基于单片机的智能充电系统设计

基于单片机的智能充电系统设计

董宝乐  ,孙莉

山东协和学院工学院 济南 250107

摘 要：设计一种基于充电芯片MAX1898和单片机AT89S52的智能充电系统，通过研究系统的硬件设计与实现以及软件设计与实现，实现高效、安全、智能的电子设备充电方案，探索新型充电系统的实现途径。在硬件设计中，实现了充电系统的电源管理、电压检测、电流检测等功能，并通过MAX1898充电芯片提高了充电速度和效率；软件设计中，通过AT89S52单片机对各种状态的监测和控制，实现了充电系统的智能化管理，使充电系统更加安全、稳定和智能化。

关键词：MAX1898；AT89S52；智能充电系统

1 引言

智能充电系统是一种高效、安全、节能和环保的充电解决方案，能够为各种规格的电池提供智能化的充电服务。该系统采用单片机和芯片控制技术，可以实现全面监测和管理充电过程，以确保安全、可靠的充电效果。智能充电系统具有多种充电接口，可以为不同类型的电子产品提供快速、高效和安全的充电服务。同时，该系统还能够有效保护电池，延长其使用寿命，并避免资源的过度浪费。通过智能化算法的应用，智能充电系统可以优化充电过程，减少能源消耗和环境污染，促进绿色发展。

此外，智能充电系统的设计成本相对较低，适用于大规模生产和广泛推广。随着新技术的不断推出，智能充电系统也会不断更新和升级，以满足人们对快速、高效、安全和可靠充电的要求，同时也推动电池质量的不断提高。因此，智能充电系统具有广阔的市场前景和应用价值。

2控制系统程序框图

智能充电系统旨在通过结合MAX1898充电芯片和单片机AT89S52，实现针对锂离子电池的快速、高效、且安全的充电。智能充电系统的总体框架如图1所示。

图1  智能充电系统的总体框架

2  系统硬件电路设计

3.2  充电系统的充电控制设计

本系统还采用了单片机AT89S52作为主控芯片，实现了对充电控制的全面监测和管理。通过串口通讯和LCD屏幕显示，能够准确地显示当前电池的电压、电流、温度等参数，并且能够对电池进行充电、放电和平衡控制，满足不同电池的充电需求。充电芯片控制电路如图2所示。

图2  充电芯片控制电路

3.3  充电系统的显示系统设计

在本设计中，采用LCD1602显示模块，该模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。LCD1602应用电路如图3所示。

图3  LCD1602应用电路设计

3.4充电系统的实现与测试

在完成充电系统的电源设计、充电控制设计和其他系统设计后，需要对整个系统进行实现和测试。首先，将MAX1898充电芯片和AT89S52单片机进行连线，并采用PCB进行布局和制造。接下来，对制造好的电路板进行焊接和测试。完整电路原理图如图4所示。

图4  完整电路原理图

在测试过程中，使用一块7.4V的锂电池进行充电，测试结果表明，充电系统能够正常工作，并能够对电池进行快速充电、恒流充电和恒压充电等多种充电模式的控制。

3  控制系统软件设计

智能充电系统的控制程序设计是充电系统中至关重要的一部分。在控制程序设计中，充电系统需要根据电池电量、充电状态、充电环境等多个因素来判断充电的方式和充电参数。整体功能流程如图4-1所示。

图4-1  整体功能实现流程图

为了提高充电系统的充电效率，本文采用了单片机AT89S52来设计控制程序，通过对芯片寄存器的操作，实现充电系统的充电控制。具体控制流程如下：

首先，充电系统需要对充电芯片MAX1898进行初始化操作，将芯片的相关寄存器进行设置，包括充电方式、充电电流、充电电压、充电输出等参数的设置。然后，通过AD转换模块传输信号，实时监测充电状态和电池容量，根据电池电量判断是否需要进行充电，并在充电期间调整充电参数。

接着，充电系统需要根据充电环境的变化进行调整，比如充电电流、充电电压等参数的调整。充电系统通过对电池电压、充电电流以及充电时间进行测量和计算，来实现充电参数的自适应调整，以此提高充电效率和充电速度[15]。最后，当电池电量充满或充电结束时，充电系统需要及时反馈充电结果，并停止充电。

综上所述，充电系统的控制程序设计是实现智能充电系统的核心部分，充电系统通过对芯片寄存器的操作，实现充电系统充电控制，通过AD转换模块将模拟信号转换为数字信号，提高充电效率和充电速度，最终实现充电系统的智能控制。

以下为部分控制系统程序。

//AD转换程序

unsigned char A_D()

{

   uchar i,dat;

   CS=1;   //一个转换周期开始

   CLK=0;  //为第一个脉冲作准备

   CS=0;  //CS置0，片选有效

   DIO=1;    //DIO置1，规定的起始信号 

   CLK=1;   //第一个脉冲

   CLK=0;   //第一个脉冲的下降沿，此前DIO必须是高电平

   DIO=0;   //DIO置0， 通道选择信号 

   CLK=1;   //第二个脉冲，第2、3个脉冲下沉之前，DI必须跟别输入两位数据用于选择通道，这里选通道CH0

   CLK=0;   //第二个脉冲下降沿

   DIO=1;   //DI置1，选择通道1

   CLK=1;    //第三个脉冲

   CLK=0;    //第三个脉冲下降沿

   DIO=1;    //第三个脉冲下沉之后，输入端DIO失去作用，应置1

   CLK=1;    //第四个脉冲

   for(i=0;i<8;i++)  //高位在前

    {

      CLK=1;         //第四个脉冲

      CLK=0;

      dat<<=1;       //将下面储存的低位数据向右移

dat|=(uchar)DIO; //将输出数据DIO通过或运算储存在dat最低位

    }         

    CS=1;          //片选无效

return dat; //将读书的数据返回    

}

总结

针对充电芯片MAX1898和单片机AT89S52两个硬件设备，结合智能充电系统的应用场景，进行了充电系统的研究。在对MAX1898芯片的电路原理、性能特点进行充分了解的基础上，本研究着重对该充电芯片的工作模式和充电模式进行了深入研究。通过AT89S52单片机对MAX1898芯片进行控制和管理，本系统实现了高效、快速、可靠的充电功能。

参考文献：

[1]袁臣虎,李海杰,王岁,路亮,詹和军.锂电池四阶段智能充电方法的研究[J].电源技术,2019,43(03):402-404+414.

[2]邱朝明,曲大鹏,刘琦颖,范晋衡,吴冬松.基于组件化TCU的电动汽车智能充电系统研究与实现[J].电气自动化,2022,44(01):14-15+23.

[3]许佳松,唐骥钊,李卓恒,陈栩杰.一种可远程控制的无人机电池充电管理设备[J].光源与照明,2020(09):37-38.

项目：2023届毕业设计