基于单片机的电能收集充电器设计
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ｌｇ ｔｅ ｔ ｎ ｉｄ ｉｈ ｍｉｔ ｇ ｄ ｏ ｅ． ＬＣＤ ｄ ｓ ｌｙ ｑ ｅ ｃ ｔｍｅ ｎ ｕ ｐ ｔ ｃ ｒｅ ｔ ｗｉ ｍａ － ｃ ｉ ｅ ｎｅ ｆ ｃ ｕ ｅ — ｉ ｉｐ ａ ｕ ｎ ｈ ｉ ａ ｄ ｏ ｔ ｕ ｕ ｎ ， ｔ ｈ ｎ ｍａ ｈ ｎ ｉ ｔｒａ ｅ ｓ ｒ
压 Ｅ 和输 出恒 流 电流 ， 单 片机 内进 行 相 应 的处 在 理后 输 出到 Ｌ Ｄ显 示 ， 输 入 电压 过 大 ， 及 时 进 Ｃ 若 则 行相 应 处理 并通 过报 警 电路实 施 报警 。
Ｃ ０ １０Ｓ Ｍ （ ｉｇ ｈｐＭｉ ｏｏ ｓｔｅｃｂ ｒｅ ｃ ｏｅ ｉ Ａ ７ ３ ｆ Ｃ Ｄ ｏ ｖｒ ｒ ８ ５ ２ Ｃ １ Ｆ Ｓｎｌ Ｃ ｉ ｃ ｃ ）ａ ｙ ｅ ｔ ｓｃｒ，ｗｔ Ｍ Ｘ１０ ｏ Ｄ ／ Ｃ ｃｎ ｅｔ ｅ ｙ ｈ ｎｉ ｈ ｒ ｅ
ｒ ａ ｉｉ ｇ ｔ ｓｅ ｏ ｔｏ ． Ｗ ｉ ｈ ｅａ ｗｉ ｈ ｎ ｏ ｒ ｓ ｐ ｙ ａ ｒ ｎ ｆｒｉ ｇ ｃｒ ｕ ｔ ａ ｄ ｔ ｅ ｌｇ ｔ ｅ ｌ ｎ ｗｏ—ｔｐ ｃ ｎ ｒ １ ｚ ｔ ｔ ｅ ｒ ｌｙ ｓ ｔ ｉ ｇ ｐ ｗｅ ｕｐ ｌ ｎｄ ｔａ ｓｅｒｎ ｉｃ ｉ ｎ ｈ ｉｈ ・ ｈ ｃ ｅ ｔｉ ｉｄ ｉ ｈ ｅ ｉ ｇ ａａ ｍ ，ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｒ ｎ ｆｒ ｔｏ ｆｏ ｅ — ｏｔ ｇ ｒ ｔ ｃｉ ｎ ｗｈ ｎ ｓ ｔｈ ｎ ｉ ｍｉ ｎｇ ｄ ｏ ｅ ｌｇ ｔｎ ｎ ｌｒ ｔ ｈ ｏ ｒｔａ ｓｏ ｍａｉ ｎ ｏ ｖ ｒｖ ｌａ ｅ ｐ ｏｅ ｔｏ ｅ ｗｉｃ ｉ ｇ ｔ ｍｅ，
在 电源过压 时及 时进 行切 换保 护 ， 光二 极 管 点 亮报 警 。Ｌ Ｄ显 示 间歇 时 间和 输 出 电流 ， 发 Ｃ 人机 交
互界 面友好 。 实验 结果表 明该充 电器具有 工作 电压 范 围宽 ， 效率 高 ， 靠性好 等优 点 。 可 关 键词 ： Ｘ ７ ３ Ｃ ０ １ １０单 片机 ； ＭＡ １０ ；８５ Ｆ２ 数控 恒 流 ；Ｃ 继 电器 Ｌ Ｄ； 中图分 类 号 ：Ｐ４ Ｔ ２２ 文 献标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ：００—０８ （０ １０ ００ ０ １０ ６２ ２ １ ）３— １３— ４
１ 系 统 总框
所 示 ， 载 电 流 在 １ ０ ｍＡ ～１ 的 范 同 内 时 ， 负 ０ Ａ
Ｍ Ｘ１０ Ａ ７ ３的 效 率 达 到 ８ ％ 以上 ， 片 机 大 约 需 要 ０ 单
１ １ 电源变 换方 案选 择 ．
ＭＡ １ ０ Ｘ ７ ３是 一 款 高 功 率 、 噪 声 的 单 片 升 压 低 Ｄ ／ Ｃ变换 器 ， ＣＤ 采用 同步 整 流 Ｐ ＷＭ（ 载 时也 可 改 轻 为 Ｐ Ｍ） 压 式 电 路 结 构 ； 入 电 压 范 围 为 ０ ７～ Ｆ 升 输 ．
