智能充电器的设计与实现

杜永博 何婧 刘静 李鹏 北京邮电大学世纪学院电子与自动化系

智能充电器的设计与实现

杜永博 何婧 刘静 李鹏 北京邮电大学世纪学院电子与自动化系

本产品采用模糊控制器、控制技术、数字滤波和滑动算法。采用smbus总线技术实现信号的接收。本产品充电速度高，稳定性强而且能延长电池的使用寿命，可适应各种不同的充电需求，应用前景广泛。

智能充电 模糊控制 SMBus总线 滑动窗口算法

随着信息技术的的迅猛发展，电池和充电器都经历着巨大的变革，在我们生活的各个领域都有所涉及、军用领域尤为明显。智能电池的出现帮我们解决了这一问题，目前国内多为传统意义上的福镍、镍氢和铿离子电池，充电前只能通过标签来判断具体的类型，若标签被毁后，只能根据外表的特征来判断电池的类型，进而来挑选适合的充电方式。但是由于电池类型的不同，即使是两块工艺相似的电池，充电方式也会有所不同。目前国内的充电器大多是没有考虑这个问题。大多数采用的方法，因为电流小，所以只能拿时间来积累，充电时间漫长、效率低下。在使用中，这种充电方式直接造成了电池使用效率低，使用时间缩短，可修复和维护性差等致命的缺点，在军事领域中造成了一定的困扰，为解决这一难题我们提出了以下观点和实现方式。

1 设计原理

我们这设计主要包括三大部分，分别是主要电源的线路、辅助充电模块和信号接受部分。主电源最大的作用就是提供设计所要的电压，电压主要包括两个部分，分别是：供电和浮充。同时提供充电电压、辅助供电，C504是本次设计最主要的信号控制部分，作用为控制各类电池的充电过程、检测、保护和故障报警。充电器要了解三种不同的电池即：铬镍、镍氢、锂离子的充电特性，根据不同的特性控制不同的充电状态，锂电池的充电方式是恒流恒压，铬镍电池和镉氢电池采用了本次设计的主要控制方法即模糊控制法，这三种电池都由C504控制实现。

这个程序的实现步骤为：在处理电池端电压后，会出现电压和信号的偏差和变化，而模糊控制器则会根据偏差信号和变化率信号，来处理得到电流信号，这样会使充电变得灵活，在充电时充电器会不断的检测电池是否饱和，当电池饱和时则会自动进入浮充维护状态。若充电过程出现故障控制器会及时停止并报错，本项实验的难点在于模糊处理器和终止条件的判决。

2 软件设计与实现

2.1 模糊控制器

这部分则是软件设计的核心，采用模糊处理器的设计主要用来解决以下几方面的问题:结构选取、精确量模糊化、算法设计、量的精确化。

因为输入和输出量来决定模糊控制器的类型，所以在选择输入量和输出量时一定要合理。输入量的选取方法为：选取为相邻两个电压检测值的变化率，根据公式oU/et和电池理想的最高电压与测量得到实际电压之差△V，输出量则是选取某一时间段内的电流数据。

2.2 显示与按键设计

显示部分不受电源主板控制。显示部分是由单片机89c51来实现控制，它为接收按键信息，传送按键信息至主控单片机c504，接收主控机给予的电压、温度反馈、故障反馈和实时显示提供了保证。

2.3 E2 PROM

我们运用EPROM，每次程序启动，程序把需要的部分放入到RAM，来方便我们的设计调用。在调试数据时，我们只需要改动EPROM中的数据，而不必改动我们的原始程序这样会是我们的实现更加简便。

2.4 系统软件抗干扰措施的设计

单片机的工作环境是千变万化的，尤其是在充电器上，干扰时常发生，而这些干扰常常会影响软件的运行，甚至会使系统发生故障。因此，我们在设计系统时，除了在硬件滤波、尖峰吸收等方面采取措施减少干扰外，在软件上也做了一些处理。

①利用冗余指令；

②设置软件陷阱；

③设置运行监视系统(WDT)；

④采用软件滤波。

3 硬件设计

主要电源的线路、辅助充电模块和信号接受部分、C504单片机这几部分组成了本次设计的核心部分，另还配有显示部分。

3.1 控制电路部分

控制电路部分分为

①C504单片机：主控SIEMENS C504。由C51和许多片内外设组成。

②EZPROM。主要是X5045是XICON生产的组合式封装期间，常用功能为看门狗定时器、电源电压的监控以及串行E2–PROM。

③充电控制电路

3.2 SMBus总线部分

SMBus是96年Intel(联合其它公司)发布的一个基于PC-IZC进化而来的系统管理总线(SMBUS)。SMBUS有两根通信线在这两根通信总线中我们放入了低电平选择，并且对器件和总线的控制上做了严格的规定。

3.3 显示与按键部分

单片机我们采用89C51和C504以信息中断的方式进行信息交流。51单片机主要控制按键和显示的部分，51获取的信息传送至出才c504进行处理，而c504给单片机发布指令。

4 结束语

本产品采用模糊控制器、控制技术、数字滤波和滑动算法。采用smbus总线技术实现信号的接收。本产品充电速度高，稳定性强而且能延长电池的使用寿命，可适应各种不同通的充电需求，应用前景广泛。

[1]王鸿麟、景占荣.通信基础电源(第二版).西安电子科技大学出版社.2001

[2]黄正佳.智能电池模块.电源技术.2002

[3]查全性.试论高比性能电池进展.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