基于MSP430单片机的智能锂电池充电器设计_谢志英

大多数便携设备都使用充电电池供电， 随着充电过程的进
行，电池电压会缓慢地上升到一个峰值，此时充电终止，如果使
用普通充电器在电池充电终止点之后继续对电池进行充电，很
可能导致电池因过充而损坏，影响其使用寿命。 市场上很多充电
器都标榜自己采用微电脑控制， 包括一些价格非常便宜的鸭蛋
型微型旅充，事实上这些充电器并没有采用微电脑控制，也没有
［4］杨兴强，孙国良．一种基于单片机的手机电池智能充电系统［J］．南 阳 师 范 学 院 学 报 ，2009 ，8（12 ）
的传统方式，提高了折弯测试的效率和稳定性，节约了人力，简
化了测试过程，降低了企业的运营成本。
图4
［收 稿 日 期 ：2013．8．25 ］
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（上接第 130 页）
［2］Maxim Integrated Products,Maxim Linear Charger for Single－
定时器中断。 因此，CT（5 脚）接一个
100nF 的电容来设置充电时间。
2．3 光耦隔离器电路
光 耦 隔 离 器 以 6N137 为 核 心 ，
主要是在单片机的控制下向充电控
制电路供电。 光藕模块 6N137 的引 脚分布图如图 4 所示［4］。
信号从脚 2 或脚 3 输入， 发光
图 4 6N137 引脚分布
最 大 充 电 时 间 可 以 通 过 外 部 电 容 设 置 ， 电 容 接 在 CT 与
GND 之间，选择电容用如下公式（2）：
CCT ＝34．33×tCHG
（2）
式中，tCHG 的 单 位 为 小 时 ，CCT 的
单位为 nF。 在大多数场合，用 1C 速
率快速充电推荐 3 小时作为最大充
电时间， 以使正常充电不会被充电
图 3 中 ，IN（1 脚 ）作 为 电 压 输 入 端 ，为 MAX1898 输 入 工 作 电压。 ／ CHG（2 脚）与单片机的 P1．1 口相连，当充电完成时，向 单片机发出一个电压变化的信号［3］。 MAX1898 充电电流通过线 性 控 制 外 部 晶 体 管 PMOS 或 PNP， 最 大 的 充 电 电 流 通 过 连 接
图5
4 测试
选取一段长度合适的电缆；将待测样品穿过电缆导向装置，
打开折弯规上快速夹具将待测试电缆固定在夹具上； 设置或确
认折弯次数进行折弯测试； 当达到设定的折弯次数后设备会自
动停止并有相应的声光报警； 确认无误后按停止按钮结束测试
过程，此时声光报警会解除并计数器复位。
5 结束语
实践应用证明， 使用电缆折弯测试机改善了依靠手工折弯
入标准充电过程。 标准充电过程为：以设定电流进行恒流充电，
电 池 电 压 升 到 4．20V 时 ， 改 为 恒 压 充 电 ， 保 持 充 电 电 压 为
4．20V。 此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的
1 ／ 10 时，切断供电电源，并发出声音报警，表示充电结束。 由 此
可将充电过程划分为：预充、快充、满充、断电和报警五个阶段。
2）紧急停止按钮：在测试过程中如按下紧急停止按钮，测试 马上中止，同时切断马达电源。 按钮复位后需要进行原点复归操 作，才可以重新开始测试。 重新开始测试时计数器会清零；紧急 按钮作用的状态下无法启动原点复归与测试操作。 3 电气控制结构的设计
折弯测试机主要电气控制元器件有变频器、PLC、计数器、24V 直流电源、断路器、继电器等。 这些元器件都是在主柜体内部经过 安装，装配，接线来完成的，另外在设备主体里，还有传感器、马达、 减速器等经过电线连通后一起工作。 电气控制回路图如图 5：
到单片机，－（3 脚）是发光二极管的负极，直接连接到地。 将得到
一个反相输出（即在 2 脚输入高电平时，其 6 脚所得到的输出是
低电平），为了实现输入高电平，输出也为高电平的目的，设计时
在输出端连接一个具有“非门”作用的元件，我们选用了反相器
件 74LS00。 电路连接图如图 5 所示。
2．4 报警器电路
片机发出一个电压变化信号，单片机通过光耦 6N137 自动 切 断
向充电芯片的供电，并报警，实现了对充电过程的智能化控制。
