1、基于單片機的蓄電池的自動監測系統畢業設計論文 攀枝花學院本科畢業設計(論文)基于單片機的蓄電池的自動監測系統 摘 要 蓄電池作為穩定電源和主要的直流電源,它的維護工作具有重要的意義,作為后備電源,?蓄電池是確保設備正常運行的最后一道生命線,本課題的任務就是設計一種蓄電池智能監測儀,能實現對蓄電池在浮充狀態或者在充放電過程中的狀態監測。 在現如今這個社會中,蓄電池的應用越來越廣泛了,在交通工具上大都裝有蓄電池,以及通信行業,金融行業,電子類產品等,這些都是需要蓄電池的支持,并且需要的蓄電池的高質量保證。對此就需要生產出高質量的蓄電池,即是蓄電池能保證參與的工作能正常開展,并且還需要蓄電池能長時間

2、的維持工作運行,當然在蓄電池方面的平安問題是必須考慮的,畢竟現在講究平安第一嘛。 該監測系統是以AT89C51單片機為核心的單片機。該系統可以做到測量測量蓄電池的端電壓,以及電池的溫度,并且還能夠測量蓄電池在工作狀態時的電流,這些根本的電池性能指標都能夠通過該系統測量出來。并且該系統的設計是模塊化,在這些模塊中,其中的任何一個都能夠測量出一種數據,以到達數據的準確性。關鍵詞 蓄電池,單片機,監測系統 ABSTRACT of great importance, as a backup power supply, battery is a final lifeline, to ensure nor

3、mal operation of equipment to the task of this research is to design an intelligent battery monitor, can realize the battery in a floating state, or in the state monitoring in the process of charging and discharging. In nowadays society, the battery application is becoming more and more widely, in m

4、osStorage battery as a stable power supply and the main dc power supply, its maintenance is t vehicle equipped with batteries, back-up power and communications industry, financial industry backup power supply and so on. These occasions are required is very tall to the requirement of storage battery,

5、 require it to run is absolutely reliable, it is for battery testing and maintenance of high demands are put forward. To normal operation of the storage battery, therefore, improve the service life of the battery, reducing application field accidents has important significance. The monitoring system

6、 based on AT89C51single-chip microcomputer as the core of single chip microcomputer. 10 or 20 road this system can measure the voltage of the voltage of the battery, battery, battery, charge and discharge current, temperature data acquisition circuit USES modular design, can according to the number

7、of battery to determine the number of modules, each module can measure a set, used to measure the value of the inertia filter filtering method and the theory of integral and differential control and calibration. Keyword?Storage?battery;Monitor?system;Single?chip?of AT89C51 目 錄摘 要IABSTRACTII目 錄11 緒論1

8、1.1 課題背景1 1.1.1 蓄電池研究現狀1 1.1.2 電池的主要性能指標11.2 蓄電池技術的開展與方向21.3 本課題所做的主要工作32 測試方法的研究42.1 蓄電池的內阻42.2 蓄電池內阻與容量的關系42.3 蓄電池等效電路52.4 設計方案論證52.5 交流法7第3章 硬件電路設計83.1 總體框架83.2 主處理器模塊93.3 探測電路123.4 差分放大電路12 3.4.1 INA321芯片簡化圖13 3.4.2 INA2321電路圖133.5 幅相檢測電路14 3.5.1 AD8302電路圖143.6 模數轉換模塊設計14 3.6.1 模數轉換芯片AD080914 3.

9、6.2 ADC0809與單片機的接口電路163.7 液晶顯示16 3.7.1 LCD1602介紹16 3.7.2 LCD1602與單片機的接口電路184 系統軟件設計204.1 蓄電池自動監測系統軟件總體程序設計204.2 總電路圖204.3 程序流程圖214.4 本章小結275 系統的安裝與調試285.1 系統調試28 5.1.1 電路集成285.2. 軟件調試28結 論30參考文獻31附錄: 源程序32致 謝361 緒論1.1 課題背景 科技的開展、人類生活的提高,如今石油資源面臨危機、地球的生態環境日益惡化,因此形成了新型二次電池及相關材料領域的科技和產業快速開展的雙重社會背景。市場的迫

