專利名稱：基于單片機(jī)的多功能智能充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)用新型涉及基于單片機(jī)的多功能智能充電器，尤其涉及ー種使用單片機(jī)作為控制器件，能夠?qū)Σ煌姵剌敵霾煌某潆婋妷汉统潆婋娏鞑⑻峁┏潆姳Ｗo(hù)的多功能智能充電器。
背景技術(shù)：
目前市場上電池充電器多采用模擬電路進(jìn)行恒流限壓和恒壓限流等方式充電，其充電電壓和電流在出廠前已經(jīng)固定，只能對(duì)同一標(biāo)稱電壓、相近容量且相同類型的電池充電，功能単一，使用不方便，雖然少數(shù)充電器也設(shè)有電壓電流調(diào)節(jié)旋鈕，但要同一充電器對(duì)不同類型電池(比如鉛酸、鋰電、鎳氫等)或按照更符合電池本身充電特性的復(fù)雜充電曲線(比如預(yù)充、浮充、多段恒壓、多段恒流等)充電，模擬電路的控制方式就顯得較難實(shí)現(xiàn)
實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，實(shí)用新型的目的在于提供一種基于單片機(jī)的多功能智能充電器，能夠?qū)Σ煌姵剌敵龇显撾姵爻潆娞匦郧€的充電電壓和充電電流并提供充電保護(hù)。為解決上述技術(shù)問題，實(shí)用新型提供了一種基于單片機(jī)的多功能智能充電器，它主要由開關(guān)電源、場效晶體管、ニ極管、電阻、三極管、電容、電感、雙色LED燈、晶振和智能控制器IC等組成。包括開關(guān)電源I ;電壓電流控制電路2 ;主輸出電壓電流采集模塊3 ;電池類別檢測電路4 ;充電狀態(tài)指示電路5 ;含有控制算法程序的智能控制器6和時(shí)鐘振蕩模塊7。
以下結(jié)合附圖2對(duì)以上所述電路模塊做進(jìn)ー步描述I、開關(guān)電源I :是ー種具有電壓限制作用的，有兩路電壓輸出端的開關(guān)電源電路，一路作為本實(shí)用新型智能充電器的主電壓輸出端，用于連接電池，另一路作為輔助電壓輸出端，用于給智能充電器內(nèi)部控制芯片提供工作電壓。2、電壓電流控制電路2 =PMOS管Ql漏極接開關(guān)電I主要輸出端，柵極接三極管Q2集電極，源極通過電感LI接ニ極管Dl的陽極。ニ極管Dl的陰極接主輸出電壓電流采集模塊3中電阻Rl —端。ニ極管D2陰極接PMOS管Ql的源極，陽極接地。電容Cl和C2并聯(lián)后接在ニ極管Dl的陽極和地之間。電阻R2接在PMOS管Ql漏極和柵極之間。三極管Q2發(fā)射極接地，基極通過電阻R5接至智能控制器6中單片機(jī)U2的ー個(gè)普通I/O引腳。電阻R8 一端接三極管Q2基板，另一端接地。智能控制器6輸出的頻率一定占空比不同的PMW信號(hào)，作用在PMOS管Ql柵極，使PMOS管Ql漏極與源極按一定頻率導(dǎo)通和斷開，其導(dǎo)通和斷開的時(shí)間比與PWM信號(hào)的占空比相同。開關(guān)電源I主要輸出端輸出的電壓經(jīng)過PMOS管調(diào)制成占空比不同的方波電壓，該電壓經(jīng)電感LI與電容Cl平滑濾波后成為平穩(wěn)的無脈動(dòng)的且幅值大小與占空比成正比的電壓，此電壓經(jīng)過主輸出電壓電流采集模塊3中電流檢測電阻Rl作用在電池上。3、主輸出電壓電流采集模塊3 :電阻Rl —端接電壓電流控制電路2中二極管Dl陰極，另一端接智能充電器的輸出端(OUT)。電阻R3—端接電壓電流控制電路2中二極管Dl陰極，另一端與電阻R6 —端連接后接至智能控制器6中單片機(jī)U2的ー個(gè)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的引腳。電 阻R6另ー端接地。電容C3并聯(lián)在電阻R6兩端。電阻R4—端接智能充電器的輸出端(OUT)，另一端與電阻R7—端連接后接至智能控制器6中單片機(jī)U2的另ー個(gè)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的引腳。電阻R7另一端接地。電容C4并聯(lián)在電阻R7兩端。由歐姆定律知，流過電阻的電流與其兩端的電壓成正比，分別采集電阻Rl兩端的電壓值，計(jì)算出差值，根據(jù)I=U/R，就可得到流過電阻Rl的電流值，也即充電電流值。輸出電壓經(jīng)電阻構(gòu)成的分壓器傳輸?shù)街悄芸刂破?中單片機(jī)U2具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能引腳中變?yōu)閿?shù)字量，供程序判斷使用。