根据锂电池的特性，充电过程为：充电开始时，应先检测待
充电电池的电压，如果电压低于 3V，要先进行预充电，充电电流
为设定电流的 1 ／ 10，一般选 0．05C 左右［1］。 电压升到 3V 后 ，进
和安装底板间加装了减震垫圈。
马达的扭力输出通过皮带传动的
方式连接在折弯机构的旋转盘
上， 带动射频电缆沿折弯规进行
弯折动作。
2）运动部件。 折弯机的运动
部件由转动和导向两部分组成。
图3
转动部分由快速夹头、折弯规及旋转盘组成。 在设计中，为
了满足折弯规可快速更换的实际需要， 将旋转盘和折弯规都进
行了单独的设计， 通过手动简单的旋动两个螺栓即可方便的卸
摘要 应用 MSP430 单片机设计制作了智能化、低功耗、新型手机锂电池充电器，它替代了传统的充电器 ，能 够 有 效 地 解 决 传 统充电器在电池充电终止点之后继续对电池进行充电的问题，从而减少了安全事故的发生。 关键词：智能充电器，MAX1898，MSP430 单片机，充电保护
Abstract Making use of MSP430 MCU,an intelligent,ultralow－power consumption and new type cell phone lithium battery charger is designed to replace the traditional ones．It will to be effectively solve the problem that the traditional charger will be continue to charge the battery after charging termination points,thereby reducing the safety accidents． Keywords:intelligent charger,MAX1898,MSP430,Charging protection
报警器的主要器件是轰鸣器。 其主要作用是与单片机的
P6．7 口连接，在充电完成时 ，在 单 片 机 的 驱 动 下 发 出 声 音 ，提 示
图 5 光耦电路图
用户充电已完成。 3 软件设计
程序的总体设计思想是：没有任务请 求时系统工作在低功耗模式 LPM3，有任 务请求时采用中断唤醒 MCU 工作，完成 后返回低功耗 LPM3 模式，这种模式即所 谓的事件触发程序结构。 事件触发结构也 称为并发多任务结构，是一种将全部程序 都放在中断内执行的程序结构［5］。 图 6 是 软件总体设计框图。 一般主程序包含设 备驱动语句、一条休眠语句。 大部分时间 CPU 都 处 于 休 眠 状 态 ，这 是 低 功 耗 系 统 软件的首选结构。
2 硬件设计 2．1 单片机电路
本 系 统 工 作 在 主 频 为 32768Hz 时 钟 频 率 下 ， 当 电 池 充 满 后 ， 充 电 芯 片 MAX1898 的 引 脚 ／ CHG 发 送 的 脉 冲 电 平 会 由 低 到 高 ，单 片 机 检 测 到 ／ CHG 引 脚 的 跳 变 ，将 引 起 单 片 机 的 中 断 ， 单 片 机 通 过 程 序 检 测 ，若 充 电 完 毕 ，它 将 通 过 P2．1 口 控 制 光 藕 6N137，切断 6N137 向 MAX1898 的供电，同时单片机驱动轰鸣 器，发出报警声，提醒用户及时取出电池。 下图 2 为 MSP430 单 片机电路图。
百度文库
4 结束语
Cell Li＋ Battery[J]． USA,2002
实际测试表明，该充电器的智能化程度高，充电效率高,克 服了普通充电器功能单一、可靠性差并且效率低的缺点，并具有 体积小、质量轻、功能完善的特点，非常适合于便携式产品的应 用,因而具有较高的推广价值和广泛的应用前景。
［3］邵 晖 ，舒 嵘．光 耦 隔 离 器 6N137 的 特 性 和 应 用．电 子 技 术 （上 海 ）［J］． 1996（2）
控制器、光耦隔离器和
报警器等。 图 1 是智能
充电器的总体结构框
图。
单片机是整个充 电器的控制核心，其它
图 1 系统总体结构框图
模块都在单片机的控制下工作。 在充电过程中， 充电芯片
（MAX1898） 内部的电流 传 感 器 可 以 不 断 检 测 充 电 电 池 内 部 电