10、切需求,使新型二次電池應運而生,形成的產業迅猛開展。近年來,許多知名企業都建立起了屬于自己的生產基地,以用來生產蓄電池,并且還從原來的高層社會向底層社會開展,即是實現讓蓄電池全民化。與此同時,我們還發現其他領域的企業也開始向蓄電池這方面開展,也因此可以看出蓄電池在將來的開展競爭劇烈。隨著信息時代的快速開展, 、平板等逐步全民化。掌上娛樂的同時對電量要求的趨勢也越來越迫切,并帶動這蓄電池的快速開展,基于這樣的開展前景,我覺得蓄電池的開展前途一片光明。并且蓄電池的有效開展會給掌上娛樂和人們的生活娛樂以及電量供給設備提供不限量的快感與便利。蓄電池會在單片機的根底上不斷的開展和完善!1.1.1 蓄電池

11、研究現狀 當今社會上測量蓄電池的性能的方法有很多種,一般常見的有: (1)濕度法檢測蓄電池的容量:即在蓄電池工作狀態中,通過傳感器來測量出蓄電池的所容納的電量。當傳感器上顯示阻抗大的時候,表示蓄電池的濕度小,顯示阻抗小的時候,那么表示蓄電池的濕度大。兩者成反比的關系。 (2)通過檢測電解液密度獲得蓄電池剩余容量,這也是鉛酸蓄電池檢測普遍采用的方法。電解液密度在充電過程中密度會逐漸升高,而在蓄電池放電過程中,密度會逐漸降低。相反,我們可以監測蓄電池的電解液密度,然后來確定蓄電池的工作狀態,以及確定蓄電池當時的電量。 (3)高電率放電法判斷蓄電池剩余容量:即通過測量大負荷下的端電壓來判斷蓄電池的剩

12、余容量。它是模擬啟動機啟動時的負載,測出蓄電池在大電流放電時的端電壓,通過端電壓變化就可以確定蓄電池的工作狀態。這方法能檢測出蓄電池是否出現問題,還能智能檢測系統供電的能力,但它的一個缺點是不能測量正在充電和剛充完電的蓄電池。1.1.2 電池的主要性能指標 (1)平安性能 平安性能指標不合格的蓄電池是不能夠使用并且不被人們所介紹,因為平安性能指標不合格的蓄電池能引發許多的事故,其中影響最大的是爆炸和漏液。爆炸和漏液的發生主要與蓄電池的內壓、結構、工藝設計及應用禁止的不正確操作有關。 2 額定容量 因為蓄電池的容量,定義了蓄電池的額定容量。額定容量是蓄電池制造的時候,規定蓄電池在一定的放電條件下

13、應該放出的最低限度的電量,其單位為Ah。使用條件不同,蓄電池能夠放出的容量也不同。 3 蓄電池的靜止電動勢 蓄電池靜止相當長一段時間后,其內部電解液擴散過程停止,此時電池的狀態為開路狀態,在用電壓表在常溫下測量正負極板間的電位差,此電位差就是我們需要的蓄電池的在該狀態存在的靜止電動勢。 在我們把電極需要使用的材料確定后,電動勢可用經驗公式占鈕85+d15決定。d15是在15時極板微孔內部電解液的密度。蓄電池靜止時,極板微孔內部與容器中的電解液的密度相同。 (4)蓄電池的額定電壓 國家標準規定的蓄電池電壓值為額定電壓,用V表示。 5 內阻 對于鉛酸蓄電池的內阻通常我們可分為電化學性電阻以及金屬性

14、電阻。其中蓄電池的電化學性電阻包括了涂膠的電阻,隔板的電阻以及電解液的電阻。對于金屬性電阻,它包含蓄電池的終端電阻,還有蓄電池的夾板、柵格以及柵格與涂膠之間的電阻。1.2 蓄電池技術的開展與方向 鉛酸蓄電池是目前世界上廣泛使用的一種化學電源,具有電壓平穩、平安可靠、價格低廉、適用范圍廣、原材料豐富等優點,中國鉛酸蓄電池行業經過50年的建設與開展,已根本形成了大中小企業相結合、具有一定規模的鉛酸蓄電池制造體系。隨著我國改革開放進一步向縱深開展,各行業結構作了適當的調整,能源、交通和通訊等支柱產業飛速開展,給鉛酸蓄電池行業帶來了巨大的開展機遇。 高能電池、廉價的燃料電池的開展將會帶動愈來愈多的電子

15、產品開展起來。電池的種類將會更多、應用范圍更廣,價格更低廉且更加“清潔。和太陽能聯系在一起的電池以及以大氣為活性物質的燃料電池將會在現代經濟中飛速開展。 在循環壽命、再生率、自放電和平安性方面?鉛酸電池作為應用范圍最廣、用量最大的化學電源,鉛酸蓄電池行業的機遇與挑戰并存,隨著能源、交通、通信等根底產業的迅速崛起鉛酸蓄電池的市場前景非常廣闊,特別是適應環保與免維護需求的閾控式密封鉛酸蓄電池已經被人們接受,并且在很多領域已逐漸取代傳統的開口式鉛酸蓄電池。 新的蓄電池監測系統自動化程度高、人機界面友好,又易于操作,并且整體結構可靠性好,精度高,具有很高的推廣使用價值。中國已將新能源、節能環保等列為重