4、電池類別檢測電路4 :電阻R9 —端接開關(guān)電源I輔助輸出端，另一端通過電阻RlO接至智能控制器6中單片機(jī)U2的另ー個(gè)普通I/O引腳。電阻R9和電阻RlO連接端接電池類別信號(hào)(TYPE)。5、充電狀態(tài)指示電路5 :雙色LED燈(LEDI)的兩陽極分別通過電阻RlI和電阻Rl2接至智能控制器6中單片機(jī)U2的兩個(gè)普通I/O引腳，共陰極接地。該燈受智能控制器6中單片機(jī)U2控制，對(duì)空載，正在充電，已充滿電和出現(xiàn)異常等狀態(tài)做出不同顯示。6、智能控制器6 :內(nèi)部含有控制算法程序的單片機(jī)U2。該程序流程(見附圖3)如下程序開始，配置I/O ロ，初始化并啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器和PWM，檢測充電標(biāo)志，若未充電，則不啟動(dòng)充電計(jì)時(shí)，采樣輸出電壓值和電流檢測電阻兩端的電壓值，計(jì)算出兩端電壓差值，由歐姆定律I=U/R計(jì)算出電流值，根據(jù)輸出電壓和電流判斷是否接入電池，未接電池，則停止充電，進(jìn)入空載，已接電池，則判別電池種類，若接入鋰電，則通過運(yùn)行PID程序，使充電電壓和電流符合鋰電池的充電曲線要求，并置位充電標(biāo)志，開始記錄充電時(shí)間，若充電時(shí)間超過設(shè)定充電時(shí)間閥值，則停止充電，若接入鉛酸電池，則通過運(yùn)行PID程序，使充電電壓和電流符合鉛酸電池的充電曲線要求，井置位充電標(biāo)志，若充電時(shí)間未超過設(shè)定充電時(shí)間閥值，則繼續(xù)對(duì)電池充電。如此循環(huán)運(yùn)行。PID程序建立流過主輸出電壓電流采集模塊3中電阻Rl的電流與智能控制器6中單片機(jī)U2向電壓電流控制電路2中PMOS管柵極輸出PWM控制信號(hào)的占空比之間的函數(shù)關(guān)系。采集到的電流值超過設(shè)定電流值，運(yùn)行PID程序，調(diào)小PWM信號(hào)占空比，使輸出電壓變小，減小電阻Rl兩端電壓差值，進(jìn)而減小電流，反之，采集到的電流值低于設(shè)定電流值，就調(diào)大PWM信號(hào)占空比，增大電流，達(dá)到穩(wěn)定電流的目的。7、時(shí)鐘振蕩模塊7 :電容C5與電容C6 —端相連并接地，另一端分別接至智能控制器6中單片機(jī)U2的時(shí)鐘振蕩輸入兩引腳。晶振Yl兩端分別接電容C5和電容C6的非接地端。該模塊給智能控制器6中單片機(jī)U2提供工作所需的高頻時(shí)鐘信號(hào)。

附圖I為實(shí)用新型基于單片機(jī)的多功能智能充電器在一種實(shí)施方式中的方框圖；附圖2為實(shí)用新型基于單片機(jī)的多功能智能充電器的最佳實(shí)施例的電路組成圖；附圖3為實(shí)用新型基于單片機(jī)的多功能智能充電器的最佳實(shí)施例的程序流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明實(shí)用新型的最佳實(shí)施例[0016]實(shí)用新型的基于單片機(jī)的多功能智能充電器，能夠?qū)Σ煌姵剌敵龇显撾姵爻潆娞匦郧€的充電電壓和充電電流并提供充電保護(hù)，其包括開關(guān)電源I、電壓電流控制電路2、主輸出電壓電流采集模塊3、電池類別檢測電路4、充電狀態(tài)指示電路5、含有控制算法程序的智能控制器6和時(shí)鐘振蕩模塊7。智能充電器接通電源，開關(guān)電源I開始得電，主要電壓輸出端輸出電壓到PMOS管Ql漏扱，輔助電壓輸出端提供電壓給單片機(jī)U2，單片機(jī)U2開始運(yùn)行內(nèi)部程序配置與電阻R6和電阻R7相連的兩引腳為模數(shù)轉(zhuǎn)換模式，配置與電阻R5、電阻R10、電阻Rll和電阻R12相連的四引腳為普通I/O模式，單片機(jī)U2向電阻R5輸出低電平，三極管Q2基極為低電位，集電極與發(fā)射極不導(dǎo)通，PMOS管Ql柵極與漏極無電壓差，漏極與源極不導(dǎo)通，使智能充電器輸出端(OUT)無電壓。初始化并啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器和P畫。分別采集電阻R3與電阻R6連接處和電阻R4與電阻R7連接處的電壓值，通過電阻分壓比分別計(jì)算出電阻Rl與電阻R3連接處和電阻Rl與電阻R4連接處(智能充電器輸出端(OUT))的電壓值，已知電阻Rl阻值，由I=U/R計(jì)算出流過電阻Rl的電流值。