蓄电池充放电控制器 基于ＡＶＲ微控制器的蓄电池充放电控制器.docx

蓄电池充放电控制器 基于ＡＶＲ微控制器的蓄电池充放电控制器

　　摘要：针对539CH-1型Ni-Cd电池，提出一个基于AVR微控制器的蓄电池充、放电控制器。该控制器以Mega16L为关键，依据上位机的命令控制蓄电池的充、放电电流值和放电电阻的接入时机。
　　关键词：蓄电池；AVR微控制器；TLV5638电源控制
　　引言
　　蓄电池是飞行器电源系统中主要的组成部分，蓄电池的性能直接影响飞行器的安全。所以，正确维护、保养蓄电池就成为一项十分主要的工作。539CH-1型Ni-Cd蓄电池是法国SAFT企业生产的碱性蓄电池，该电池包含20个单体电池，额定电压24V，额定容量53Ah。波音737客机即采取该型蓄电池。
　　充电和放电是该电池维护、保养中的关键工作。因为该电池为Ni-Cd蓄电池，为了避免记忆效应影响电池容量，充电前需要对电池进行放电。该电池的放电规范要求测量单体电池电压，并统计单体电池电压下降到1V时的放电时间，然后在单体电池两极间接入放电电阻。该电池的充电规范要求使用分阶段定电流充电法。充电过程中要检测电池的端电压和充电电流，充电后期要测量单体电池的电压，并对电压较低的电池做对应处理。
　　本设计采取AVR单片机Megal6L作为关键，可同时控制两块539CH-1型蓄电池的充、放电过程。Megal6L经过串行总线接收上位机的命令，然后经过SPI总线将数据发送给TLV5638。单片机经过多路模拟开关CD4053将TLV5638的两路D/A输出送入信号调整电路，从而完成对充放电电流的控制。放电过程中，Megal6L经过控制8D锁存器74LS573和复合管阵列ULN2081控制放电电阻接入。
　　硬件设计
　　硬件系统包含串行通信电路、充电和放电控制电路、继电器驱动电路等模块。
　　通信电路
　　单片机经过串口和上位机通信。Megal6L端口为TTL电平，而上位机串口为RS232C标准接口。所以，在上位机和单片机通信时需要进行电平转换。本设计采取MAX232完成TTL电平和RS232接口电平之间的转换。
　　充电和放电控制电路
　　单片机收到上位机的充、放电控制命令后，经过SPI口将控制信号发送给TLV5638。TLV5638将收到的数字信号转换成模拟信号，并送入信号调整电路。模拟控制信号经调整后送入充电或放电电源的PI控制器，对充电和放电电流进行控制。单片机经过CD4053选择控制信号的输出通道，使该控制器可同时对2块蓄电池进行充电和放电。
　　D/A变换
　　本设计使用双通道12位电压输出型高速DA转换器TLV5638完成数模转换。设计中，将Mega16作为主机，经过SPI口直接和TLV5638的串行接口相连。因为Mega16的SPI口为4线串口，因此连接时单片机SPI口的PB6悬空。
　　串行通信时，CS引脚出现下降沿时通信开始，数据在SCLK的下降沿逐位移入TLV5638的内部寄存器。最先移入的是数据的最高位。当16位数据全部移入或CS引脚变高时，TLV5638移位寄存器中的数据被存入对应的锁存器，锁存器的选择由数据中的控制字确定。所以，当Mega16需要向TLV5638发送数据时，PB7先从高电平跳到低电平，然后经过SPI口连续进行两次写操作，向TLV5638发送个字节数据。两次写操作完成