２ Ａ， 电 电流 大 于 １６ｍ 因此为 了提 高效率 同 ０ｍ 充 ３ Ａ， 时满 足后续 电路 的 电流 需 求量 ， 应通 过 单 片机 内部 Ｄ Ａ的 电 流 控 制 字 设 置 输 出 电 流 ， 得 ＭＡ １０ ／ 使 Ｘ７３ 的负 载 电流应保 持 在 ２ ０ ｍ 以上 。随 着输 入 电压 ０ Ａ 的升 高 ， 需要 的负 载 电流增 大 ， 所 相应 的 电流控制 字
０ 引言
随着 经济 的发 展 和 人 民生 活水 平 的提 高 ， 来 越
１ 方 案 设 计 与 论 证
为 了能收集 废 旧电池 的能量 为便携 式 电子产 品
大容 量可 充 电电池 充 电 ， 废 旧 电池 的 电压 要 求 应 对
越多 的 电子产 品进 入 了人 们 的 日常生 活 中 ， 别 是 特
收 稿 日期 ：０ ０— ９— ８ ２１ ０ ０
统 的状 态 ， 显示 充 电情况 ， 并 同时 向充 电电路发 出控
制信号 ， 采用单片机作为主控 电路 比其他方式更为 合适 ， 因此电路采用单片机 Ｃ ０ １ １０ 为控制核 ８５ ２ 作 Ｆ 心。以废 旧电池为工作 电源 ， 以要求 系统工作 电 所
一
些便 携 式 的电子 产 品 ， 人 们 生 活提 供 了很 多 方 给
尽可 能 的低 ， 电电流应 尽可 能大 ， 了实现 这些 目 充 为 标 ， 设计 系统 时 ， 充 分考 虑 能耗 问题 ， 量 降低 在 应 尽 各 部分 电路 的能 耗 。经认 真 的分 析 研究 ， 系 统应 该 包 括供 电电路 、 电电路 、 充 控制 电路 ３大 主要功 能 电
ｆｉ ｎ ｌ ．Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈａ ｈ ｈ ｒ ｅ ａ ｈ ｒｔｏ ｄ ｒ ｎ ｏ ｔｇ ａ ｇ ｒｅ ｄ ｙ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ｔｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｒｈ ｓｔ ｅ ｍｅ ｆｗｉ ｅ ｗｏｋｉ ｇ ｖ ｌ ｅｒ ｎ ｅ，ｈ ｇ ｆ ｉ ａ ｉｈｅ－ ｉ ｉｎｃ ｎ ｏ ｄ ｒ ｌ ｉｉ ｆｃ ｅ ｙ ａ ｄ ｇ ｏ ｅ ｉｂ ｌ ｙ，ｅｅ． ａ ｔ ｔ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ＭＡＸ１ ０ ７ ３；Ｃ８ ５１ ２ ０ Ｆ１ ０ ＭＣＵ ；ｃ ｎ ｔ ｎ ｕ ｅ ｔｏ ｏ ｓａ ｔｃ ｒ ｎ ｆＮＣ；ＬＣＤ ；ｒ ｌｙ ｅａ
量传 递到 ３ ６Ｖ 以上 的 可充 电 电池 中， ． 实现 对便 携 式 电子 产 品 的应 急充 电。该 设 计 以 Ｃ ０ １ １０ ８５ Ｆ２
单 片机 为控 制核 心 ， ＭＡ １ ０ 以 Ｘ ７ ３为 Ｄ ／ Ｃ 变换 器 实现 两级控 制 。通过 继 电器切 换 电源 变换 电路 ， ＣＤ
也应 该 随之变 化 。
Ｅ ＦＩ Ｅ Ｆ ＣＩ ＮＣＹ ＳＬＯＡＤ ＣＵＲＲＥＮＴ （ Ｕ＝ Ｖ） Ｖ Ｔ５
ｌ。 。
５ ５Ｖ（ ． 可使 Ｅ 尽 可 能 的 小 ）输 出 电压 可调 范 围为 ， ２ ５～５ Ｖ， 大 输 出 电 流 是 １５ Ａ， 换 率 高 达 ． 最 ． 转
