基于单片机的电池电压检测方案设计

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　　摘要：本文在无线充电器设计中使用单片机来判断充电阶段，对电池电压的检测方案做出了改进，为划分充电阶段及避免电池过度充电提供依据，经过实验电路板的测试，证明了该方案是切实可行的。
　　关键词：无线充电；分阶段充电；电压检测；单片机
　　中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）01-0165-02
　　随着用电设备对供电方便性、安全性、特殊场合、特殊环境等要求的不断提高，无线电能传输系统应运而生。无线电力传输技术在医疗器械、便携通信、航空航天、交通运输、水下探测等领域有广阔应用前景[1]。在以前的大学生创新训练项目中，通过为手机充电证明了无线充电的可行性。当需要直接给电池充电时，需要设计电池电压检测与控制电路。在大学生创新训练项目中，团队成员经过查阅资料及反复的实验，摸索出了一种可行的电池电压检测方案，为划分充电阶段及避免电池过充提供依据。
　　1 电压检测电路的设计
　　图1所示电路图，可以分成左中右3部分。最左边是“电压基准电路”，由5v的直流电源及变阻器RV1，RV2，电阻R1构成。通过调节变阻器的滑片调整“电位基准点1”及“电位基准点2”的对地电位，从而调整分阶段充电过程中的两个电压比较基准。中间的电路是“电压比较电路”，由6v的直流电源及电压比较器LM393构成。针对电池电压的不同阶段，LM393的输出端将输出相应的电平状态。最右边电路是单片机检测电路，图中D1，D2，D3分别是红色，绿色，蓝色LED。电压比较电路的两个输出接到单片机的两个I/O口，由单片机据此判断电池电压的高低，从而控制该阶段的充电方式，并通过LED显示当前充电状态。电池的充电电路因与本文主题无关，故图1中未画出。
　　2 充电阶段检测方案的设计
　　由于干扰因素的存在，检测到的电池电压会存在轻微波动，LM393灵敏度非常高，在电位基准点上，输入电压的波动超过2mv，将使其输出发生翻转，所以单片机需要对LM393的输出信号作出处理，避免误判。由干扰因素造成的电压比较器的误动作可以通过完善电压比较电路来实现，比如采用“滞回电压比较器”，这会增加硬件的成本，比如增加的电子元件的成本。随着智能设备的普及，单片机的使用越来越多，程序的复制是零成本的，需要改变控制功能时，只需要修改程序，这为产品的升级换代带来了极大的便利[2]。所以本项目中采用单片机消除干扰因素造成的电压比较器的误动作，控制过程周期为1s。控制流程（分为主程序与定时器中断服务程序）如：
　　主程序（main函数）中控制流程如：第一步：延时2s。（用于等待电源电压稳定）。第二步：初始化单片机中的定时器，定时周期为500us，启动定时器。第三步：主程序处于等待状态，等待定时器中断的到来。
　　定时器中断服务程序中控制流程如：第一步：在1s的前3.5ms内，完成初始化的操作，包括将红，绿，蓝三色灯的标记初始化为0；lm393的1号引脚在多次测量中高低电平出现的次数初始化为0；lm393的7号引脚在多次测量中高低电平出现的次数初始化为0。第二步：在1s的前3.5-14ms之间，统计lm393的1号引脚及7号引脚在多次测量中高低电平出现的次数。第三步：在1s的前14ms-14.5ms之间，根據lm393 1号引脚及7号引脚在多次测量中高低电平出现的次数，按照少数服从多数的原则定出lm393 1号引脚及7号引脚电平状态。第四步：在1s的前14.5ms-15ms之间，根据上一步定出的lm393的1号引脚及7号引脚电平状态规定并存储这一秒内充电指示灯应该显示红色，蓝色还是绿色；统计最近的10s内充电指示灯应该显示的红灯，蓝灯，绿灯的个数。第五步：在1s的前15-15.5ms之间，统计最近的10s内充电指示灯应该显示哪种颜色最多。第六步：在1s的前15.5-16ms之间，根据上一步的统计结果，控制指示灯显示的颜色。第七步：在1s的前16-999ms之间，根据前面判断出的电池电压所处的充电阶段按照设置的占空比给电池充电。第八步：在1s内剩下的时间，设置相关变量的值，为下个检测周期作准备。
　　3 控制效果
　　经过实验电路板测试，在给手机电池充电的整个过程中，当电池电压在经过给定的两个电压基准点时，指示灯状态切换平稳，没有出现指示灯颜色反复变换的现象。
　　4 结语
　　随着电动汽车的出现，电能的使用越来越多。在能源开发与利用方面，太阳能将成为历史的必然选择，将太阳能变成电能以后，如果能通过无线充电的方式，在电动汽车行驶过程中为其提供充足的电能，不但节省时间，而且节约能源保护环境。跟有线的充电方式相比较，虽然无线充电慢，但是只要它的前景是美好的，那就值得去做。
　　参考文献
　　[1] 古丽萍.令人期待的无线电力传输及其发展[J].中国无线电，2012（1）：27-30.
　　[2] 易沅屏.电工学[M].北京：高等教育出版社，2010.
　　Abstract：In this paper the single chip computer is used to judge the charging stage in the design of wireless charger， and the detection scheme of battery voltage is improved， it provides a basis for dividing charging stages and avoiding overcharging of batteries， the test of the experimental circuit board proves that the scheme is feasible.
　　Key words：wireless charging； stage charging； voltage detection； singlechip
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