16、點行業,如果把本課題所設計的新型蓄電池在線智能監測系統應用到實際生活中,將會給新能源、節能環保等行業帶來不一樣的前景。? 由于世界的開放,中國在世界上的市場競爭也是越來越劇烈,如果不開展,中國的電池行業將會被擠出世界的舞臺,以至于沒有生存空間,由此可以看出中國將受到來自世界有多大的威脅。因此,我們中國的蓄電池企業應該盡快的開展壯大,完善內部,提高對產品的技術要求以得到高質量的產品成果,并且我們還必須考慮的盡量減少生產的本錢,讓我們國家的產品在世界上能過生存,并具有很高的地位。這樣,也只有這樣我們才可能使蓄電池行業走上健康的良好的開展軌道。 1.3 本課題所做的主要工作 本課題擬采用軟硬件相結合

17、組成實際控制系統。利用相關知識對蓄電池的工作原理和失效機理進行理論分析。完成對控制算法的設計。在硬件電路設計上,要實現系統各個功能模塊的正確設計及連接。在軟件編程方面,采用AT89C51單片機完成主控程序編寫,實現對蓄電池進行快速有效地監控。2 測試方法的研究2.1 蓄電池的內阻 蓄電池的內阻:即是指當蓄電池在工作的時候,電流通過蓄電池在內部所受到的阻力,一般可分為交流內阻和直流內阻,由于充電電池內阻很小,測直流內阻時由于電極容量極化,產生極化內阻,所以無法測出其真實值,而測其交流內阻可免除極化內阻的影響,得出真實的內值。 蓄電池的內阻由導體電阻和電化學極化電阻及濃差極化電阻三個部份組成,并且

18、在充放電過程中電阻是變化的,其中充電過程內阻由大變小,反之放電過程內阻由小變大。溫度對蓄電池內阻大小的影響也挺大的,在低溫狀態的情況下,比方在0以下,當溫度逐漸下降的時候,蓄電池的內阻將會逐漸增大。在較高溫度時,如10以上,當溫度逐漸上升的時候,蓄電池的內阻將會逐漸減小。對于蓄電池的內阻變化,它還與系統電路中的電流的大小還有一定的關聯,如果電路中瞬間放出較大的電量,蓄電池里面的極板間的硫酸溶液濃度會很快的變低,但是極板孔的外面還存在很多的溶液,由于來不及擴散,所以濃度依然會很高,如此,極板孔中硫酸溶液的電阻會增加大,蓄電池兩端的電壓也會變低。但是當蓄電池放電結束后,極板空隙中的溶液密度會越來越

19、來大,也因此電阻會增大,蓄電池兩端的電壓也會逐漸變大。 另外,當蓄電池中使用薄極板的時候,蓄電池的內阻也會比使用厚極板的蓄電池內阻小,因為同容量電池的極板數量,薄的要多于厚極板電池的極板數量,因此相同電流放電時,薄極板電池的電流密度小,其各極極化也要小得多。由此可見,蓄電池內阻是由諸多因素構成的動態電阻。我們研究蓄電池的內阻是為了了解與蓄電池直接連接的母線及饋線出口短路時,蓄電池將提供多大短路電流,并依此來選擇母線及其它設備,并根據短路電流來確定保護電器的級差配合。顯然,同容量的蓄電池短路電流越大,對設備和人身平安帶來的危害性也越大。2.2 蓄電池內阻與容量的關系 對于蓄電池的內阻與容量的關系

20、而言,在同樣的情況下,有著這樣的關系:容量越大,內阻越小。反之那么相反。容量越大的電池,相對來說正負極板的面積會越大,相應的內阻也就會越小。另外,在蓄電池電量充足時,蓄電池的內阻會相對較小,而當蓄電池電量放完時,蓄電池的內阻會變大許多。 但是還要知道的是,兩者并不是直接影響的,而是通過影響其他方面來影響對方的,也就是說,兩者并沒有直接的關系,而是通過影響對方的制約因素來影響對方。 2.3 蓄電池等效電路 蓄電池里面是依靠化學反響來提供電能的,阻抗分析是電化學研究中的常用方法,一般情況下,電池在充電或放電時,其內阻R由3局部組成,如公式(1)所示 RR?+Rc+Re 式中的R為歐姆內阻;Rc為濃