不接電池，檢測出智能充電器輸出端(OUT)電壓為0，電阻Rl電流值也為0，則單片機(jī)U2輸出低電平到電阻R5，關(guān)斷PMOS管Ql，輸出信號(hào)到充電狀態(tài)指示電路5，使雙色LED燈LEDl顯示第一種狀態(tài)表示智能充電器空載。接入一種鋰電池，檢測出智能充電器輸出端(OUT)電壓低于電壓閥值I時(shí)，用電流設(shè)定值I充電，調(diào)用PID程序，計(jì)算出PWM占空比，輸出給電阻R5，三極管Q2以此占空比導(dǎo)通和斷開，PMOS管Ql也以此占空比導(dǎo)通和斷開，將開關(guān)電源I主要輸出端輸出的電壓斬波，經(jīng)電感LI和電容Cl平滑濾波成一定幅值的電壓，該電壓通過電阻Rl作用在電池上。由于電池電壓不會(huì)突變，在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為電池電壓不變，即檢測到智能充電器輸出端(OUT)的電壓不變，所以流過電阻Rl的電流大小只和PMOS管Ql斬波后輸出的電壓大小有夫。流過電阻Rl的電流大于電流設(shè)定值1，調(diào)用PID程序，將輸出到電阻R5的PWM占空比減小，使PMOS管Ql占空比也減小，斬波后輸出的電壓值就減小，該電壓值與電池電壓差值也減小，則流過電阻Rl的電流也減小，反之，電阻Rl的電流小于電流設(shè)定值1，則增大PMW占空比，增大斬波后輸出的電壓，増大電阻Rl兩端電壓差值，從而增大流過電阻Rl的電流，這樣就使智能充電器對(duì)電池的充電電流維持在電流設(shè)定值I大小。并且此時(shí)，置位充電標(biāo)志，開始充電計(jì)時(shí)；向電阻Rll和電阻R12輸出另ー組信號(hào)，使雙色LED燈LEDl顯示第二種狀態(tài)表示智能充電器正在給電池充電。若檢測到智能充電器輸出端(OUT)的電壓(即電池電壓)在電壓閥值I和電壓閥值2之間，則將充電電流設(shè)定為電流設(shè)定值2，并調(diào)用PID程序，通過改變輸出到電阻R5的PWM占空比大小，使智能充電器對(duì)電池的充電電流維持在電流設(shè)定值2大小。若檢測到智能充電器輸出端(OUT)的電壓高于電壓閥值3，則給電阻R5輸出低電平，斷開PMOS管Q1，使智能充電器停止對(duì)電池充電。若接入ー種鉛酸電池，則按照該鉛酸電池特性，設(shè)定電壓閥值和電流設(shè)定值，通過PID程序，使智能充電器對(duì)鉛酸電池的充電電壓和充電電流符合鉛酸電池的特性曲線。若檢測到流過電阻Rl的電流低于電流設(shè)定值3，且電池電壓不小于電壓閥值3，則輸出第三組信號(hào)到電阻Rll和電阻R12，使雙色LED燈LEDl顯示第三狀態(tài)表示智能充電器已給電池充滿電。若檢測到電池電壓高于電壓閥值4，認(rèn)為電池電壓過高，輸出低電平給電阻R5，使PMOS管Ql斷開，輸出第四組信號(hào)到電阻Rll和電阻R12，使雙色LED燈LEDl顯示第四狀態(tài)表示智能充電器對(duì)電池充電出現(xiàn)異常狀態(tài)。實(shí)用新型的智能充電器，采用了含有控制算法程序的智能控制器6作為智能充電器的控制芯片，能夠根據(jù)所接入電池種類不同，控制充電電壓和充電電流，使其符合電池本身的充電特性曲線，井能對(duì)充電過程中的多種情況進(jìn)行判斷處理，提供多種保護(hù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)I、智能，可靠，不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作；2、適應(yīng)性廣,無需改動(dòng) 硬件,就可以在一定范圍內(nèi)輸出不同電壓和電流,成為不同種類電池的通用充電器；3、輸出電壓電流由程序控制，減少了調(diào)試環(huán)節(jié)，節(jié)省エ時(shí)，降低人力成本；3、可擴(kuò)展性強(qiáng)，稍加改動(dòng)，就可對(duì)電池電壓過低、過度充電等異常進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒使用人員及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。以上所述的實(shí)用新型實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。