路 ， 中供 电 电路应 能 在 尽 可 能低 的输 入 电压 下 为 其
便 ， 这些 电子 产 品 多采 用 各 种 不 同电压 不 同型 号 但 的 电池 供 电 ， 不完 全统 计 ， 球每 天废 弃掉 的各 种 据 全 电池数 以亿 计 ， 而这 些 被 废 弃 的 电池 的能 量 大 多 没
ｔｎ ｈ ｒｅ ．Ｔｈ ｈａｇ ｒｃ ｎ ｔａ ｓｅ ｈ ｎ ｒ ｆ０ ～２ ｄ ｒ ｃ — ｕ ｒ ｎ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ｏ ３． ａ ｏ ｅ ｉｇｃ ａｇ ｒ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｒ ｎ ｆｒｔ ｅ ｅ ｅ ｇ ｏ ｙ ０ Ｖ ｉｅ ｔｃ ｒｅ ｔｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ｔ ６ Ｖ ｂ ｖ ｒ ｃ ａ ｇ ａ ｌ ａｔ ｒｅ ｏ ｒ ａ ｉｅ ｔｅ ｅ ｒ ｅ ｃ ｈａｇ ｎ ｆｐｏｔ ｂ ｅ ｅ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｏ ｕ ｔ．Ｔｈ ｓｄｅ ｉｎ ｕ ｅ ｅ ｈ ｒｅ ｂｅ ｂ ｔｅ ｓｔ ｅ ｌ ｈ ｍｅ ｇ ｎ ｙ ｃ ｒ ｉ ｇ ｏ ｒａ ｌ ｌｃ ｒｎｉ ｒ ｄ ｃｓ ｉ ｚ ｉ ｓｇ ｓ ｓ
研究方 向为智能信息处理 ， 计算机测量与控制。
・
１４ ・ ０
工业仪表与 自动化装置
２１ ０ １年第 ３期
２ 理论分析与计算
为 了提高 电路 的效率 ， 必须设 法减 小 电源变换 器 和监 控电路 的能耗 ， 同时提高电源变换器的转换效 率。 １ ＭＡ １ ０ ） Ｘ ７ ３的效 率 与 负 载 电 流 的 关 系 如 图 ３
有 得到 充分 的利 用 ， 些 甚 至 没 有用 到其 总能 量 的 有
一
半就 被废 弃掉 了 （ １ ５Ｖ 的干 电池 一 般 在 低 于 如 ．
控 制 电路提 供供 电电压 。充 电电路应 能在 控制 电路
的控制 下进 行 电压变换 并 向电池 充 电 。为 了监 控 系
１４Ｖ就 不 能 再 用 了 ） 这 不 仅 造 成 能 源 的极 大 浪 ． ， 费 ， 时也成 为 环 境 的重 要 污 染 源 。 因此 研 究 一种 同 废 旧 电池 的能量 回收装 置 对 于 节 约 能量 、 护 环境 保 都具 有 十分重 要 的意义 。
Ｔｈｅ ｅ ｅ ｇ ｏ ｌ ｃ ｉ ｈａ ｇ ｒ ｄ ｓｇ ｓ ｄ ｏ ＣＭ ｎ ｒ ｙ ｃ ｌｅ ｔｎｇ ｃ ｒ ｅ ｅ ｉ ｎ ｂａ ｅ ｎ Ｓ
Ｓ ａｔｏ，ＬＩＬｉ ＨＩＨ ｉａ ｎ，Ｗ ＡＮＧ ｎ ａ ｇ，ＬＩ Ｈｕｉ Ｘｉｇ ｎ Ｕ