21、差內阻;Re為活化內阻。 在很多研究方法中,使用圖1來等效蓄電池 蓄電池阻抗等效電路 圖中字母所示含義:Rtp和Rtn是電極離子遷移電阻;Lp、Ln為正負極電感;Cdlp,、Cdln是極板雙電層電容;Zwp,Zwn為阻抗;Rhf是歐姆電阻。 電池阻抗是一個復阻抗,對于蓄電池的阻抗就包擴兩個方面,其中一方面是歐姆阻抗,另外一方面就是蓄電池兩端的正負極阻抗,在其他條件不變的情況下與測試頻率有關。 通常情況的內阻是指某一固定頻率下的內阻值,一般的內阻測試有兩種:測蓄電池的內阻測量,如鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰電池,使用的頻率一般為1KHz;用于測鉛酸電池的頻率一般為10-60Hz。 2.4 設計方案論證

22、 蓄電池的內阻要精確測量具有一定的難度的,其中存在幾個原因:第一,蓄電池內阻非常小,小到毫歐數量級。第二,精度要求高,重復性,穩定性要好,內阻的變化在一個長時間里是很小的,達不到精度,重復性和穩定性的要求,測量是沒有意義的。第三,在線測量,干擾十分嚴重,特別是在同心系統中使用中、還有來自通信設備的干擾。第四,必須是在線測量,離線測量意義不大。 現目前,要測出蓄電池的內阻的常見方法有許多種,其中包括:密度法、直流放電法、開路電壓法、交流注入法。 (1)密度法:它是通過測量出蓄電池中的容液的密度,通過測量到的容液的密度來然后算出蓄電池內阻大小,而現在的蓄電池根本都是封閉式的,無法取得電解液。該方法

23、的適用范圍窄并且這種方法在精度上有很大的缺陷。 (2)開路電壓法:它主要是通過測出蓄電池的端電壓,理由測出來的端電壓,利用所知的知識運算出蓄電池的內阻,但是這種方法的精度很差,甚至可能算出不是我們需要的答案,即是算出來的內阻數據是錯誤的結果。因為,即使一個容量已變小的蓄電池,在浮充狀態下的時候其端電壓仍然可能會表現出正常狀態。 (3)直流放大法就是通過對電池進行瞬間大電流放電,測量電池的瞬間電壓降,通過歐姆定律計算出電池內阻。由于瞬間大電流對蓄電池有一定的危害,并且當內阻值很小時,在一定電流下的電壓變化幅值相對較小,給準確測量帶來困難。另外,由于放電過程電壓的變化,需要選擇穩定區域計算電壓變化

24、幅值。實際測量中,直流方法所得數據的重復性較差。 (4) 交流法是通過對蓄電池外加上一個交流電流,當然該電流必須是低頻的,然后我們就可以測出蓄電池兩端的電壓和流過的電流,因為參加的電流是低頻的,所以所測出的電壓和電流都是低頻的,通過測出的數據之間的的電壓差,最后通過這些算出蓄電池當時的內阻。 交流法是通過參加一個額外電流,即在使用交流法的時候,不用讓電池處于放電狀態或者放完點的狀態,我們就可以實現對蓄電池的在線監測和管理,由此不會對設備運行方面有什么影響。同時,我們對蓄電池施加的低頻信號的頻率非常低,電流值相對也非常小,這樣就不會對電池的性能造成什么影響。首先產生一個1KHz的恒定交流鼓勵信號

25、,交流法通過對蓄電池注入一個交流信號Is,測量出蓄電池兩端的電壓響應信號Vo,以及兩者的相位差,由阻抗公式(2)和(3) (2)(3)即可計算出蓄電池的阻抗,進而反映出蓄電池的性能。 有以上比擬,我們選用交流法,來進行對蓄電池的一些性能的測量。 2.5 交流法 當使用受控電流時電流如公式(4)所示 (4) 產生的電壓響應如公式?(5)所示 (5) 假設使用受控電壓鼓勵如公式(6)所示 (6) 產生的電流響應如公式(7)所示 (7)兩種情況的阻抗均為: 即阻抗是與頻率有關的復阻抗,其模如公式(8)所示 (8) 相角為。 一般情況下鼓勵引起的電壓幅值變化小于10mV,這樣能保證阻抗測量的線性。 從

