基于單片機(jī)的直流電能收集充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

夏淑麗

摘 要： 設(shè)計(jì)了一種直流電能充電器，該充電器可將直流電源的能量傳遞到3.6 V以上的可充電電池中。系統(tǒng)根據(jù)輸入電壓不同采用MC34063和HT7750來構(gòu)建供電電路給電池充電，經(jīng)過89C51單片機(jī)控制AD0832來檢測(cè)電源輸出電壓的大小，從而判斷是否對(duì)電池進(jìn)行充電，并且檢測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)定，并通過數(shù)碼管顯示出來。為了提高單片機(jī)的工作效率，對(duì)單片機(jī)處于休眠和工作兩種狀態(tài)進(jìn)行斷續(xù)的檢測(cè)。

關(guān)鍵字： MC34063穩(wěn)壓電路； 89C51單片機(jī)； HT7750； 單片機(jī)休眠模式

中圖分類號(hào)： TN710?34； TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）07?0160?03

Design and implementation of direct current charger based on single chip

XIA Shu?li

（Xuzhou College of Industrial Technology， Xuzhou 221140， China）

Abstract： A direct current charger is designed， which can transfer the energy of direct current power source to rechargeable battery above 3.6V. According to entering voltage， the system adopts MC34063 and HT7750 to structure the electricity supplying circuit to charge battery. The AD0832 controlled by 89C51 single chip is used to check the output voltage of power source， so as to judge whether to charge up the battery or not. The detecting time can be set according to demands of users， and displayed by the nixie tube. To improve the work efficiency of the single chip， its two modes of work and sleep are detected spasmodically.

Keywords： MC34063 voltage regulator circuit； 89C51 single chip； HT7750； single chip sleep mode

0 引 言

近年來，能源短缺問題日益突出，人們?cè)趽?dān)憂能源枯竭的同時(shí)，對(duì)能源的浪費(fèi)卻大得驚人。例如各種廢棄的電池，尤其是遙控玩具車使用的電池，甚至沒用到其能量的一半就被廢棄掉了，這不僅造成能源的浪費(fèi)，更造成了環(huán)境的污染。因而研制一種收集各種廢舊電池能量的裝置已迫在眉睫。

本文設(shè)計(jì)一種以直流電源變換器為核心的電能收集裝置，該裝置可用于人們?cè)诼猛緸槭謾C(jī)隨時(shí)充電，也可用于礦工照明等。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

電能收集充電器的核心為直流電源變換器，從直流電源中吸收的電能轉(zhuǎn)移到可充電電池中。電能收集充電器是將輸入的功率盡可能大的輸送到所需充電的設(shè)備中，使得充電器的充電效率盡可能提高。該充電器對(duì)輸入電壓要求低，并且可以最大可能的吸收直流電源中的能量，比一般的充電器節(jié)能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

根據(jù)電壓[Ui]取值的大小采用兩種直流電源變換器，當(dāng)電壓為1.1 V<[Ui]<3.6 V時(shí)，采用HT7750組成的Boost升壓電路來實(shí)現(xiàn)；當(dāng)供電電源大于3.6 V時(shí)，電路是用單片機(jī)控制集成芯片MC34063來實(shí)現(xiàn)的。MC34063的工作電壓是3～40 V，所以電源輸入電壓只需要在3 V以上就可以讓它工作。單片機(jī)能通過自身休眠來提高效率，還可以檢測(cè)電壓值控制電池的充電，并且由數(shù)碼管顯示出檢測(cè)的時(shí)間長(zhǎng)短，這個(gè)時(shí)間可以根據(jù)用戶的要求任意調(diào)節(jié)。這樣的電路直觀、穩(wěn)定、可靠，并且在實(shí)際運(yùn)用中，在接負(fù)載的情況下，它能穩(wěn)定的達(dá)到所需要的電流值和電壓值。同時(shí)電路簡(jiǎn)單易懂，容易調(diào)試數(shù)據(jù)，成功率高。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 升壓電路設(shè)計(jì)

升壓電路主要由HT7750組成，HT7750轉(zhuǎn)換器具有高效率和低紋波。該系列具有超低啟動(dòng)電壓、高輸出電壓精度[1]。只需要3個(gè)外部元件即電感、穩(wěn)壓管、電解電容，以提供固定輸出5 V電壓。電路如圖2所示。

圖2 升壓電路

2.2 供電電路設(shè)計(jì)

