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1、PIC16C711单片机构成的智能充电器摘要：介绍由PIC16C711单片机及其它附加电路组成的智能性充电器，适用于对镍镉电池组的充电。关键词：单片机，镍镉电池 传统的镍镉电池充电器普遍采用恒流充电，仅在使用说明书中注明连续充电时间，由人掌握时间到时切断电源，这既不利于电池的正常使用，又有损于电池的使用寿命。人们在使用镍镉电池时，经常发现电池未使用多长时间就发生电池容量衰减或电压下降现象，原因就是人们没有正确地使用，或是充电器不具备智能功能，充电前未进行预放电处理，充电过程中不能准确地确定充电终止时刻。真对以上问题，我们采用PIC16C711单片机研制出智能充电器，该智能充电器具有以下功能：
2、电池充电前自动进行放电处理，确保电池组的电压降至10V，消除人们称之谓的“记忆效应”，使每次充电后电池达到它的最大容量。 充电电流采用调频、调宽、脉冲恒流技术，提高了充电速度，缩短了充电时间。 充电终止检测采用电池电压检测、计时器定时和充电时的-V检测，充电终止检测到后自动转为续流充电状态，既保证电池充足容量，又保护电池不因过充而导致损坏。采用PIC16C711的看门狗监控电路对充电器进行监控，防止处理器失控而不能终止充电造成的电池损坏。注：为了介绍方便，下面以12V/1.5Ah镍镉电池组为对象，以450mA充电电流为事例介绍充电器的硬件电路、软件设计。一 硬件电路智能充电器的电原理图见图1所
3、示，其核心是PIC16C711单片机，外围电路包括电源电路、电池电压取样电路、电池放电电路和电池充电电路，下面分别加以介绍。PIC16C711单片机PIC16C711是美国Microchip公司的PIC系列单片机之一，采用CMOS制造工艺，低功耗，I/O口具有较大的带负载能力。采用精简指令集RISC结构CPU，35条高效指令，除了程序跳转指令是两周期外，其余全部是单周期指令。八级硬件堆栈，4个通道的8位A/D转换器，1K字节的片内ROM，68字节数据存储器，带有片内RC振荡器的看门狗电路。智能充电器判断是否插有电池、判别电池电压的大小、放电电路和充电电路的控制都是由PIC16C711单片机来进
4、行，单片机在这里是总控制机构。电池电压取样电路 R18、R19两电阻并联在待充电电池组正负极两端，分压取样后送至AN3通道进行A/D转换，单片机A/D转换的基准电压可由软件设定为单片机的5V供电电压，故此电池电压取样电路的最大鉴别极限为16.6V，计算公式为式。 电池放电电路当12V电池组插入充电插口时，充电器首先进行电压判断，如电池组电压大于10V则进行放电处理，使电池电压降至10V，然后关断放电电路才进入充电状态。放电电路主要有N沟道增强型场效应管IRF540和放电功率电阻R17组成。当处于放电状态时由一只红色的发光二极管作为放电指示。充电电路R20为充电电流检测电阻。W1为调整充电电流电
5、位器，调整W1可调整比较器反相输入端电压的大小，借助比较器开启充电电路的时间长短达到调整充电电流的大小。T5为充电电路的电子开关，当PIC16C711的RB2端输出为“1”时，比较器LM393的正相输入端电压大于反相输入端电压，则比较器输出为高电平，把T2、T3、T4关断，充电电路停止工作。当PIC16C711的RB2端输出为“0”时，充电供电电路的开启由R20上通过的电流大小来确定。当电流小于某一值时，比较器的正相输入端小于反相输入端，比较器输出为低电平，T4导通，启动充电供电电路，通过电感L1对电池充电，同时电感也进行储能，这时充电电流是逐渐增大；当电流增大到某一值时，比较器的正相输入端大
6、于反相输入端，比较器输出为高电平，T4关断，充电供电电路断开，电感L1储存的能量通过续流二极管D3泄放，继续对电池充电，这时充电电流逐渐减小；当电流小于某一值时又把T4接通，这样周而复始地关启充电供电电路，但充电一直是连续进行，充电电流的有效值保持不变。当处于充电状态时由一只绿色的发光二极管作为充电指示。在连续的充电过程中，确定开启和关断充电供电电路的取样电流的回差由R10电阻确定。R10电阻小则切换回差大，R10电阻大则切换回差小，但R10电阻取值不能太大，否则比较器电路会产生自激。R10阻值一般不要超过1M。连续充电过程中充电电流可以从电阻R20上用电压波形观察，R20上的电压波形见图2，
7、比较器正相输入端和输出端的电压波形见图3和图4。 V 图2.电阻R20上电压波形 70mv 25mv t 130mv 80mv 40mv 图3.比较器正相输入端波形 t V 28V 图4.比较器输出端波形 t 二 软件设计软件程序主要分为两大块，1个为主循环程序，1个为定时中断服务程序。主循环程序第1是监控放电状态，当电池电压放至1.0V时立即进入充电状态，另外就是根据电池充电的3个判据确定电池充电是否由正常充电状态转为续流充电状态。当电池电压充至15.2V或5小时定时充电时间到或充电过程中电池产生-V效应（充电过程中电池电压在9分钟内下降0.1V），3个条件只要有一个满足，就立即停止正常充电
8、而转为续流充电。续流充电就是每暂停5秒钟然后充电150ms，这样既保证电池不因为过充而损坏，又保证电池在停止正常充电后一直保持足够的容量。定时中断设定为50ms中断1次。定时中断服务程序第1是完成各种定时器的计时，如5小时正常充电计时器、150ms脉冲充电计时器和续流充电计时器；另外就是正常充电过程中或续流充电过程中根据定时器确定充电或间隙暂停的切换，并且在间隙暂停时采样电池电压值。智能充电器的硬件电路确定连续充电电流的大小，连续充电的时间则由单片机的定时器来控制。充电电流设计为450 mA，当对1.5Ah电池组充电时充电定时时间应为5小时，当对1.8Ah电池组充电时充电定时时间应为6小时。电池组容量的大小则由SW1、SW2拨码开关来灵活选择。电池在充电时，内部会产生一种称为“极化”的现象。极化的产生阻碍着充电的正常进行，并破坏电池内的活性物质，影响电池的寿命。极化现象与充电电流的大小有关。充电电流越大，极化现象产生得越快，且越严重，电池可接受的充电电流逐渐减小。一般常规充电采用0.1C倍率的电流充电，450 mA的充电电流对1.5Ah容量的电池则充电电流为0.3C，为了提高充电性能故采用脉冲充电。即充电150ms，间隙暂停50ms，然后再进行150ms充电。 程序框图见下页。