26、理論上講,向電池饋入一個交流電流信號,測量由此信號產生的電壓變化即可測得電池的內阻,如公式(9)所示 (9) 式中 Vav-為檢測到交流信號的平均值;Iav - 為饋入交流信號的平均值 用交流法測量內阻的時候,我們是在電池上面加上一會交流信號,然后測量出通過電池的電流(I)和該電流在電池兩端的所產生的交流電壓(V),通過測量到的電流和電壓,我們就可以算出蓄電池的阻抗。一般情況下,我們所選擇的交流信號都是低頻的,并且該交流信號在使用的時候,對于電容的所產生的影響很小,所以一般我們都忽略不計,所以對于我們測得的數據而言,實際上就是我們需要的蓄電池的電阻。對于交流法,它存在的缺點是很容易受到外界的影

27、響。但是我們如果選擇適當的測試頻率,并采用有效的濾波器,還可以防止電源紋波和其他噪聲的影響的。交流法對正在使用的蓄電池來說,它對系統額外的影響很小,而且測量的準確性很高,并且在測量的時候不會對蓄電池造成什么影響,是測量蓄電池的不二之選。 第3章 硬件電路設計3.1 總體框架 在實際使用中,由于饋入信號的幅值有限,電池的內阻在微歐或毫歐級,因此,產生的電壓變化幅值也在微伏級,信號容易受到干擾。尤其是在線測量時,會受到充電機或用電負載的影響。 交流法,首先要有一個交流源,原理框圖如圖2所示,交流原,就是提供交流信號,使之注入到蓄電池后能在蓄電池兩端產生一個交流相應信號。同時考慮到交流源與蓄電池串聯

28、后,蓄電池會產生一個直流信號。為了防止與恒流源影響。故在串聯電路中串聯一個電容,電容可以起到隔直流,通交流的作用。其阻值的大小選取,選擇較大電容阻值的,因為選擇較大的電容c,交流信號在其分的電壓降,就少,其阻抗為 1/jc。 蓄電池的內阻不是純電阻,里面存在有容性成分,故交流信號經過蓄電池后相位差會發生變化。所以要測出蓄電池的阻抗,還要測出相位差。為了測出相位差我們需要一個參考電壓,電阻Ro,就是提供一個參考電壓,R取值1K,流過一個恒定的交流信號,如公式(10)所示 (10) R上產生一個的電壓信號,如公式(11)所示 (11)設計總體框圖如圖2所示 圖2 設計總體框圖 因為交流信號經過蓄電

29、池后,在蓄電池兩端的相應信號十分微弱,直接取值不方便,并且如果直接取值還攜帶有直流信號,故我們選擇一個差分放大器,其輸入信號就是蓄電池兩端的的信號,經過差分放大。得到蓄電池兩端的交流相應電壓信號,并且此時已經將直流信號去掉。同樣我們對的參考信號R兩端的信號作為輸入信號也經過差分放大器。所以,我們就需要兩個完全一樣的差分放大器,放大器我們選用INA2321芯片,INA2321放大器一塊芯片里面有兩個完全一樣的放大器。故經過INA2321后,信號放大同樣的倍數。 放大后的信號經過AD8302幅相檢測芯片可以得到兩個輸入信號的幅度之比和兩輸入信號的相位差。假設幅度之比為q,那么蓄電池兩端的相應電壓信

30、號如公式(12)所示 (12) 帶入阻抗公式(2)和(3),其中VoU qARo,IsIA 得公式(13) RqRocos(13) 在單片機里數據處理后,送入LCD顯示。直觀現實出來蓄電池性能的好壞。 3.2 主處理器模塊 AT89C51它是由一個8位中央處理器,一個256B片內RAM以及4KB Flash ROM,還要21個特殊功能存放器,4個8位并行I/O口,兩個16位定時/計數器,一個串行I/O口以及中斷系統等局部組成,各個功能部件通過片內單一總線連為一體,集成在一塊芯片上。 (1)主要特性 ?與MCS-51 兼容 ?4K字節可編程閃爍存儲器 ?壽命:1000寫/擦循環 ?數據保存時間:

31、10年 ?全靜態工作:0Hz-24Hz ?三級程序存儲器鎖定 ?128*8位內部RAM ?32可編程I/O線 ?兩個16位定時器/計數器 ?5個中斷源 ?可編程串行通道 ?低功耗的閑置和掉電模式 ?片內振蕩器和時鐘電路 AT89C51引腳如圖3所示 圖3 AT89C51引腳 (2)管腳說明: VCC:供電電壓。 GND:接地。 P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器,它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時

32、P0外部必須被拉高。 P1口:P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。 P2口:P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫“1時,其管腳被內部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。

33、在給出地址“1時,它利用內部上拉優勢,當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能存放器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口:P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1后,它們被內部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下所示: P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 /INT0(外部中斷0) P3.3 /INT1(外部中斷1) P3.4 T0(

