杜永博 何婧 劉靜 李鵬 北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院電子與自動(dòng)化系

智能充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

杜永博 何婧 劉靜 李鵬 北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院電子與自動(dòng)化系

本產(chǎn)品采用模糊控制器、控制技術(shù)、數(shù)字濾波和滑動(dòng)算法。采用smbus總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收。本產(chǎn)品充電速度高，穩(wěn)定性強(qiáng)而且能延長電池的使用壽命，可適應(yīng)各種不同的充電需求，應(yīng)用前景廣泛。

智能充電 模糊控制 SMBus總線 滑動(dòng)窗口算法

隨著信息技術(shù)的的迅猛發(fā)展，電池和充電器都經(jīng)歷著巨大的變革，在我們生活的各個(gè)領(lǐng)域都有所涉及、軍用領(lǐng)域尤為明顯。智能電池的出現(xiàn)幫我們解決了這一問題，目前國內(nèi)多為傳統(tǒng)意義上的福鎳、鎳氫和鏗離子電池，充電前只能通過標(biāo)簽來判斷具體的類型，若標(biāo)簽被毀后，只能根據(jù)外表的特征來判斷電池的類型，進(jìn)而來挑選適合的充電方式。但是由于電池類型的不同，即使是兩塊工藝相似的電池，充電方式也會(huì)有所不同。目前國內(nèi)的充電器大多是沒有考慮這個(gè)問題。大多數(shù)采用的方法，因?yàn)殡娏餍?，所以只能拿時(shí)間來積累，充電時(shí)間漫長、效率低下。在使用中，這種充電方式直接造成了電池使用效率低，使用時(shí)間縮短，可修復(fù)和維護(hù)性差等致命的缺點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域中造成了一定的困擾，為解決這一難題我們提出了以下觀點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方式。

1 設(shè)計(jì)原理

我們這設(shè)計(jì)主要包括三大部分，分別是主要電源的線路、輔助充電模塊和信號(hào)接受部分。主電源最大的作用就是提供設(shè)計(jì)所要的電壓，電壓主要包括兩個(gè)部分，分別是：供電和浮充。同時(shí)提供充電電壓、輔助供電，C504是本次設(shè)計(jì)最主要的信號(hào)控制部分，作用為控制各類電池的充電過程、檢測、保護(hù)和故障報(bào)警。充電器要了解三種不同的電池即：鉻鎳、鎳氫、鋰離子的充電特性，根據(jù)不同的特性控制不同的充電狀態(tài)，鋰電池的充電方式是恒流恒壓，鉻鎳電池和鎘氫電池采用了本次設(shè)計(jì)的主要控制方法即模糊控制法，這三種電池都由C504控制實(shí)現(xiàn)。

這個(gè)程序的實(shí)現(xiàn)步驟為：在處理電池端電壓后，會(huì)出現(xiàn)電壓和信號(hào)的偏差和變化，而模糊控制器則會(huì)根據(jù)偏差信號(hào)和變化率信號(hào)，來處理得到電流信號(hào)，這樣會(huì)使充電變得靈活，在充電時(shí)充電器會(huì)不斷的檢測電池是否飽和，當(dāng)電池飽和時(shí)則會(huì)自動(dòng)進(jìn)入浮充維護(hù)狀態(tài)。若充電過程出現(xiàn)故障控制器會(huì)及時(shí)停止并報(bào)錯(cuò)，本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于模糊處理器和終止條件的判決。

2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 模糊控制器

這部分則是軟件設(shè)計(jì)的核心，采用模糊處理器的設(shè)計(jì)主要用來解決以下幾方面的問題:結(jié)構(gòu)選取、精確量模糊化、算法設(shè)計(jì)、量的精確化。