（ ｏｅｅｏ ｎｏｍ ｔ ｎａｄＣ ｎｒｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｃ ｉａＵ ｉ ｒｔ ｏ ｅ ｏ ｕ Ｅ ｓ Ｃ ｉａ ，ｈ ｎ ｏｇＤ ｎ ｙｎ ５０ １ Ｃ ｉａ Ｃ ｌｇ ｆｒ ａｉ ｎ ｏｔ ｇｎｅｎ ， ｈｎ ｎｖ ｓｙ ｆＰｔ ｌ ｍ（ ａｔ ｈｎ ）Ｓ ａ ｄｎ ｏｇ ｉ ２７ ６ ， ｈｎ ） ｌ ｆＩ ｏ ｏＥ ｉ ｅ ｉ ｒｅ ｇ Ａｂｓｒ ｃ Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｉ ｔｏ ｃ ｓ ａ ｋｉ ｆｄ ｓｇ ｎ ｒ ｇ ａ ｉ ｌ ｍｅ ｔｔｏ ｆｔ ｅ ｅ ｅ ｇ ｏｌｃ ｔ ａ ｔ： ｉ ａ ｅ ｎ ｒｄｕ ｅ ｎｄ ｏ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｐ ｏ ｒ ｍ ｍｐ ｅ ｎ ａｉ ｎ ｏ ｈ ｎ ｒｙ ｃ ｌｅ —
墨９ ０
己８ ０
． 一
、 Ｖ．１ ２４ ＿
一
Ｃ ０ １ １０单 片机 集 成 度 高 ， 扩 展 ， 耗 小 ， ８５ Ｆ２ 易 功
运行 速 度快 （ 高达 １ ０ＭＩＳ 。最为 优 越 的是 ， 可 ０ Ｐ ） 内 部有 １ ２位 的 Ｄ Ｃ（ 有 可 编 程 数 据 更 新 方 式 ） Ａ 具 和 Ａ Ｃ， Ｄ 不需 要额 外 的连线 ， 采用 Ｃ ０ １ １ ０单 片机 故 ８５ Ｆ ２ 进行 控 制 。电 源 电压 Ｅ 经 电 源变 换 后 为 控 制 电路
９％ ， ５ 只有 ３ ０ ｗ 的低 功耗 ， ０ 高达 ３ ０ ｋ ｚ的开 关 ０ Ｈ 频率 ， 有欠 压 检测 功能 。经 比较 后 ， 终选 择低 功 具 最 耗， 高转 换率 的 ＭＡ ７ ３ Ｘ１０ 。
压 Ｅ 和输 出恒 流 电流 ， 单 片机 内进 行 相 应 的处 在 理后 输 出到 Ｌ Ｄ显 示 ， 输 入 电压 过 大 ， 及 时 进 Ｃ 若 则 行相 应 处理 并通 过报 警 电路实 施 报警 。
Ｃ ０ １０Ｓ Ｍ （ ｉｇ ｈｐＭｉ ｏｏ ｓｔｅｃｂ ｒｅ ｃ ｏｅ ｉ Ａ ７ ３ ｆ Ｃ Ｄ ｏ ｖｒ ｒ ８ ５ ２ Ｃ １ Ｆ Ｓｎｌ Ｃ ｉ ｃ ｃ ）ａ ｙ ｅ ｔ ｓｃｒ，ｗｔ Ｍ Ｘ１０ ｏ Ｄ ／ Ｃ ｃｎ ｅｔ ｅ ｙ ｈ ｎｉ ｈ ｒ ｅ
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１ 系 统 总框
所 示 ， 载 电 流 在 １ ０ ｍＡ ～１ 的 范 同 内 时 ， 负 ０ Ａ
Ｍ Ｘ１０ Ａ ７ ３的 效 率 达 到 ８ ％ 以上 ， 片 机 大 约 需 要 ０ 单
１ １ 电源变 换方 案选 择 ．
ＭＡ １ ０ Ｘ ７ ３是 一 款 高 功 率 、 噪 声 的 单 片 升 压 低 Ｄ ／ Ｃ变换 器 ， ＣＤ 采用 同步 整 流 Ｐ ＷＭ（ 载 时也 可 改 轻 为 Ｐ Ｍ） 压 式 电 路 结 构 ； 入 电 压 范 围 为 ０ ７～ Ｆ 升 输 ．
２ Ａ， 电 电流 大 于 １６ｍ 因此为 了提 高效率 同 ０ｍ 充 ３ Ａ， 时满 足后续 电路 的 电流 需 求量 ， 应通 过 单 片机 内部 Ｄ Ａ的 电 流 控 制 字 设 置 输 出 电 流 ， 得 ＭＡ １０ ／ 使 Ｘ７３ 的负 载 电流应保 持 在 ２ ０ ｍ 以上 。随 着输 入 电压 ０ Ａ 的升 高 ， 需要 的负 载 电流增 大 ， 所 相应 的 电流控制 字
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随着 经济 的发 展 和 人 民生 活水 平 的提 高 ， 来 越
