隨著信息技術(shù)的發(fā)展，電池作為一個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，正經(jīng)歷著前所未有的變革。各種電子產(chǎn)品的電池得到廣泛應(yīng)用，充電器不可或缺。從電動(dòng)刮胡刀到mp3，從手機(jī)到筆記本電腦，幾乎只要用到電池的設(shè)備都會(huì)用到充電器。51系列單片機(jī)是當(dāng)前使用最廣泛的8位單片機(jī)系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)充電器的智能化成為可能。比較科學(xué)的充電器常采用專用的充電控制芯片配合單片機(jī)控制的方式。通過(guò)單片機(jī)對(duì)充電控制芯片的控制，可以檢測(cè)出電池充電飽和時(shí)發(fā)出電壓變化信號(hào)，比較精確地結(jié)束充電工作，實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能化，縮短充電時(shí)間，維護(hù)電池工作狀態(tài)，延長(zhǎng)電池使用壽命。

本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)智能充電器是利用單片機(jī)來(lái)控制充電電源的通斷。當(dāng)電池放入后，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)控制充電芯片對(duì)電池進(jìn)行充電。當(dāng)充電完成后充電芯片發(fā)出信號(hào)讓單片機(jī)停止充電電源的輸入，同時(shí)顯示充電所持續(xù)的時(shí)間。

系統(tǒng)組成框圖，如下圖所示。

單片機(jī)智能充電器系統(tǒng)組成框圖

一、電源電路

變壓器輸出端的9V電壓，經(jīng)橋式整流電容濾波后在電容C4兩端大約會(huì)有11V左右的電壓。如果從電容兩端直接接負(fù)載，當(dāng)負(fù)載變化或交流電源有波動(dòng)時(shí)，C4兩端電壓會(huì)有大幅度變化。為了得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，在C4后接一個(gè)三端穩(wěn)壓器LM7805。在LM7805后再接一個(gè)濾波電容C5，容量為105μF，這樣就能得到一個(gè)比較穩(wěn)定的5V直流電壓。

二、STC89C52單片機(jī)

STC89C52是智能充電器的控制中心，工作頻率為11.0592MHz，可通過(guò)外部中斷0響應(yīng)充電芯片BQ2057輸出的充電狀態(tài)，并通過(guò)P2.0口輸出控制信號(hào)，控制光耦隔離芯片6N137，隨時(shí)啟動(dòng)或關(guān)斷充電電源。

三、光耦隔離電路

為了降低電壓干擾，保持電路穩(wěn)定，在LM7805三端穩(wěn)壓器完成穩(wěn)壓后，將5V電壓先經(jīng)過(guò)光耦隔離芯片6N137處理，再傳給鋰電池充電管理芯片BQ2057。這樣通過(guò)單片機(jī)對(duì)光耦芯片的控制，可以及時(shí)關(guān)斷充電電源。

四、充電控制電路

充電控制電路的核心器件是BQ2057。它是由美國(guó)TI公司生產(chǎn)的先進(jìn)鋰電池充電管理芯片。適合于單節(jié)(4.1V或4.2V)或雙節(jié)(8.2V或8.4V)鋰離子電池充電需要，具有自動(dòng)重新充電、最小電流終止充電、低功耗睡眠等特性。BQ2057可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償鋰電池組的內(nèi)阻以減少充電時(shí)間，帶有可選的電池溫度監(jiān)測(cè)。內(nèi)部集成的恒壓恒流器帶有高／低邊電流感測(cè)和可編程充電電流，充電狀態(tài)可由LED指示燈輸出。

BQ2057的充電分為三個(gè)階段：預(yù)充狀態(tài)、恒流充電和恒壓充電階段。

1.預(yù)充階段

在安裝好電池并加上電源后，BQ2057首先檢查電壓VCC，當(dāng)工作電壓過(guò)低時(shí)充電器進(jìn)入睡眠狀態(tài)，若工作電壓正常，則檢查電池溫度是否在設(shè)定范圍，若不正常則進(jìn)入溫度故障模式，若正常檢測(cè)電池電壓，當(dāng)電池電壓低于低壓門限時(shí)，BQ2057以恒定電流對(duì)電池預(yù)充電。

2.恒流充電階段

在完成對(duì)電池預(yù)充后，BQ2057進(jìn)入恒流充電模式，此時(shí)由外部的感測(cè)電阻上的壓降監(jiān)控充電電流。該電阻可采取高／低的連接方式，在高邊電流檢測(cè)中接在VCC和SNS引腳間，在低邊電流檢測(cè)中接在VSS和SNS引腳間，通過(guò)SNS引腳獲得充電電流反饋。

3.恒壓充電階段

當(dāng)充電電壓到達(dá)設(shè)定值時(shí)，充電電壓不再發(fā)生變化，亦即慢充階段，此后電流會(huì)以較大斜率下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定值以下時(shí)，停止充電，當(dāng)電池電壓低于重新充電門限電壓時(shí)，自動(dòng)開始重新充電。

本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)智能充電器將BQ2057充電狀態(tài)引出腳STAT與單片機(jī)／INT0相連，觸發(fā)外部中斷。電池組正端接BAT引腳，TS引腳檢測(cè)電池組的熱敏電阻NTC通過(guò)分壓電阻后的分壓值，以此判斷溫度是否正常。

五、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)器電路

時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)器主要由STC89C52單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。時(shí)、分、秒時(shí)間由6個(gè)共陰極7段數(shù)碼管顯示。74LS138譯碼器負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示掃描時(shí)依次通過(guò)譯碼選中6個(gè)數(shù)碼管中的一個(gè)。74LS47芯片是美國(guó)FRIRCHILD公司生產(chǎn)的BCD碼7段數(shù)碼管的譯碼驅(qū)動(dòng)芯片。它負(fù)責(zé)將4位BCD碼十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的7段數(shù)碼管信號(hào)，送到數(shù)碼管7位段選輸入端。按鍵S2、S3、S4分別是時(shí)、分、秒的調(diào)整輸入鍵，每按鍵一次，對(duì)應(yīng)的時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)值加1。單片機(jī)采用12MHz晶振，則定時(shí)器每一個(gè)機(jī)器周期為1μs。

本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)智能充電器性能可靠，節(jié)能環(huán)保，價(jià)格低廉，適合在普通家庭中使用。

（作者單位：江蘇省常州技師學(xué)院）