供電電路是由MC34063芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，此芯片是一款可降壓也可升壓型的采用PWM 調(diào)節(jié)方式的開關(guān)穩(wěn)壓電源芯片，MC34063的工作電壓范圍[2]為3～40 V。此電路是把輸入進(jìn)來的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理達(dá)到所需電壓值，同時(shí)此電壓還可以作為單片機(jī)和ADC0832的工作電壓。電路構(gòu)成如圖3所示。

2.3 控制電路設(shè)計(jì)

采用8051單片機(jī)，它擁有編程靈活、功能強(qiáng)大、而且廉價(jià)的好處，與INTEL公司的8096系列16位單片機(jī)相比，8051更具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)[3]。同時(shí)能夠滿足需要，成為首選。它可以自身休眠來減小功耗，提高效率，它由基準(zhǔn)電源電路輸出穩(wěn)定的5 V電壓供電，主要起到檢控電壓的作用。89C51單片機(jī)控制AD0832來檢測(cè)電源輸出電壓的大小，從而判斷是否對(duì)電池進(jìn)行充電，并且檢測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)定，通過數(shù)碼管顯示出來。這里用的ADC是ADC0832芯片，它是一個(gè)串行的ADC，它具有速度和精度都足以滿足此電路，在ADC0832的VCC腳與基準(zhǔn)電路供電的輸出腳間接一個(gè)大電容從而使輸入給ADC0832的電壓更穩(wěn)定。電路構(gòu)成如圖4所示。

圖3 供電電路

2.4 充電電路設(shè)計(jì)

該電路是通過單片機(jī)對(duì)充電電路的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電，起到開關(guān)作用。并且電路中加入了LED燈，從而顯示充電器是否工作。電路如圖5所示。

3 軟件部分的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件采用C 語言來編寫，所有代碼在UV2下編譯調(diào)試。軟件程序設(shè)計(jì)主要檢測(cè)電源輸出電壓的大小，從而對(duì)判斷是否對(duì)電池進(jìn)行充電，同時(shí)單片機(jī)通過自身休眠來減小功耗，提高效率。程序主流程圖如圖6所示，休眠時(shí)間控制流程圖如圖7所示。

4 測(cè)試方法與結(jié)果

（1） 當(dāng)輸入電壓[Ui]為10～20 V時(shí)，取電源內(nèi)阻[Rs]為100 Ω，可充電池的內(nèi)阻[Rc]為0.1 Ω，由理論計(jì)算得：

[Ic>（Es-Ec）（Rs+Rc）]

即：

[Ic>（20-3.6）（100+0.1）=163.8 mA]

圖5 充電電路

圖6 主流程圖

圖7 休眠時(shí)間控制流程圖

實(shí)際測(cè)量時(shí)[Ic=]164.6 mA>163.8 mA，滿足了設(shè)計(jì)的要求。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

本設(shè)計(jì)的工作效率由輸出電壓[U*out]與輸出電流[Iout]的乘積比上輸入的電壓[Uin]與電流[Iin]的乘積。即：

[η=（Uout*Iout）（Uin*Iin）]

（2） 當(dāng)[Ui]從0逐漸升高時(shí)，能啟動(dòng)充電功能的[Ui]為0.28 V；當(dāng)[Ui]為0時(shí)，系統(tǒng)最大反向充電電流僅為0.09 mA。

表1 高壓參數(shù)表

[[Es] /V＼&[Uin] /V＼&[Iin] /mA＼&[Uout] /V＼&[Iout] /mA＼&[η]/%＼&5.8＼&5.07＼&7.89＼&3.54＼&0.203＼&1.80＼&6＼&5.13＼&8.85＼&3.55＼&1.545＼&12.08＼&7＼&5.51＼&15.39＼&3.64＼&9.01＼&38.68＼&8＼&5.71＼&23.6＼&3.75＼&19＼&52.87＼&9＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&34＼&47.86＼&10＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&46.21＼&65.04＼&11＼&5.55＼&55.9＼&3.57＼&57.3＼&65.94＼&12＼&5.54＼&65.6＼&3.58＼&68.5＼&67.48＼&13＼&5.56＼&75.5＼&3.56＼&80.1＼&67.93＼&14＼&5.59＼&85.8＼&3.6＼&92.1＼&69.13＼&15＼&5.61＼&96.6＼&3.6＼&104.6＼&69.49＼&16＼&5.64＼&106.2＼&3.61＼&115.8＼&69.79＼&17＼&5.66＼&116.5＼&3.62＼&127.8＼&70.16＼&18＼&5.69＼&127.7＼&3.63＼&140.8＼&70.34＼&19＼&5.71＼&137.2＼&3.64＼&151.9＼&70.58＼&20＼&5.74＼&147.3＼&3.64＼&164.6＼&70.43＼&]

