基于AVR的智能充电器系统设计

设计开发　黪　’Ｉ与应用　基于ＡＶＲ的智能充电器系统设计　卢秀和李建波薛鹏魏巍张斌马薇　（长春工业大学吉林长春￣３ｏｏｏｏ）　摘要：基于ＡｖＲ设计的智能充电器系统，采用ＢｕｃＫ电路调压技术，通过ＰＷＭ调整占空比来实现对充电电压的控制。本设计采用电压、温度实　时监测方案，实现电压、电流的闭环控制，使充电系统安全、稳定。　关键词：镍镉智能充电器ＰＷＭ控制ＡＴｍｅｇａ３２　ＢＵＣＫ￣路　中图分类号：ＴＭ９１０．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—９４１６（２０１３）０３—０１７０—０３　１弓Ｉ育　长或温度正增长较快速度达到１－２￣％　；第四阶段，我们采用ｏ．１Ｃ　我们同时采用过压保护　随着科技的发展，越来越多的电子产品走进我们的日常生活，　涓流充电，充电时间十分钟。在充电过程中，专供家庭使用的小容量蓄电池也越来越受到人们的认可。然而，由　和过热保护，当充电电池端电压高于１．４５Ｖ，或者电池温度高于６０＂Ｃ　于电池在充电时经常发生过充、充电不足等问题，严重影响了蓄电　时，充电自动终止。　池的寿命，这不仅浪费资源，而且污染环境。针对此问题，我们基于　３硬件电路　ＡＶＲ设计了智能充电器系统，此系统实时监测电压、电流及温度，　３．１电源　不仅保护电池，并且延长了蓄电池的使用寿命。　电源部分，我们采用开关稳压器进行稳压，与线性稳压芯片相　２系统设计方案　比，开关稳压芯片具有转换效率高，发热低等优点。ＬＭ２５７６系列开　它具有可靠地工作　本系统控制芯片选用高性能、低功耗的８位ＡＶＲ微处理器，具　关稳压集成电路是线性三段稳压器件的替代品，体型号为Ａｔｍｅｇａ３２。本芯片自带８路１啦ＡＤＣ，电流、电压检测电路　性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为系统稳　可以通过ＡＤＣ直接反馈给ＡＶＲ单片机，无需附加其他ＡＤ芯片，方　定、可靠地工作提供了强有力的保证。同时我们利用２Ａ熔断丝对电　便应用同时转换精度较高。由ＡＶＲ单片机产生ＰｗＭ控制ＢＵＣＫ电　路进行保护，防止线路短路产生大电流，烧坏器件。　３．２　ＡＶＲ主控电路与ＪＴＡＧ下载（如图３）　路，进而调整充电电池在不同时期的电流大小，使整个系统更加安　全、稳定、高效。针对镍镉电池常用的控制技术有：电压负增量控制、　ＡＴｍｅｇａ３２是具有３２ｋｂ系统内可编程Ｆｌａｓｈ的８位ＡＶＲ微控制　方便我　时间控制、温度控制、最高电压控制技术、一△　检测技术等。本系统　器，它具有高性能、低功耗等特点，同时具有８路十位ＡＤＣ，采用温度控制与一△　检测技术相结合的方法，更加高效的给电池　们进行电压，电流，温度测量值的读取，无需单独外扩ＡＤ转换电路，　　进行充电。系统解构框图如下。为了防止镍镉电池的记忆效应，我们　节省资源。在智能充电的第一阶段进行放电，放电截止电压选做０．９Ｖ；第二阶　我们采用ＪＴＡＧ￣线编程方式，简化操作流程，加快工程进展。　３．３充放电电路　段，我们采用　ｎＣ电流预充电，充电十分钟；第三阶段，我们采用　降压斩波电路使用一个全控型器件Ｑ３，为在Ｑ３关断时给负载　Ｃ电流快速充电，充电约２．ｓｄｓ时，终止判断为检测到电压负增　中的电感电流提供通道，设置了续流二极管Ｄ３．