34、記時器0外部輸入) P3.5 T1(記時器1外部輸入) P3.6 /WR(外部數據存儲器寫選通) P3.7 /RD(外部數據存儲器讀選通) P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數據存儲器時,將越過一個脈沖不作用與它。還有,只有當

35、ALE在進行MOVX的任務的時候,MOVC的指令是在ALE的作用下才起作用的,另外,該被作用的引腳被提高。還有要在意的是:如果設計的微處理器正處在外部執行命令的狀態的時候,ALE會禁止不會作用與誰,所以此時的置位動作會無效化。 /PSEN:即外部程序存儲器的選通信號。每個機器周期兩次/PSEN有效的時候是這命令在由外部程序存儲器取指期間。但是當命令在訪問外部數據存儲器的時間,這兩次有效的/PSEN信號將不會出現。 /EA/VPP:即外部訪問允許,當欲使CPU只訪問外部存儲器的時候,必須要使EA端保持在低電平的狀態,并且接地。另外,我們需要注意的是:如果加密為LB1被編程,復位的時候內部會自動鎖

36、存EA端當時的狀態。如EA端為高電平,CPU就好執行內部存儲器設定好的指令。當Flash存儲器編程時,該引腳會加上+12V的編程允許電源Vpp,當然該器件的額定電壓必須是12V的。 XTAL1:振蕩器反向放大器和內部時鐘發生器的輸入端。 XTAL2:振蕩器反向放大器的輸出端。 本設計采用的處理器模塊如圖4所示 圖4 主處理器模塊3.3 探測電路 此電路就是連接蓄電池的直接電路,伸出的兩根線,分別如蓄電池的正負極相接,即可完成。該局部電路如圖4所示圖5 探測電路3.4 差分放大電路 放大器芯片INA2321是INA321系列輸入輸出電壓范圍可以到達電源電壓的提供的微功耗 CMOS 儀表放大器,可

37、以單電源以及雙電源。INA321 系列提供低本錢、低噪聲、微功耗的差分信號的放大器 40A 的電流消耗。 當芯片關閉,該INA321 有靜態電流小于 1A。在幾納秒返回到正常工作,關機功能,可以在使INA321 得到最正確應用,低功耗電池或多路復用。在內部增益配置為 5V/V,INA321 提供了靈活的外接電阻可以得到靈活的增益。3.4.1 INA321芯片簡化圖 該芯片引腳如圖5所示 圖6 INA321芯片引腳 引腳5、6分別與1接上電阻R1和R2,電阻阻值的不同可以得到不同的增益,如公式(14)所示 (14)3.4.2 INA2321電路圖 INA2321芯片有兩個這樣的,接法與之類似,其

38、INA2321芯片的外圍連接電路如圖6,引腳3和2接蓄電池兩端的信號,引腳5和6接電阻Ro兩端的信號。作為差分放大器的輸入信號。輸出端為引腳13和9。此放大電路濾出了直流成分的影響,而且解決了,相應信號微弱,難易采集的問題,其中根據實際情況,圖中電阻R7、R8、R9、R10的阻值選取適宜的阻值。但是R7與R10、R9與R8必須分別取值相同,才能得到相同的增益。另外,INA2321中兩個放大器存在相同的環境中(溫度等),即它們產生相同的放大倍數。圖7 差分放大電路3.5 幅相檢測電路 本次設計使用的芯片可以得到兩個輸入信號的幅度之比和兩個輸入信號的相位差。3.5.1 AD8302電路圖 AD83

39、02芯片的外圍連接電路如圖8 圖9 幅相檢測電路 R1,R2為輸入端電阻。R3為UREF輸出端的負載。C1、C4為交流輸入的耦合電容,C2和C3為濾波電容,C5,C6為電源退耦電容。 3.6 模數轉換模塊設計3.6.1 模數轉換芯片AD0809 AD0809芯片引腳如圖9所示圖10 AD0809芯片引腳 (1)A/D轉換器的功能是將模擬量電信號轉換成數字量。 A/D轉換器的工作電壓:+5V;由于片內無時鐘,所以一般都需要外加640KHz以下且不低于100KHz的時鐘信號;模擬多路轉換開關一般采用8路模擬開關和3位地址鎖存與譯碼器組成的轉換開關,地址鎖存即是將ADDC、ADDB和ADDA進行鎖存

