基于51单片机的智能手机充电器的设计

基于MAX 1898多功能数字化智能充电器设计指导教师：宫玉芳摘要锂离子电池自20世纪90年代上市以来，它以能量密度高，使用寿命长的特点倍受重视。

基于市场的要求，世界各大电池生产商为了在市场领域里取得优势，无不致力于开发具有能量密度高，小型化，薄型化，轻量化，安全性高，循环寿命长，低成本的新型电池。

对此，聚合物锂离子电池具有上述各项优点，是各厂商致力研究的目标。

聚合物锂离子电池基于安全、轻薄等特性，广泛应用于便携式设备，所以聚合物锂离子电池是21世纪移动设备最佳的电源解决方案，现在的手机均采用聚合物锂离子电池。

同时，与之相配套的充电器已经在我们的日常生活中普遍应用，相应的充电器的市场需求量也逐渐上升。

本产品采用锂离子电池充电芯片MAX1898，通过AT89C51控制可以实现预充，快速充电，及恒压充电；监控充电状态；太阳能供电以及充电保护。

实现电路电路简单，成本较低，而且充电效果很好，包括安全性高，耗时短，对电池损坏小，满足一般用户的要求。

关键词：MAX1898；AT89C51；预充电；快速充电；恒压充电；智能液晶显示；太阳能供电；充电保护。

一、研究目的随着科技的发展，人们对身边电子产品的数字化、自动化，效率要求越来越高，本项目旨在解决日常生活中人们对电池充电的烦恼，该产品是基于单片机的硬件和软件来实现的，它在很大程度上为解决电器充电有不可忽视的作用。

为现代越来越快的生活节奏提供保障，而在户外情况下对太阳能的利用，也是一种环保、节能的选择，这使我们步入了新能源开发利用的行列。

从而充电工人只担任辅助性工作，更加人道化，也为充电技术和充电设备的智能化闯出了一条新路。

二、设计功能模块（一）电源模块：采用电压转换芯片将外部220V交流电压转换为需要的+5V电压。

（二）AT89C51单片机模块：实现充电器的智能化控制，比如自动断电、充电完成报警提示。

（三）充电模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。

（四）充电过程监测模块：采用液晶对充电过程的电压进行实时监测。

（五）电路保护模块：采用继电器对充电线路进行保护。

（六）外部太阳能电源模块：采用太阳能电池板给线路提供特殊外部电源。

三、设计实现方法（一）总体设计思路要求设计一个多功能数字化智能充电器，能够实现电池预充、快充、恒压充电；监控充电状态；太阳能供电以及充电保护。

为实现对锂电池的安全充电，我们采用AT89C51 单片机结合MAX1898锂离子电池充电芯片，配合外部PNP 或PMOS 晶体管可以组成完整的单节电锂离子(Li+)电池智能充电器。

MAX1898 提供精确的恒流/恒压充电。

电池电压调节精度为±0.75%，提高了电池性能并延长了使用寿命。

总体电路包括：电源模块；AT89C51单片机模块；充电模块；充电过程监测模块；电路保护模块；外部太阳能电源模块。

（二）电源模块电源模块主要作用是将输入的220V/50HZ的交流电压通过变压、整流、7805芯片稳压后得到的5V直流电压为AT89C51单片机和MAX1898锂离子电池充电芯片进行供电，同时也为其它电路提供合适的电压。

电源模块原理图如图2.1所示。

图2.1电源模块原理图（三）AT89C51单片机模块本设计用于控制MAX1898的单片机我们选择的是AT89C51。

MCS-51 单片机的指令系统及引脚兼容，功能强大，适合于许多较为复杂的控制应用场合，对于此次设计完全满足要求。

电路原理简单，而且软件也比较容易。

控制对象为MAX1898，主要控制MAX1898使能，及充电完成和充电出错时的信号指示（LED）控制。

AT89C51单片机最小系统如图2.2所示。

图2.2AT89C51单片机最小系统图（四）充电模块目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于充电器的设计。

本设计主要利用51单片机实现手机单节锂离子（Li+）电池智能充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力。

通过查阅相关资料，目前市场上常见的智能充电芯片主要包括：MAX1898、MAX1758、SMC401。

不同的芯片在控制充电过程中能力各不相同，其价格也迥异，控制电路更是错踪复杂。

通过进行对比论证，在相同功能下，MAX1898 的外围电路更加简单，易于焊接，相关技术资料比较全面，因此我们选取了MAX1898作为此次的充电芯片。

MAX1898的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控器，输入电流调节器用于限制总输入电流，包括系统负载电流与充电电流，但检测到输入电路大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流，MAX1898外接限流型充电电源和PNP功率三级管，可对单节锂电进行有效的快充，它通过外接电容设定充电时间，通过外接电阻设置最大充电电流。

