充电
恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电。当对电池进行这一充电时，电池两端的电压决定了充电电流。这种充电方式的充电初期电流较大，末期电流较小。充电电流会随着电压的波动而变化，因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时，以免时电池过充电。 另外，这种充电方式的充电末期电压在达到峰值后会下降。电池的充电电流将变大，会导致电池温度升高。随着电池温度升高，电压下降，将造成电池的热失控，损害电池
③涓充方式
电池与负载并联，同时电池与电源(充电器)相连。正常情况下，直流电源作为负载的工作电源，并以涓充方式为电池充电，只有当负载变得很大、直流电源端电压低于电池端电压或直流电源停止供电后，电池才对负载放电。在这种方式下，充电电流由使用模式决定。它通常使用在紧急电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合。
④浮充方式
在浮充方式中，电池以很小的电流(C/30～C/20)进行充电，以使电池保持在满充状态。浮充方式广泛应用于电池作为备用电源或应急电源的电气设备中。
⑤分阶段充电
在分阶段充电方式中，在电池充电的初始阶段充电电流较大。当电池电压达到控制点时，电池转为以涓流方式充电。分阶段充电方式是电池最理想的充电方式，但缺点是项冲：基于单片机的锂电池充电器设计 充电电路复杂和成本较高。另外，需增设控制点的电池电压的监测电路。
⑥快速充电
在用大电流短时间对电流充电时，需用电池电压检测和控制电路。该电路在电池充电末期实时检测电池电压和电池温度，并且根据检测参数控制充电过程。电池电压检测，在大电流充电末期，检测电池电压，当电池电压达到设定值时，将大电流充电转成小电流充电。采用小电流充电方式是为了保证电池充电容量。控制电路设置的充电截止电压必须比充电峰值电压低。－△V检测电池充电过程的充电电流是通过检测电池充电末期的电压降来进行控制的。当充电峰值电压确定后，若－△V检测电路检测的电压降达到设定值，控制电路将使大电流充电电路分断。
3.电池的温度检测
电池在充电末期，负极发生氧复合反应产生热量，使电池温度升高。由于电池温度升高将导致充电电流增大，为控制充电电流，可在电池外壳上设置温度传感器或电阻等温度检测元件。当电池温度达到设定值时，电池充电电路被切断如图2-1。下面即给出了电池温度检测简图和电池温度与充电时间的关系图2-2。
图2-1电池温度检测简图
图2-2电池温度和充电时间的关系
4.充电控制技术
(1).快速充电
快速充电器的特点是对充电电池采用大电流充电。常用的充电电流值为0.3～2小时率电流。小时率电流值是由公式C(Ah)/t(h)规定的，其中C代表电池额定容量，t代表时间。例如用1小时率电流对5号锂电池快速充电，根据0.5(Ah)／1(h)＝500(mA)，即采用500mA的充电电流(一般慢速充电，选用10小时率电流)。性能完善的快速充电器， 其中的主控电路有多种类型：
(1)定时型
对电池进行定时充电，主控电路采用定时电路，定时时间可由充电电流决定。定时主控电路常设置不同的时间以控制不同的小时率电流对电池按时间分挡充电，使用很方便。由于定时器制作容易，所以常用它自制定时快速充电器。自制时，为了充电安全，最好选大于5小时率的电流充电。
(2)电压峰值增量△V
有的可充电电池在充电时端电压随充电时间的增长而上升，但充足电后端电压开始下降。设计主控电路时，利用该特性监测电池电压出现峰值之后的微量下降，以控制充电结束，达到自动充电的目的。这也称为－△V法。由于这种控制电路比较复杂，故不适于自制。
(3)其他主控电路
主控电路除上述两种以外，还有温度监测和脉宽调制(PWM)控制电路。温度监测常用热敏电阻监测电池温度。当电池温度高于设定值时，立即停止快速充电，即使电池温度下降后，充电器也不会启动工作。只有它复位(人工或自动)后，才能启动再次转人快速充电。
(2).快速充电终止控制方法
充电控制技术是充电器系统中软件设计的核心部分。根据充电电池的原理，将锂电池的电压曲线分为三段，具体见图2-3。
摘 要
随着社会的快速发展，电子产品小型化、便携化也使得充电电池越来越重要，锂离子电池有较高的比能量，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，具有良好的充放电性能，可随充随放、快充深放，无记忆效应，不含镉、铅、汞等有害物
