高级智能电池充电器：多路复用与数字显示

元件与物料

必备工具

• 电烙铁

项目背景

生活在东北，手头有多辆车（1975 MGB、1981 丰田皮卡）、船只、发电机，全是 12V 电池启动。冬天不开车时，每块电池若单独买智能维护充电器（Harbor Freight 约 $29 促销价），5 块电池就要 $150。灵机一动：为什么不买一个充电器，通过多路复用轮流给每块电池充几小时？

于是用 Arduino 实现了自动轮充，并顺手加了不少功能。本版本支持最多 6 块电池自动检测。

工作原理

• 第 1 路电池必须接在 1 号端子，该路直连为 Arduino 供电（经稳压）；2~6 号路可任意顺序接入，上电自动检测电压 ≥ 8V 则加入充电轮询；
• UNO 自带 A4/A5 被 I2C LCD 占用，仅剩 4 路模拟输入，不够用。故外挂 MCP3008 8 通道 ADC（SPI 接口），每路输入前接两个 1kΩ 电阻分压（量程扩展至 ~16V）；
• 核心四大函数循环调用：
  1. read_show_volts()：扫描 6 路电压，≥8V 则标记为“在线”并加入充电队列；
  2. check_relays()：定时切换继电器，将充电器接至下一路在线电池；
  3. update_display()：LCD 两行轮流显示 1/2/3/4/5/6 号电池电压，空行显示系统 5V 与 3.3V 基准电压（仅作心跳指示）；
  4. read_distance_update()：HC-SR04 检测手势（<80cm），亮屏倒计时（默认 100 秒），超时熄屏；长按手势（几秒）切换“演示模式”（充电间隔缩短为几秒，便于观测继电器切换），再次长按恢复正常模式。

默认每块电池充电 1 小时（可改）。2 块电池则每天各充 12 次，4 块则各充 6 次，以此类推。

完整代码

Battery Multiplexer Arduino Code（基于 Arduino Uno）

#include 
#include  // v1.2.1
#include 
#include 

auto timer = timer_create_default();
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE); // 地址可能需调整

int chargeTime = 10 * 1000;      // 每块电池充电时长(ms)，演示用 10s，实用改 3600000(1h)
int charge_time_counter = 59;
int charge_time_max = 60;        // 计数器上限
int relay1 = 3, relay2 = 4, relay3 = 5, relay4 = 6; // 继电器引脚
int current_relay = 0;
int max_relays = 3;              // 实际使用的继电器数(0-based)
float volts1, volts2, volts3;    // 前三路电压(演示仅用3路)
int min_volts = 1;               // 低于此电压视为无电池
int volts_update_count = 5;
int volts_update_counter = 0;
int volts_update = 500;          // 电压刷新间隔(ms)
int read_distance_update = 500;  // 超声波刷新间隔(ms)
int time_on_counter = 0;
int time_on_count = 100;         // 亮屏持续计数
int heart_beat = 0;
UltraSonicDistanceSensor distanceSensor(11, 12); // Trig=11, Echo=12
int distance;
int relays[] = { relay1, relay2, relay3 };
int is_live[] = { 0, 0, 0 };
int debug = 5;

void all_change_to(int which) {
  digitalWrite(relay1, which);
  digitalWrite(relay2, which);
  digitalWrite(relay3, which);
}
void toggle_relays(int whichOne) {
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Relay on:"); lcd.print(current_relay + 1);
  all_change_to(HIGH); // 继电器低电平触发
  digitalWrite(relays[current_relay], LOW);
  lcd.print(" "); lcd.print(++acnt);
}
void checkRelays() {
  charge_time_counter++;
  if (charge_time_counter >= charge_time_max) {
    current_relay++;
    if (current_relay >= max_relays) current_relay = 0;
    toggle_relays(current_relay);
    charge_time_counter = 0;
  }
}
void read_distance() {
  distance = distanceSensor.measureDistanceCm();
  if (distance < 80) { lcd.backlight(); time_on_counter = 0; }
  else { if (++time_on_counter > time_on_count) { time_on_counter = 0; lcd.noBacklight(); } }
}
void read_show_volts() {
  volts1 = analogRead(0) * 0.016;
  lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" ");
  lcd.setCursor(11, 0); lcd.print(volts1);
  volts2 = analogRead(1) * 0.0164;
  lcd.setCursor(4, 1); lcd.print(volts2);
  volts3 = analogRead(2) * 0.0166;
  lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(volts3);

  int temp_cnt = 0;
  relays[0] = relays[1] = relays[2] = 0;
  if (volts1 > min_volts) { relays[temp_cnt++] = relay1; }
  if (volts2 > min_volts) { relays[temp_cnt++] = relay2; }
  if (volts3 > min_volts) { relays[temp_cnt++] = relay3; }
  max_relays = temp_cnt;

  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(heart_beat ? "<>" : "><");
  heart_beat ^= 1;
  lcd.print(charge_time_counter);
  read_distance();
}
void setup() {
  Serial.begin(19200); Serial.println("Starting");
  lcd.begin(16, 2); lcd.backlight();
  pinMode(relay1, OUTPUT); pinMode(relay2, OUTPUT); pinMode(relay3, OUTPUT);
  all_change_to(HIGH);
  read_show_volts(); checkRelays();
  timer.every(chargeTime, checkRelays);
  timer.every(volts_update, read_show_volts);
}
void loop() { timer.tick(); }

原理图