因?yàn)檩斎牒洼敵隽縼頉Q定模糊控制器的類型，所以在選擇輸入量和輸出量時(shí)一定要合理。輸入量的選取方法為：選取為相鄰兩個(gè)電壓檢測值的變化率，根據(jù)公式oU/et和電池理想的最高電壓與測量得到實(shí)際電壓之差△V，輸出量則是選取某一時(shí)間段內(nèi)的電流數(shù)據(jù)。

2.2 顯示與按鍵設(shè)計(jì)

顯示部分不受電源主板控制。顯示部分是由單片機(jī)89c51來實(shí)現(xiàn)控制，它為接收按鍵信息，傳送按鍵信息至主控單片機(jī)c504，接收主控機(jī)給予的電壓、溫度反饋、故障反饋和實(shí)時(shí)顯示提供了保證。

2.3 E2 PROM

我們運(yùn)用EPROM，每次程序啟動(dòng)，程序把需要的部分放入到RAM，來方便我們的設(shè)計(jì)調(diào)用。在調(diào)試數(shù)據(jù)時(shí)，我們只需要改動(dòng)EPROM中的數(shù)據(jù)，而不必改動(dòng)我們的原始程序這樣會(huì)是我們的實(shí)現(xiàn)更加簡便。

2.4 系統(tǒng)軟件抗干擾措施的設(shè)計(jì)

單片機(jī)的工作環(huán)境是千變?nèi)f化的，尤其是在充電器上，干擾時(shí)常發(fā)生，而這些干擾常常會(huì)影響軟件的運(yùn)行，甚至?xí)瓜到y(tǒng)發(fā)生故障。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，除了在硬件濾波、尖峰吸收等方面采取措施減少干擾外，在軟件上也做了一些處理。

①利用冗余指令；

②設(shè)置軟件陷阱；

③設(shè)置運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)(WDT)；

④采用軟件濾波。

3 硬件設(shè)計(jì)

主要電源的線路、輔助充電模塊和信號(hào)接受部分、C504單片機(jī)這幾部分組成了本次設(shè)計(jì)的核心部分，另還配有顯示部分。

3.1 控制電路部分

控制電路部分分為

①C504單片機(jī)：主控SIEMENS C504。由C51和許多片內(nèi)外設(shè)組成。

②EZPROM。主要是X5045是XICON生產(chǎn)的組合式封裝期間，常用功能為看門狗定時(shí)器、電源電壓的監(jiān)控以及串行E2–PROM。

③充電控制電路

3.2 SMBus總線部分

SMBus是96年Intel(聯(lián)合其它公司)發(fā)布的一個(gè)基于PC-IZC進(jìn)化而來的系統(tǒng)管理總線(SMBUS)。SMBUS有兩根通信線在這兩根通信總線中我們放入了低電平選擇，并且對(duì)器件和總線的控制上做了嚴(yán)格的規(guī)定。

3.3 顯示與按鍵部分

單片機(jī)我們采用89C51和C504以信息中斷的方式進(jìn)行信息交流。51單片機(jī)主要控制按鍵和顯示的部分，51獲取的信息傳送至出才c504進(jìn)行處理，而c504給單片機(jī)發(fā)布指令。

4 結(jié)束語

本產(chǎn)品采用模糊控制器、控制技術(shù)、數(shù)字濾波和滑動(dòng)算法。采用smbus總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收。本產(chǎn)品充電速度高，穩(wěn)定性強(qiáng)而且能延長電池的使用壽命，可適應(yīng)各種不同通的充電需求，應(yīng)用前景廣泛。

[1]王鴻麟、景占榮.通信基礎(chǔ)電源(第二版).西安電子科技大學(xué)出版社.2001

[2]黃正佳.智能電池模塊.電源技術(shù).2002

[3]查全性.試論高比性能電池進(jìn)展.物理.1998

[4]Tarun Gupta, R. R. Boudreaux, R. M. Nelms, et al, Implementation of a Fuzzy Controller for DC-DC Converters Using an Inexpensive 8-b Microcontroller, IEEE Transaction on Industry Electronics, 1997