本课题设计了一种基于单片机的锂离子电池充电器。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中管理电路还具有保护功能，可防止电池的过充和过放对电池造成损坏。
在硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对本充电器的核心器件—MAX1898充电芯片和AT89C2051单片机进行了介绍。阐述了系统的软硬件设计。以C语言为开发工具，进行了详细设计和编码。实现了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:电子产品、充电器、多功能
一、引言 1
（一）背景介绍 1
（二）电池充电技术 2
1.电池的介绍 2
2.电池的充电技术 2
3.电池的温度检测 3
4.充电控制技术 5
(1).快速充电 5
(2).快速充电终止控制方法 5
二、硬件部分 9
（一）相关硬件 9
1.主要硬件： 9
2.单片机部分 9
3. 6N137光耦合器 9
4. LM7805 10
（二）系统框图 10
（三）电路原理图 11
三、充电器软件实现 14
（一）程序功能 14
（二）程序流程图 14
结束语 17
致谢 18
参考文献 19
附录一主要源程序 20
一、引言
（一）背景介绍
社会信息化进程的加快，对电力、信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求。而各种用电设备都离不开可靠的电源，如果在工作中间电源中断，人们的生产和生活都将受到不可估量的经济损失。对于由交流供电的用电设备，为了避免出现上述不利情况，必须设计一种电源系统，它能不间断地为人们的生产和生活提供以安全和操作为目的可靠的备用电源。为此，以安全和操作为目的的备用电源设备上都使用充电电池。这样，即使电力网停电，也可利用由充电电池构成的安全和操作备用电源，从容地采用其他应急手段，避免重大损失的发生。而对于采用充电电池供电的用电设备，从生产、信息、供电安全角度来说，充电电池在系统中处于及其重要的地位。同时，具体到生活方面，随着社会的快速发展，电子产品小型化、便携化也使得充电电池越来越重要，锂离子电池有较高的比能量，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，具有良好的充放电性能，可随充随放、快充深放，无记忆效应，不含镉、铅、汞等有害物质，对环境无污染，被称为绿色电池。基于这些特性，所以锂电池得到了迅速的发展和广泛的应用。锂电池充电器是为锂离子充电电池补充能源的静止变流装置，其性能的优劣直接关系到整个用电系统的安全性和可靠性指标。
本论文从锂电池技术特性、充电技术、充电控制技术、充电器电路结构、原理图、流程图，多角度地阐述了充电技术发展和应用。
（二）电池充电技术
1.电池的介绍
电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。二次电池是可多次反复使用的电池，它又称为可充电池或蓄电池。当对二次电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。二次电池的性能可由电池特性曲线表示，这些特性曲线包括充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线等。二次电池的安全性可用特性的安全检测方式进行评估。二次电池能够反复使用，符合经济使用原则。
锂离子电池没有记忆效应，有较高的比能量，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，具有良好的充放电性能，可随充随放、快充深放，不含镉、铅、汞等有害物质，对环境无污染，完全不用考虑二次电池残余电量多少，可直接进行充电，充电时间很短。本课题设计了一种基于单片机的锂离子电池充电器。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中管理电路还具有保护功能，可防止电池的过充和过放对电池造成损坏。
2.电池的充电技术
①恒流充电
充电器的交流电源电压通常会波动，充电时需采用一个直流恒流电源(充电器)。当采用恒流充电时，可使电池具有较高的充电效率，可方便地根据充电时间来决定充电是否终止，也可改变电池的数目。