流变化，在充电完成时，充电电流变为零，这时充电芯片会向单
经过上述的软、硬件设计，最终完成 图 6 软件总体设计框图 了智能化手机锂电池充电器，其 PCB 板 图如图 7 所示：
图 7 系统 PCB 板图
（下转第 132 页）
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（3）折 弯 规 组 件
折弯规组件包括动力元件和
运动部件两部分。
1）动力元件。 马达固定在安
装底座上， 为了减少马达工作时
产生的噪音和振动， 我们在马达
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基于 MSP430 单片机的智能锂电池充电器设计
图 3 充电控制电路图
ISET 与 GND 的外部电阻来设定，选择电阻通过如下公式（1）：
IFASTCHG ＝1400 ／ RRET
（1）
式中 I， FASTCHG 的单位是安培，RRET 的单位是欧姆 ，通 过 计 算 ，
ISET（4 脚）串联一个 2．7K 电阻到地来设置最大充电电流。
智能化的功能。 其实严格从充电电路上分析，只有极少数充电器
才能被称为真正意义上的微电脑控制（单片机控制）。 针对上述
问题， 本文设计了一款基于 MSP430 单片机的智能手机锂电池
充电器，该充电器能够对电池的充电、断电和报警进行控制，具
有智能化、低功耗等特点。
1 设计思路
本系统主要包括
MSP430 单片机、 充电
图 2 系统电路图 2．2 充电控制器电路
本 系 统 中 充 电 控 制 器 的 核 心 元 件 是 MAX1898。 MAX1898 可对所有化学类型的 Li＋电池进行安全充电，它具有集成度高的 优点，实现了在小尺寸内集成了更多的功能，尽可能多地覆盖了 基本应用电路，只需要少数外部元件［2］。 其 最 大 特 点 是 ：在 不 使 用电感的情况下，仍能做到很低的功率耗散，可以实现预充电， 具有过压保护和温度保护功能， 且最长充电时间的限制可为锂 电池提供二次保护。 充电控制电路如图 3 所示。
二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏管
光照后导通，经电流－电压转换后送到与门的一个输入端，与门
的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输
出三极管反向后光电隔离器输出低电平。 当输入信号电流小于
触发阈值或使能端为低时，输出高电平，但这个逻辑高是集电极
开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。 若以脚 2
为输入，脚 3 接地（称作 A 连接方法），相当于非门的传输，若希
望在传输过程中不改变逻辑状态，则从脚 3 输入，脚 2 接高电平
（称作 B 连接方法）。V0（6 脚）是电压输出端，在实际应用时必须
要加一个上拉电阻 RL。
在本系统中 ，采用 A 连接方法 ，＋（2 脚）是发光二极管 的 正
极，作为信号的输入端，通过串联一个 0．51K 的限流电阻后连接
下整个折弯规。
导向部分是在折弯过程中对电缆起一个导向固定作用，使
得 电 缆 在 规 定 的 角 度 （30°）内 上 下 往 复 运 动 。
（4）安 全 装 置
1）门关闭检测传感器：用于检测门的开闭状态，当在测试过
电缆折弯测试机的研制
程中如果门打开的话测试会立即中止， 再启动时需要先进行原 点复归操作，才可以重新开始测试。 重新开始测试时计数器会清 零；门打开的状态下无法启动原点复归与测试操作。
《工业控制计算机》2013 年第 26 卷第 12 期
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基于 MSP430 单片机的智能锂电池充电器设计
Design of Intelligent Lithium Ion Battery Charger Based on MSP430
谢志英 段荣霞 李明
（军械工程学院信息工程系计算机应用教研室，河北 石家庄 050003） （军械工程学院车辆与电气工程系电工电子实验中心，河北 石家庄 050003） （军械工程学院学员一旅，河北 石家庄 050003）