5 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)的直流電能收集充電器，該充電器在輸入電壓低至1 V的情況下仍能將能量傳遞至3.6 V以上的可充電池中。同時(shí)制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該充電器具有工作電壓范圍寬，效率高，適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。從一定程度上解決了廢棄電池能源的浪費(fèi)及對(duì)環(huán)境的污染。

參考文獻(xiàn)

[1] 柳雪峰.一種新型實(shí)用的Boost升壓電路[J].電子世界，2009（7）：46?47.

[2] 周志敏.充電器電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[3] 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[4] 葉慧貞，楊興洲.新穎開關(guān)穩(wěn)壓電源[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1990.

[5] 康華光.電子技術(shù)應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2002.

[6] 楊恒.開關(guān)電源經(jīng)典型設(shè)計(jì)實(shí)例精選[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[7] 張毅剛.MCS?51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

圖3 供電電路

2.4 充電電路設(shè)計(jì)

該電路是通過單片機(jī)對(duì)充電電路的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電，起到開關(guān)作用。并且電路中加入了LED燈，從而顯示充電器是否工作。電路如圖5所示。

3 軟件部分的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件采用C 語言來編寫，所有代碼在UV2下編譯調(diào)試。軟件程序設(shè)計(jì)主要檢測(cè)電源輸出電壓的大小，從而對(duì)判斷是否對(duì)電池進(jìn)行充電，同時(shí)單片機(jī)通過自身休眠來減小功耗，提高效率。程序主流程圖如圖6所示，休眠時(shí)間控制流程圖如圖7所示。

4 測(cè)試方法與結(jié)果

（1） 當(dāng)輸入電壓[Ui]為10～20 V時(shí)，取電源內(nèi)阻[Rs]為100 Ω，可充電池的內(nèi)阻[Rc]為0.1 Ω，由理論計(jì)算得：

[Ic>（Es-Ec）（Rs+Rc）]

即：

[Ic>（20-3.6）（100+0.1）=163.8 mA]

圖5 充電電路

圖6 主流程圖

圖7 休眠時(shí)間控制流程圖

實(shí)際測(cè)量時(shí)[Ic=]164.6 mA>163.8 mA，滿足了設(shè)計(jì)的要求。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

本設(shè)計(jì)的工作效率由輸出電壓[U*out]與輸出電流[Iout]的乘積比上輸入的電壓[Uin]與電流[Iin]的乘積。即：

[η=（Uout*Iout）（Uin*Iin）]

（2） 當(dāng)[Ui]從0逐漸升高時(shí)，能啟動(dòng)充電功能的[Ui]為0.28 V；當(dāng)[Ui]為0時(shí)，系統(tǒng)最大反向充電電流僅為0.09 mA。

表1 高壓參數(shù)表

[[Es] /V＼&[Uin] /V＼&[Iin] /mA＼&[Uout] /V＼&[Iout] /mA＼&[η]/%＼&5.8＼&5.07＼&7.89＼&3.54＼&0.203＼&1.80＼&6＼&5.13＼&8.85＼&3.55＼&1.545＼&12.08＼&7＼&5.51＼&15.39＼&3.64＼&9.01＼&38.68＼&8＼&5.71＼&23.6＼&3.75＼&19＼&52.87＼&9＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&34＼&47.86＼&10＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&46.21＼&65.04＼&11＼&5.55＼&55.9＼&3.57＼&57.3＼&65.94＼&12＼&5.54＼&65.6＼&3.58＼&68.5＼&67.48＼&13＼&5.56＼&75.5＼&3.56＼&80.1＼&67.93＼&14＼&5.59＼&85.8＼&3.6＼&92.1＼&69.13＼&15＼&5.61＼&96.6＼&3.6＼&104.6＼&69.49＼&16＼&5.64＼&106.2＼&3.61＼&115.8＼&69.79＼&17＼&5.66＼&116.5＼&3.62＼&127.8＼&70.16＼&18＼&5.69＼&127.7＼&3.63＼&140.8＼&70.34＼&19＼&5.71＼&137.2＼&3.64＼&151.9＼&70.58＼&20＼&5.74＼&147.3＼&3.64＼&164.6＼&70.43＼&]

5 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)的直流電能收集充電器，該充電器在輸入電壓低至1 V的情況下仍能將能量傳遞至3.6 V以上的可充電池中。同時(shí)制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該充電器具有工作電壓范圍寬，效率高，適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。從一定程度上解決了廢棄電池能源的浪費(fèi)及對(duì)環(huán)境的污染。

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[5] 康華光.電子技術(shù)應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2002.

