沈　駿（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京　210031）

多功能充電保護(hù)器的設(shè)計(jì)

沈駿
（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京210031）

摘要:隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，便攜式直流用電設(shè)備的種類也越來越多，為了節(jié)約電能、保護(hù)電池和安全用電，實(shí)現(xiàn)及時(shí)斷開充電器電源，本文介紹了多功能充電保護(hù)器的設(shè)計(jì)方法，主要包括設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)組成等。

關(guān)鍵詞:LED；電流傳感器；單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換

1　引言

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,便攜式直流用電設(shè)備的種類也越來越多,如手機(jī)、數(shù)碼設(shè)備以及電動(dòng)車等。這些直流用電設(shè)備都是以蓄電池作為供應(yīng)電源,當(dāng)蓄電池電量不足時(shí)，需要通過充電器進(jìn)行充電，充電完成后，需要用戶及時(shí)斷開充電器電源。如果沒有斷開充電器電源,充電器便一直對充電設(shè)備進(jìn)行小電流充電，其危害很多。

1.1浪費(fèi)電能

以日常電動(dòng)車充電為例，一般充電器功率為300瓦左右，充電完成后的空損功率為30瓦左右。南京市電動(dòng)車保有量約150萬輛。沒有及時(shí)斷開充電器電源，以一天2小時(shí)計(jì)算，每天浪費(fèi)電能約90000度。

1.2損壞電池

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：電動(dòng)車電池組的損壞主要原因不是使用時(shí)造成的，而是在充電時(shí)被充壞的。

1.3用電不安全，釀成事故

《勞動(dòng)報(bào)》報(bào)道：據(jù)上海市消防部門統(tǒng)計(jì)，2009年至2012年間，上海市共發(fā)生因電動(dòng)自行車充電而引發(fā)的火災(zāi)事故184起，共造成10人死亡，8人受傷。事故頻率達(dá)到了平均每月4起多。

2　多功能充電保護(hù)器的系統(tǒng)功能

多功能充電保護(hù)器的系統(tǒng)功能有：1、定時(shí)斷電功能。用戶可以事先設(shè)定充電時(shí)間，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)時(shí)間到，充電保護(hù)器自動(dòng)切斷充電器電源，同時(shí)切斷充電保護(hù)器自身電源，實(shí)現(xiàn)零待機(jī)，充分節(jié)約電能。2、充電滿自動(dòng)斷電功能。通過電流傳感器檢測充電電流，當(dāng)充電電流為零或者低于設(shè)定值時(shí)，表示充電完成，系統(tǒng)自動(dòng)切斷充電器和充電保護(hù)器的電源。3、定時(shí)斷電和充電滿斷電功能結(jié)合。

3　多功能充電保護(hù)器的結(jié)構(gòu)組成

“多功能充電保護(hù)器”由單片機(jī)、電流傳感器、AD0809模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、獨(dú)立鍵盤控制系統(tǒng)、LED顯示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、控制方式選擇、繼電器等部分組成。系統(tǒng)以單片機(jī)為核心；電流傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測充電電流，將充電電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓量的變化；由AD0809將模擬的電壓量轉(zhuǎn)化為“0-255”的數(shù)字量，送給單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理；當(dāng)檢測到充電電流低于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)控制繼電器斷開充電器電源，同時(shí)斷開充電保護(hù)器系統(tǒng)自身的電源。獨(dú)立鍵盤控制系統(tǒng)用于使用者設(shè)定定時(shí)時(shí)間，定時(shí)時(shí)間在LED顯示系統(tǒng)中實(shí)時(shí)顯示。控制方式選擇可用于充電保護(hù)器的功能選擇，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

3.1電流傳感器

電流傳感器，是一種檢測裝置，能感受到被測電流的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為符合一定標(biāo)準(zhǔn)需要的電信號輸出，以滿足信息控制的要求。

3.2AD0809模數(shù)轉(zhuǎn)換

ADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，是美國國家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品，是目前國內(nèi)應(yīng)用較廣泛的8位通用A/D芯片。ADC0809中IN0～I(xiàn)N7是8路模擬信號輸入端。ADDA、ADDB、ADDC是8路模擬信號轉(zhuǎn)換選擇端，通過其數(shù)字組合選擇IN0～I(xiàn)N7八路A/D通道。CLOCK是外部時(shí)鐘輸入端,時(shí)鐘頻率高，A/D轉(zhuǎn)換速度快,允許范圍為10～1280KHz；通常由AT89C51ALE端直接或分頻后與ADC0809的CLOCK端相連接。D0～D7是數(shù)字量輸出端。OE是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端。OE=1，允許將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0～D7端輸出。

3.3單片機(jī)控制系統(tǒng)

在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，常需要用開關(guān)量去控制和驅(qū)動(dòng)一些執(zhí)行元件，在本系統(tǒng)中，需要控制5V繼電器，但80C51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力有限，且高電平（拉電流）比低電平（灌電流）驅(qū)動(dòng)電流小。通常會(huì)采用晶體管相關(guān)電路來提升驅(qū)動(dòng)能力，單片機(jī)一個(gè)輸出點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)由多個(gè)輸出點(diǎn)時(shí)，晶體管驅(qū)動(dòng)電路就會(huì)比較多，會(huì)占用印刷電路板的空間，而且晶體管驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)能力有限。為了節(jié)省印刷電路板空間和加大驅(qū)動(dòng)能力，采用ULN2003A集成芯片和單片機(jī)的綜合應(yīng)用。

4　結(jié)束語

本文介紹的多功能充電保護(hù)器既可以作為充電器和被充電電池之間的單獨(dú)保護(hù)器，串接在充電器和電池之間；也可以作為充電器的一部分，和充電器制作在一起。具有定時(shí)斷電功能、充電滿自動(dòng)斷電功能以及雙重保護(hù)的功能，其穩(wěn)定性好、安全性高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001.

[2] 于海生．微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社,1999.3.

本文是南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級課題（項(xiàng)目編號：Y150001）

作者簡介：沈駿（1977-），男，江蘇南京人，本科，實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)任職務(wù)：教師，研究方向：機(jī)車車輛方向的研究。