40、,然后就通過譯碼電路選擇其中一個電路的信號加到A/D轉換局部,然后對其進行轉換。 (2)ADC芯片的控制信號 啟動轉換信號(START):是由CPU提供給ADC芯片的,在正脈沖的下降沿轉換開始; 轉換結束信號(EOC):一旦啟動轉換,EOC立即變低,直至轉換結束,EOC輸出高電平,通知CPU轉換已結束; 允許輸出信號(OE):ADC轉換結束后,轉換結果存放在輸出鎖存器中,并沒有送入數據總線上。CPU取數時,發出OE信號選通芯片內部的三態輸出緩沖器將數據輸出。 (3)引腳功能 D7D0:8位數據輸出線 IN7IN0:8路模擬量輸入端 ADDC、ADDB、ADDA:三位地址輸入線,他們的作用是選擇

41、8路模擬輸入中的一路處于通行狀態。 ALE:地址鎖存允許信號,輸入,高電平有效。 START:A/D轉換啟動信號,輸入,高電平有效。 EOC:A/D轉換結束信號,輸出,當A/D轉換結束時,此端輸出一個高電平,在轉換期間都是低電平。 OE:數據允許輸出信號,輸入,只有在高電平的時候才有效。當A/D轉換結束的時候,在此端口輸入一個高電平之后,才能使輸出三態門翻開,到達輸出我們需要的數字量。 CLOCK:時鐘脈沖輸入端。該時鐘頻率要求不能超過最高頻率。 REF(+)、REF(-):基準電壓。 Vcc:電源,單一+5V 另外,對于模擬的輸入和數字量的輸出的關系為:N=(VIN-VREF(-)×

42、;256/(VREF(+)-VREF(-),當VREF(+)=+5V,VREF(-)=0V,假設輸入模擬電壓為2.5V,那么轉換后的數字量N=128,即二進制數:10000000B3.6.2 ADC0809與單片機的接口電路 AD0809芯片與單片機的連接如圖10所示圖11 AD0809與單片機的連接圖 引腳ADD A 、ADD B、ADD C分別接單片機P2.3、P2.4、P2.5,用來選擇需轉換的模擬通道,轉換的數字量與單片機的P1口相連,當OUTPUT ENABLE引腳有效時,單片機讀取轉換過的數據。 3.7 液晶顯示3.7.1 LCD1602介紹 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字

43、母、數字、符號等點陣式LCD,目前常用16*1,16*2,20*2和40*2行等的模塊。本設計用的是16*2(16列2行) 模塊。1602可以顯示內部常用字符包括阿拉伯數字,英文字母大小寫,常用符號和日文假名等,也可以顯示自定義字符單或多個字符組成的簡單漢字,符號,圖案等,最多可以產生8個自定義字符。 (1)1602LCD采用標準的14腳(無背光)或16腳(帶背光)接口,各引腳接口說明: 第1腳:VSS為電源地。 第2腳:VDD(+5V) 第3腳:Vee,比照調整電壓。 第4腳:RS,輸入,0輸入指令,1輸入數據。 第5腳:R/W,輸入,0向LCD寫入指令或數據,1從LED讀取信息。 第6腳:

44、E,輸入,使能信號,1時讀取信號,10為下降沿,執行指令。 第714腳:DB0DB7,輸入/輸出,數據總線。 第15腳:A,+VCC,LCD背光電源正級。 第16腳:K,接地,LCD背光電源負極。 (2)1602LCD的指令說明 1602LCD的指令共有11條指令: 指令1:清屏指令。 指令2:光標歸為指令。 指令3:進入模式設置指令。 指令4:顯示開關控制指令。 指令5:設定顯示屏或光標移動方向指令 指令6:功能設定指令。 指令7:設定CGRAM地址指令。 指令8:設定DDRAM地址指令。 指令9:讀取忙信號或AC地址指令。 指令10:數據寫入DDRAM或CGRAM指令一覽。 指令11:從C

45、GRAM或DDRAM讀取數據的指令一覽。 (3)讀寫操作時序如下圖:讀操作時序寫操作時序 (4)1602LCD的RAM地址映射 液晶顯示模塊這種器件在顯示的時候非常慢的,所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平,表示不忙,否那么此指令失效。1602的內部顯示地址如圖13所示。圖14 1602LCD內部顯示地址3.7.2 LCD1602與單片機的接口電路 LCD1602與單片機的連接如圖14所示圖15 LCD1602與單片機的連接 控制信號由單片機 P2.0P2.2控制,數據從P0.0P0.7引入。通過P2.0來選擇是用數據存放器還是指令存放器,P2.2作為芯片使能端子,P2.1控制