②恒压充电
恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电。当对电池进行这一充电时，电池两端的电压决定了充电电流。这种充电方式的充电初期电流较大，末期电流较小。充电电流会随着电压的波动而变化，因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时，以免时电池过充电。 另外，这种充电方式的充电末期电压在达到峰值后会下降。电池的充电电流将变大，会导致电池温度升高。随着电池温度升高，电压下降，将造成电池的热失控，损害电池
③涓充方式
电池与负载并联，同时电池与电源(充电器)相连。正常情况下，直流电源作为负载的工作电源，并以涓充方式为电池充电，只有当负载变得很大、直流电源端电压低于电池端电压或直流电源停止供电后，电池才对负载放电。在这种方式下，充电电流由使用模式决定。它通常使用在紧急电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合。
④浮充方式
在浮充方式中，电池以很小的电流(C/30～C/20)进行充电，以使电池保持在满充状态。浮充方式广泛应用于电池作为备用电源或应急电源的电气设备中。
⑤分阶段充电
在分阶段充电方式中，在电池充电的初始阶段充电电流较大。当电池电压达到控制点时，电池转为以涓流方式充电。分阶段充电方式是电池最理想的充电方式，但缺点是项冲：基于单片机的锂电池充电器设计 充电电路复杂和成本较高。另外，需增设控制点的电池电压的监测电路。
⑥快速充电
在用大电流短时间对电流充电时，需用电池电压检测和控制电路。该电路在电池充电末期实时检测电池电压和电池温度，并且根据检测参数控制充电过程。电池电压检测，在大电流充电末期，检测电池电压，当电池电压达到设定值时，将大电流充电转成小电流充电。采用小电流充电方式是为了保证电池充电容量。控制电路设置的充电截止电压必须比充电峰值电压低。－△V检测电池充电过程的充电电流是通过检测电池充电末期的电压降来进行控制的。当充电峰值电压确定后，若－△V检测电路检测的电压降达到设定值，控制电路将使大电流充电电路分断。
3.电池的温度检测
电池在充电末期，负极发生氧复合反应产生热量，使电池温度升高。由于电池温度升高将导致充电电流增大，为控制充电电流，可在电池外壳上设置温度传感器或电阻等温度检测元件。当电池温度达到设定值时，电池充电电路被切断如图2-1。下面即给出了电池温度检测简图和电池温度与充电时间的关系图2-2。
图2-1电池温度检测简图
图2-2电池温度和充电时间的关系
4.充电控制技术
(1).快速充电
快速充电器的特点是对充电电池采用大电流充电。常用的充电电流值为0.3～2小时率电流。小时率电流值是由公式C(Ah)/t(h)规定的，其中C代表电池额定容量，t代表时间。例如用1小时率电流对5号锂电池快速充电，根据0.5(Ah)／1(h)＝500(mA)，即采用500mA的充电电流(一般慢速充电，选用10小时率电流)。性能完善的快速充电器， 其中的主控电路有多种类型：
(1)定时型
对电池进行定时充电，主控电路采用定时电路，定时时间可由充电电流决定。定时主控电路常设置不同的时间以控制不同的小时率电流对电池按时间分挡充电，使用很方便。由于定时器制作容易，所以常用它自制定时快速充电器。自制时，为了充电安全，最好选大于5小时率的电流充电。
(2)电压峰值增量△V
有的可充电电池在充电时端电压随充电时间的增长而上升，但充足电后端电压开始下降。设计主控电路时，利用该特性监测电池电压出现峰值之后的微量下降，以控制充电结束，达到自动充电的目的。这也称为－△V法。由于这种控制电路比较复杂，故不适于自制。
(3)其他主控电路
主控电路除上述两种以外，还有温度监测和脉宽调制(PWM)控制电路。温度监测常用热敏电阻监测电池温度。当电池温度高于设定值时，立即停止快速充电，即使电池温度下降后，充电器也不会启动工作。只有它复位(人工或自动)后，才能启动再次转人快速充电。
(2).快速充电终止控制方法
充电控制技术是充电器系统中软件设计的核心部分。根据充电电池的原理，将锂电池的电压曲线分为三段，具体见图2-3。
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