MAX1898 uMAX封装如图2.3所示。

图2.3MAX1898 uMAX封装MAX1898的引脚功能说明如下IN（1引脚）：传感器输入，检测输入电压和电流CHG（2引脚）：LED驱动器EN/OK（3引脚）：逻辑电平输入允许/电源输入“好”ISET（4引脚）：电流调节CT（5引脚）：安全的充电时间设置RSTRT（6引脚）：自动重新启动控制引脚BATT（7引脚）：接单个Li+的正极GND（8引脚）：接地DRV（9引脚）：外接电阻驱动器CS（10引脚）：电流传感器输入MAX1898典型应用电路如图2.4所示。

图2.4 MAX1898典型应用电路定时电容C和充电时间T的关系式满足：C=34.33×T注：通过外接电容CT 设置快充时最大的充电时间T，式中T 单位为小时，CT 单位为nF，一般情况下快充时间不超过3 小时，因此CT一般为100nF。

最大充电电流Imax 和限流电阻R 的关系式满足：Imax＝1400/R注：限制电流的模式下，通过外接电阻R来设置最大充电电流Imax，式中R 单位为欧姆，Imax 单位为安培。

输入电压范围为4.5V-12V。

锂电池要求充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采用恒流恒压源，一般采用直流电源外加变压器。

充电器电路充电控制电路如图2.5所示。

图2.5 MAX1898充电模块电路（五）充电过程监测模块现在市面上的充电器大多都没有充电监测的功能，考虑到用户在充电时随时能够监测到电池的充电情况，我们加入了LCD 1602液晶，充电器可以实时采集和计算电池的参数，显示出当前的充电状况，对充电过程中电池电压和电池电量进行时时监控。

通过显示当前电池电量，用户可以自主决定充电过程的结束。

（六）电路保护模块充电过程中为防止电路保护模块采用松乐SRD-05VDC-SL-C型继电器，（七）外部太阳能电源模块在现在倡导新能源社会的背景下，太阳能由于其环保、无污染等特点，一直作为新能源研究的重点。

同时考虑到在野外工作人员由于没有电源，手机无法充电而发生危险的问题，我们在原有基础上为充电器增加了外部太阳能电源模块，在光能充足的情况下，充电器可以用太阳能电路板对电池进行充电，以防危险发生。

四、设计功能实现在MAX1898内置的充电状态控制和外围的单片机控制下，充电过程分为预充、快充、满充、断电、充满指示5个部分，同时又实时监测、过电保护、太阳能供电功能，以下分别介绍。

（一）预充在安装好电池后，接通输入直流电源，当充电器检测到电池时则将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的1/10给电池充电，使电池电压、温度恢复到正常状态。

预充时间由外接电容确定，如果在规定的充电时间内电池电压达到标准以上，电池温度正常，充电进入快速过程；如果电池电压低于标准，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障。

（二）快充快充过程也称恒流充电，此时充电器以恒定电流对电池充电。

根据电池厂商推荐的充电速率，一般锂离子电池大多选用标准充电速率，充满电池需要1个小时左右的时间。

恒流充电时，电池电压将缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充过程。

（三）满充在满充过程中，充电电流逐渐衰减，直到充电速率降到设置值以下或满充时间超时，转入顶端截止充电；顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池补充能量。

由于充电器在检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池内阻，尽管在充满和顶端截止充电过程中充电电流逐渐下降，减少了电池内阻和其他的串联电阻对电池端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响，一般情况下，满充和顶端终止充电可以延长电池5%～10%的使用时间。

（四）断电当电池充满后，MAX1898芯片的2引脚发送的脉冲电平将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中判断出充电完毕的状态。

此时，单片机将控制继电器工作，切断向MAX1898芯片的供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减小功耗。

五、总结在本次设计中，我们在指导老师的帮助下，系统地学习了单片机应用程序编制等方面的知识。

本次设计可以说是软硬结合，又以硬件为主。

通过此次设计提高了自己软件编制和硬件电路设计的能力。

在我完成这次设计的过程中，当看到自己将专业知识用于解决实际的问题时，那份成就感和喜悦感是难以形容的。

但是，在实际的编程以及调试程序过程中，我发现自己所应该学的太多太多。

光靠自己在书本上所学过的这点知识是远远不够的。

指导老师不厌其烦地审阅本设计，指出我设计中的问题和不足，总之，这次创新设计对我来说是一次比较全面的、富有创造性和探索性的锻炼。

本设计从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注老师大量的心血。

在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！。