ＡＶＲ逼过输出　ＰＷＭ波，控制Ｑ３的导通时间为Ｔｏｎ与关断时间Ｔｏｆｆ，进而控制输出　电压Ｕ。且有如下荚系　Ｔｏ　ｎ曰　（公式２．１）　上式中Ｅ为电源提供电压ＶＤＤ　由此可知，输出到电池的电压　平均值ｕ最大为ＶＤＤ。若减小ｐＷＭ导通时间可以减小输出电压。电　池电流平均值为　Ｊ：—Ｕ－Ｅｏ　—图１智能充电器系统结构框图　（公式２．２）　图２电源电路　设计开发　其中Ｅ０为电池端电压，Ｒ为电池内阻。　磕　放电电路由ＡＴｍｅｇａ３２的ＤｉｓＣｈａｒｇｅｌ控．制，在放电阶段，充电　电路关闭；同样，在充电阶段，放电电路关闭。　３．４检测电路　（公式２．４）　再根据理想运放输入电流为零特性得到　ｉｚ＝‘　（公式２．５）　由公式２．３，２．４与２．５得同相放大器的输出电压与输入电压关　……检测电路分两部分，一部分为由ＴＬ０６２运算放大器组成的放大　…　检测电路，另一部分是由ＤＳ１８Ｂ２０组成的温度检测电路。我们用　水　ＴＬ０６２组成同相放大器，基本模型如下（如图５）。　根据理想运放的输入电压为零的特性并应用ＫＶＬ得　Ｕｏ＝Ｒｚｉｌ＋　（公式２．３）　下转第１７３页　Ｒｆ　图４充放电电路　图６同相运放电路　一工ｌＩ．１　图３控制电路　ＡＣ￣ＮＤ　图５电压检测电路　⑩　设计开发　２．Ｉ公共数据平台设计　钥，即用于数字签名／验证的签名密钥对和用于数据加密／解密的　公共数据平台从各相关业务的信息系统中将各种数据资源进　加密密钥对。　行抽取、转换、重构后，以各种业务视图的形式提供给应用系统使　２．３信息门户　用。而基础信息平台获取数据后，转到虚拟数据库（Ｖｉｅｗｓ）￣实体数　信息门户为各类用户提供统一的系统信息访问人口，获得与其　据库（ＲＭＤＢ）。Ｖｉｅｗｓ由Ｅｌｉ技术构建，通过联邦查询技术实时查询综　身份相应的信息服务和应用访问权限。提供个性化信息呈现、单点　合数据ｆ　ＲＭＤＢ有ＯＤＳ和数据集市（Ｄａｔａ　Ｍａｒｔ）／数据仓库（Ｄｗ）组　登录访问、信息授权访问以及负载均衡服务等功能。门户建设首先　成。０Ｄｓ存储有具体的操作型的详细数据，然后数据集市／数据仓库　考虑应用整合，使得用户可以在一个入口进入，如图３所示。　从ＯＤｓ中获取汇总的数据，实体数据库为数据分析、多维分析和挖　为该系统设计的门户（Ｐｏｒｔａ１）的基本体系结构如图４所示，从客　掘提供数据支持。可以通过虚拟数据库进行实时查询等，通过实体　户的当前页中提取出门户组件，然后调用组件容器来获得每一个组　数据库进行数据分析和挖掘。　件的内容。　数据集成系统设计了两种模式，ＸＭＬ　Ｍｏｄｅｌ和Ｒａｌａｔｉｏａｌ　Ｍｏｄｅｌ，ＸＭＬ　Ｍｏｄｅｌ指将信息（融合自关系型数据库、Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｉｃｅ、　３结语　ＨＴＴＰ、ＸＭＬ数据库）以虚拟ＸＭＬ文档的方式作为业务视图，供用户　本文对数字化校园提出了具有通用性的统一应用平台，用来实　或应用查询使用，Ｒａｌａｔｉ０ｎａｌ　Ｍｏｄｅｌ下的视图需要使用ＳＱＬ查询语　现系统互通与互访的环境。它由数字化校园运营环境、统一身份认　言进行访问。信息集成系统使用信息管理系统存储管理元数据，同　证与权限管理平台、应用系统、公共数据平台、和应用层组成。平台　时信息管理系统对两种模式的业务视图提供缓存，能提高访问的性　具有标准化、开放性、可扩展性等特点，从而实现应用系统之间互　能。　