46、芯片是進行讀操作還是寫操作。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件,所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平,表示不忙,否那么此指令失效。 4 系統軟件設計4.1 蓄電池自動監測系統軟件總體程序設計 在設計軟件的時候,我們應該要明確我們所設計的系統要做到哪些功能。通過設計需要,我們知道設計的系統在使用之前必須要進行嚴密的校準過程,不然就好導致我們測量的結果誤差甚至是錯誤,以至于無法做到對蓄電池有效監控,在校準的過程中,應該包括基準電壓的輸入,和電流量程的輸入;還要對蜂鳴器報警上限和下限進行提前設置,其中需要設置的有溫度上限、電壓上下限、內阻上限;另外要保證測量的準確性,我們還需要設置的有本機

47、地址、讀取溫度序列號、通訊波特率、等這些根本的參數。在我們所設計的蓄電池自動監測系統要使用的時候,我們還要對蓄電池的當時的狀態進行一些必要的測量,然后還要對測量的結果進行一系列的校準,然后通過測量,校準得到的數據來計算出蓄電池的電動勢的值以及蓄電池的內阻,并通過液晶顯示屏顯示出來。由于我們所設計的系統能夠測量多路,所以選擇顯示屏要顯示哪一路的數據就需要我們使用鍵盤來完成顯示屏的顯示。與此同時,我們所設計的系統還應該能夠判斷出所測量的各個參數值是否已經超限,如果超限了,就需要控制蜂鳴器自動報警,以到達讓我們對工作的機械的調整以及維修。系統還要具有與上位機通訊的功能。4.2 總電路圖 通過一系列的

48、要求,我們所設計的系統電路如下列圖所示,該系統電路圖的核心局部我們使用的是單片機AT89C51,在該系統運行的時候,所測量到的的電壓和電流的值會直接送到A/D轉換器中,測量到的溫度的數據會被直接送到單片機中,經過單片機的一些處理后,然后就會被送到LCD。對于該系統所檢測出的數據:其中包括電壓值和電流值以及溫度大小,全部都可以在LCD上面做出反響,另外,我們還可以可以提前設定一個蜂鳴器的報警范圍,當測量的數據超出我們所設定的報警范圍的時候,蜂鳴器就會自動啟動,以到達報警的效果。 總電路圖 4.3 程序流程圖 系統的正常工作是硬件與軟件共同完成的。本系統下位機軟件采用C 語言編寫,采用模塊化的程序

49、設計方法,主要包括初始化模塊、主程序模塊、電壓/ 電流采/溫度集模塊、放電控制模塊、通訊模塊、顯示模塊、數據記錄模塊。這里蓄電池監測主要是對蓄電池組進行監測,下面為主程序流程圖如下列圖所示: 系統程序流程圖 上述的參數判斷主要是針對溫度,因為蓄電池的最高承受溫度是65攝氏度。所以當溫度超過蜂鳴器會響 數字式溫度傳感器DSl8B20可將測量到的溫度以兩個字節的形式存放在內部的芯片存儲器中。由于它采用了的通訊的方式,當在總線上面存在了多于一個DSl8B20的時候,就需要我們先指定出一個主DSl8B20了,讓它擁有特殊的權利,即是該主DS18B20占用總線的特殊權力。由于存在這個原因,在存在多個DS

50、l8B20的系統的時候,在系統能正常工作前,我們就需要對系統中所有存在的DSl8B20的序列號進行讀取,然后將它們都保存在系統的存儲器中。 DSl8B20的內部命令我們分成了兩種;暫存器命令、ROM命令。其中暫存器命令指的是對DSl8B20中存儲器的一些操作,它包括對溫度的讀取、轉換、以及上限和下限值的操作。但是DSl8B20假設想要實現某一個命令,還必需要ROM命令和暫存器命令這兩個命令同時使用的配合使用,才能實現該命令的完成。另外ROM命令的任務是負責對DS18B20內部ROM的操作,其中包括對序列號的尋址、讀取、搜索等操作。我們所設計的測溫程序的流程如下圖。 測溫程序流程圖2.電流電壓讀入程序 由于電流由敏感元件測量得到,電壓通過精密電阻的分壓得到,所以只涉到數據處理。 電流電壓讀入流程圖 我們所設計的蓄電池自動監測系統,其中要求該系統能夠和上位機之間到達通訊。對于通訊方式,我們所設計的單片機有總共存在4種串行通訊方式。在蓄電池監測系統中我們選擇了其中一種通訊方式。對于該方式我們選擇的是方式3,該通訊方式是11位異步收發,波特率由定時器l控制,在使用前要設置波特率,并且通訊方式3適用于多機通訊。在方式3前提下,通訊時