任何在實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于單片機(jī)的多功能智能充電器，其特征在于包括開關(guān)電源(1)，電壓電流控制電路(2 )，主輸出電壓電流采集模塊(3 )，電池類別檢測電路(4 )，充電狀態(tài)指示電路(5 )，含有控制算法程序的智能控制器(6 )和時(shí)鐘振蕩模塊(7 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于單片機(jī)的多功能智能充電器，其特征在于 所述的開關(guān)電源(1)，是ー種具有電壓限制作用的，有兩路電壓輸出端的開關(guān)電源電路； 所述的電壓電流控制電路(2)，PMOS管Ql漏極接開關(guān)電源(I)主要輸出端，柵極接三極管Q2集電極，源極通過電壓LI接ニ極管Dl的陽極；ニ極管Dl的陰極接主輸出電壓電流采集模塊(3)中電阻Rl —端；ニ極管D2陰極接PMOS管Ql的源極，陽極接地，電容Cl和C2并聯(lián)后接在ニ極管Dl的陽極和地之間；電阻R2接在PMOS管Ql漏極和柵極之間；三極管Q2發(fā)射極接地，基極通過電阻R5接至智能控制器(6)中單片機(jī)U2的ー個(gè)普通I/O引腳；電阻R8 —端接三極管Q2基板，另一端接地； 所述的主輸出電壓電流采集模塊(3)，電阻Rl —端接電壓電流控制電路(2)中二極管Dl陰極，另一端接智能充電器的輸出端(OUT);電阻R3 —端接電壓電流控制電路(2)中二極管Dl陰極，另一端與電阻R6 —端連接后接至智能控制器(6)中單片機(jī)U2的ー個(gè)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的引腳；電阻R6另一端接地；電容C3并聯(lián)在電阻R6兩端；電阻R4 —端接智能充電器的輸出端(0UT)，另一端與電阻R7 —端連接后接至智能控制器(6)中單片機(jī)U2的另ー個(gè)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的引腳；電阻R7另一端接地；電容C4并聯(lián)在電阻R7兩端； 所述的電池類別檢測電路(4)，電阻R9 —端接開關(guān)電源(I)輔助輸出端，另一端通過電阻RlO接至智能控制器(6)中單片機(jī)U2的另ー個(gè)普通I/O引腳；電阻R9和電阻RlO連接端接電池類別信號(hào)； 所述的充電狀態(tài)指示電路(5)，雙色LED燈的兩陽極分別通過電阻Rll和電阻R12接至智能控制器(6)中單片機(jī)U2的兩個(gè)普通I/O引腳，共陰極接地； 所述的智能控制器(6)，其特征在于內(nèi)部含有控制算法程序的單片機(jī)U2 ;該程序流程為程序開始，配置I/O ロ，初始化并啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器和PWM，檢測充電標(biāo)志，若未充電，則不開啟充電時(shí)間計(jì)算，采樣輸出電壓值和電流檢測電阻兩端的電壓值，計(jì)算出兩端電壓差值，根據(jù)歐姆定律I=U/R計(jì)算出電流值，根據(jù)輸出電壓和電流判斷是否接入電池，未接電池，則停止充電，進(jìn)入空載，已接電池，則判別電池種類，若接入鋰電，則通過運(yùn)行PID程序，使充電電壓和電流符合鋰電池的充電曲線要求，井置位充電標(biāo)志，開始記錄充電時(shí)間，若充電時(shí)間超過設(shè)定充電時(shí)間閥值，則停止充電，若接入鉛酸電池，則通過運(yùn)行PID程序，使充電電壓和電流符合鉛酸電池的充電曲線要求，井置位充電標(biāo)志，若充電時(shí)間未超過設(shè)定充電時(shí)間閥值，則繼續(xù)對(duì)電池充電，如此循環(huán)運(yùn)行； 所述的時(shí)鐘振蕩模塊(7)，電容C5與電容C6 —端相連并接地，另一端分別接至智能控制器(6)中單片機(jī)U2的時(shí)鐘振蕩輸入兩引腳；晶振Yl兩端分別接電容C5和電容C6的非接地端。
專利摘要實(shí)用新型提供了基于單片機(jī)的多功能智能充電器，其包括開關(guān)電源(1)，電壓電流控制電路(2)，主輸出電壓電流采集模塊(3)，電池類別檢測電路(4)，充電狀態(tài)指示電路(5)，智能控制器(6)和時(shí)鐘振蕩模塊(7)。實(shí)用新型由于采用了智能控制器(6)來控制電壓電流、檢測電池種類和進(jìn)行充電保護(hù)，具有調(diào)試方便、智能化、適用范圍廣、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202424265SQ20122004105
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者孫好庚, 陳海龍 申請(qǐng)人:廣州市君盤實(shí)業(yè)有限公司