[6] 楊恒.開關(guān)電源經(jīng)典型設(shè)計(jì)實(shí)例精選[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[7] 張毅剛.MCS?51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

圖3 供電電路

2.4 充電電路設(shè)計(jì)

該電路是通過單片機(jī)對(duì)充電電路的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電，起到開關(guān)作用。并且電路中加入了LED燈，從而顯示充電器是否工作。電路如圖5所示。

3 軟件部分的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件采用C 語言來編寫，所有代碼在UV2下編譯調(diào)試。軟件程序設(shè)計(jì)主要檢測(cè)電源輸出電壓的大小，從而對(duì)判斷是否對(duì)電池進(jìn)行充電，同時(shí)單片機(jī)通過自身休眠來減小功耗，提高效率。程序主流程圖如圖6所示，休眠時(shí)間控制流程圖如圖7所示。

4 測(cè)試方法與結(jié)果

（1） 當(dāng)輸入電壓[Ui]為10～20 V時(shí)，取電源內(nèi)阻[Rs]為100 Ω，可充電池的內(nèi)阻[Rc]為0.1 Ω，由理論計(jì)算得：

[Ic>（Es-Ec）（Rs+Rc）]

即：

[Ic>（20-3.6）（100+0.1）=163.8 mA]

圖5 充電電路

圖6 主流程圖

圖7 休眠時(shí)間控制流程圖

實(shí)際測(cè)量時(shí)[Ic=]164.6 mA>163.8 mA，滿足了設(shè)計(jì)的要求。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

本設(shè)計(jì)的工作效率由輸出電壓[U*out]與輸出電流[Iout]的乘積比上輸入的電壓[Uin]與電流[Iin]的乘積。即：

[η=（Uout*Iout）（Uin*Iin）]

（2） 當(dāng)[Ui]從0逐漸升高時(shí)，能啟動(dòng)充電功能的[Ui]為0.28 V；當(dāng)[Ui]為0時(shí)，系統(tǒng)最大反向充電電流僅為0.09 mA。

表1 高壓參數(shù)表

[[Es] /V＼&[Uin] /V＼&[Iin] /mA＼&[Uout] /V＼&[Iout] /mA＼&[η]/%＼&5.8＼&5.07＼&7.89＼&3.54＼&0.203＼&1.80＼&6＼&5.13＼&8.85＼&3.55＼&1.545＼&12.08＼&7＼&5.51＼&15.39＼&3.64＼&9.01＼&38.68＼&8＼&5.71＼&23.6＼&3.75＼&19＼&52.87＼&9＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&34＼&47.86＼&10＼&5.49＼&46.2＼&3.57＼&46.21＼&65.04＼&11＼&5.55＼&55.9＼&3.57＼&57.3＼&65.94＼&12＼&5.54＼&65.6＼&3.58＼&68.5＼&67.48＼&13＼&5.56＼&75.5＼&3.56＼&80.1＼&67.93＼&14＼&5.59＼&85.8＼&3.6＼&92.1＼&69.13＼&15＼&5.61＼&96.6＼&3.6＼&104.6＼&69.49＼&16＼&5.64＼&106.2＼&3.61＼&115.8＼&69.79＼&17＼&5.66＼&116.5＼&3.62＼&127.8＼&70.16＼&18＼&5.69＼&127.7＼&3.63＼&140.8＼&70.34＼&19＼&5.71＼&137.2＼&3.64＼&151.9＼&70.58＼&20＼&5.74＼&147.3＼&3.64＼&164.6＼&70.43＼&]

5 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)的直流電能收集充電器，該充電器在輸入電壓低至1 V的情況下仍能將能量傳遞至3.6 V以上的可充電池中。同時(shí)制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該充電器具有工作電壓范圍寬，效率高，適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。從一定程度上解決了廢棄電池能源的浪費(fèi)及對(duì)環(huán)境的污染。

參考文獻(xiàn)

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[6] 楊恒.開關(guān)電源經(jīng)典型設(shè)計(jì)實(shí)例精選[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[7] 張毅剛.MCS?51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.