图1系统框图

根据电压Ui 取值的大小采用两种直流电源变换器，当电压为1.1 V< Ui <3.6 V 时，采用HT7750 组成的Boost升压电路来实现；当供电电源大于3.6 V时，电路是用单片机控制集成芯片MC34063来实现的。MC34063的工作电压是3~40 V，所以电源输入电压只需要在3 V以上就可以让它工作。单片机能通过自身休眠来提高效率，还可以检测电压值控制电池的充电，并且由数码管显示出检测的时间长短，这个时间可以根据用户的要求任意调节。这样的电路直观、稳定、可靠，并且在实际运用中，在接负载的情况下，它能稳定的达到所需要的电流值和电压值。同时电路简单易懂，容易调试数据，成功率高。

2 硬件电路设计

2.1 升压电路设计
升压电路主要由HT7750组成，HT7750转换器具有高效率和低纹波。该系列具有超低启动电压、高输出电压精度。只需要3个外部元件即电感、稳压管、电解电容，以提供固定输出5 V电压。电路如图2所示。
 

图2 升压电路

2.2 供电电路设计
供电电路是由MC34063芯片构成的稳压电路，此芯片是一款可降压也可升压型的采用PWM 调节方式的开关稳压电源芯片，MC34063的工作电压范围为3~40 V。此电路是把输入进来的电压进行稳压处理达到所需电压值，同时此电压还可以作为单片机和ADC0832 的工作电压。电路构成如图3所示

图3 供电电路

2.3控制电路设计
采用8051单片机，它拥有编程灵活、功能强大、而且廉价的好处，与INTEL公司的8096系列16位单片机相比，8051更具有明显的价格优势。同时能够满足需要，成为首选。它可以自身休眠来减小功耗，提高效率，它由基准电源电路输出稳定的5 V电压供电，主要起到检控电压的作用。89C51单片机控制AD0832来检测电源输出电压的大小，从而判断是否对电池进行充电，并且检测时间的长短可以根据用户的需要进行设定，通过数码管显示出来。这里用的ADC是ADC0832芯片，它是一个串行的ADC，它具有速度和精度都足以满足此电路，在ADC0832的VCC脚与基准电路供电的输出脚间接一个大电容从而使输入给ADC0832的电压更稳定。电路构成如图4所示。

图4控制电路

2.4充电电路设计
该电路是通过单片机对充电电路的控制从而实现对电池的充电，起到开关作用。并且电路中加入了LED灯，从而显示充电器是否工作。电路如图5所示。

图5充电电路

3软件部分的设计
本系统的软件采用C语言来编写，所有代码在UV2下编译调试。软件程序设计主要检测电源输出电压的大小，从而对判断是否对电池进行充电，同时单片机通过自身休眠来减小功耗，提高效率。程序主流程图如图6所示，休眠时间控制流程图如图7所示。

图6主流程图

图7休眠时间控制流程图

4测试方法与结果
（1）当输入电压Ui为10~20 V时，取电源内阻Rs为100Ω，可充电池的内阻Rc为0.1Ω，由理论计算得：
Ic > （Es - Ec） （Rs + Rc）
即：
Ic > （20 - 3.6） （100 + 0.1） = 163.8 mA
实际测量时Ic = 164.6 mA>163.8 mA，满足了设计的要求。测试数据见表1.
本设计的工作效率由输出电压U*out与输出电流Iout的乘积比上输入的电压Uin与电流Iin的乘积。即：
η= （Uout*Iout ） （Uin*Iin ）
（2）当Ui从0逐渐升高时，能启动充电功能的Ui为0.28 V；当Ui为0时，系统最大反向充电电流仅为0.09 mA.

表1高压参数表

5结语
本文设计并实现了一种基于单片机的直流电能收集充电器，该充电器在输入电压低至1 V的情况下仍能将能量传递至3.6 V以上的可充电池中。同时制作了实验样机并对实验样机进行了测试。实验结果表明该充电器具有工作电压范围宽，效率高，适应性强、可靠性好等优点。从一定程度上解决了废弃电池能源的浪费及对环境的污染。