通、互访，解决了信息孤岛问题，从而更有效地利用资源。　２．２统一身份认证技术　参考文献　由于数字化校园系统所传输数据的特殊性（教务数据，管理数　［１］陈刚．推进我国高校“数字校园建设”［Ｒ］．２００３中国高等教育　据，金融数据、身份信息及其他数据等），因此确保数字化校园的安　信息化论坛．　全运行，建设一个高效、安全、可靠的校园网非常重要【３】。系统模型及　［２］Ｘｕ　Ｘｉｎ，ＳＵ　Ｘｉｎ　ｎｉｎｇ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ａ　ｎｅｗ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｃａｍｐｕｓ　数据流程图如图２所示。　ｏｆ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ［Ｊ］．Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｌｉｂｒａｒｙ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　（１）基于Ｗｅｂ的管理方式：在一个内部工作站上运行Ｗｅｂ服务　Ｓｅｒ—ｖｉｃｅ。２００５．１　１　９（１）：５８—６５．　器（代理）。这个工作站轮流与端点设备通信，浏览器用户与代理通　［３］方蔚涛，杨丹。李珩等擞字化校园信息门户的设计研究［Ｊ］．计算机　信，同时代理与端点设备之间通信。　科学。２００７．３４（３）：１３５－１３８．　（２）采用双重密钥对：在统一身份认证中为每个用户产生２对密　・…・・上接第１７１页　镍镉电池的充电时间计算公式为：　厂　ｐ、　＝Ｉ　ｌ　（公式２．６）　＝Ｔ　（公式２．７）　其中Ｑ为电池容量，Ｉ为充电电流，Ｔ为所需充电时间，为经验常　由公式２．６我们可以得知电压检测放大倍数为两倍，但是由于　数，此处我们选为１．３。　Ｒ３与ＲＩ的分压效果，检测电压值为实际充电电池端电压。电流检　因此当我们采用０　５Ｃ恒流充电时，可以计算出充电时间Ｔ为２．　测电路放大倍数为１Ｏ倍。　６小时　温度检测我们采用单线接口方式工作的ＤＳＩ８Ｂ２０￣行采集，它　在时间调整的过程中，我们采用电压、电流实时监测技术，进而　具有测温范围广，硬件结构简单，控制方便等优点。　实现了智能充电系统电压、电流的双闭环控制，保证了充电系统的　３．５显示电路　安全运行，并且使镍镉电池的使用寿命延长，同时有效的减弱了镍　显示模块，我们采用ＬＣＤ１６０２实时显示充电电流，用ＬＥＤ灯显　镉电池的记忆效应。　示工作状态，其中绿灯为正常充电状态，红灯为充电已完成。　５结语　４控制思想　本系统根据镍镉电池特性曲线，通过对充电电流的精确控制，　在智能充电的过程中，我们通过调整ＰｗＭ占空比可以保持充　实时监测温度，电压，对充电电池进行全方位保护，防止了线路短　电电流稳定，因此对于充电时间我们可以进行如下预估，方便控制　路，器件损坏，误操作等可能对充电系统及充电电池带来的损害，同　系统的建立。　时有效的提升了电池的使用寿命，消弱了记忆效应对电池的影响。　［４］铃木雅臣．晶体管电路设计．科学出版社，２０１　２．　［５］王逸潇，杨永才．基于单片机控制的智能充电器．科学技术与工程，　２０１１　路