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为 了能收集 废 旧电池 的能量 为便携 式 电子产 品
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统 的状 态 ， 显示 充 电情况 ， 并 同时 向充 电电路发 出控
制信号 ， 采用单片机作为主控 电路 比其他方式更为 合适 ， 因此电路采用单片机 Ｃ ０ １ １０ 为控制核 ８５ ２ 作 Ｆ 心。以废 旧电池为工作 电源 ， 以要求 系统工作 电 所
一
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尽可 能 的低 ， 电电流应 尽可 能大 ， 了实现 这些 目 充 为 标 ， 设计 系统 时 ， 充 分考 虑 能耗 问题 ， 量 降低 在 应 尽 各 部分 电路 的能 耗 。经认 真 的分 析 研究 ， 系 统应 该 包 括供 电电路 、 电电路 、 充 控制 电路 ３大 主要功 能 电
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５ ５Ｖ（ ． 可使 Ｅ 尽 可 能 的 小 ）输 出 电压 可调 范 围为 ， ２ ５～５ Ｖ， 大 输 出 电 流 是 １５ Ａ， 换 率 高 达 ． 最 ． 转
路 ， 中供 电 电路应 能 在 尽 可 能低 的输 入 电压 下 为 其
便 ， 这些 电子 产 品 多采 用 各 种 不 同电压 不 同型 号 但 的 电池 供 电 ， 不完 全统 计 ， 球每 天废 弃掉 的各 种 据 全 电池数 以亿 计 ， 而这 些 被 废 弃 的 电池 的能 量 大 多 没
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２１ ０ １年第 ３期
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为 了提高 电路 的效率 ， 必须设 法减 小 电源变换 器 和监 控电路 的能耗 ， 同时提高电源变换器的转换效 率。 １ ＭＡ １ ０ ） Ｘ ７ ３的效 率 与 负 载 电 流 的 关 系 如 图 ３
有 得到 充分 的利 用 ， 些 甚 至 没 有用 到其 总能 量 的 有
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半就 被废 弃掉 了 （ １ ５Ｖ 的干 电池 一 般 在 低 于 如 ．
控 制 电路提 供供 电电压 。充 电电路应 能在 控制 电路
的控制 下进 行 电压变换 并 向电池 充 电 。为 了监 控 系
１４Ｖ就 不 能 再 用 了 ） 这 不 仅 造 成 能 源 的极 大 浪 ． ， 费 ， 时也成 为 环 境 的重 要 污 染 源 。 因此 研 究 一种 同 废 旧 电池 的能量 回收装 置 对 于 节 约 能量 、 护 环境 保 都具 有 十分重 要 的意义 。
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