本科畢業(yè)論文全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)DESIGN OF THE AUTOMATIC DETECT CAPACITYOF STORAGE BATTERY INSTRUMENTATION學(xué)院（部）：電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年 月 日全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為核心的蓄電池容量檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)AT89C51單片機(jī)軟件編程可以實(shí)現(xiàn)以下基本要求：1、通過(guò)蓄電池放電測(cè)量電池容量；2、測(cè)量電壓動(dòng)態(tài)值；3、可切換顯示電池容量/電壓；4、測(cè)量結(jié)束后有報(bào)警提示。為了檢測(cè)蓄電池的端電壓，以便顯示電壓，要進(jìn)行電壓采樣，并且采樣電路為小電流

2、放電，使所測(cè)試的電壓值比較準(zhǔn)確；為了檢測(cè)蓄電池的容量，要進(jìn)行電流采樣，并且為大電流放電，放電電流為3A-4.5A，還要求放電電流盡可能恒定。系統(tǒng)的恒流放電電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測(cè)的準(zhǔn)確。實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示電壓，放電到10.5V則放電結(jié)束。實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所放出的容量，積分計(jì)算出容量，不須人工計(jì)算。采用了Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)片內(nèi)有4K的ROM，不需外接ROM，由它設(shè)計(jì)制成的數(shù)字顯示的蓄電池容量檢測(cè)系統(tǒng)，其整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)單片化結(jié)構(gòu)，硬件電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，主要功能均由軟件編程實(shí)現(xiàn)，因此體積小、可靠性高、測(cè)量

3、顯示方便、直觀、價(jià)格低廉。關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池，容量檢測(cè)，恒流放電DESIGN OF THE AUTOMATIC DETECT CAPACITY OFSTORAGE BATTERY INSTRUMENTATIONAbstractThe design is battery measurement system, of which AT89C51 micro controller as the core, through the software programming of AT89C51 SCM can achieve the following basic requirements: 1, b

4、attery capacity measurement by battery discharge; 2, measuring dynamic value of voltage, 3, may switch display the battery capacity / voltage; 4, alarm after the end of a measure.In order to detect the battery voltage, show that voltage, we must sample voltage, and sampling circuit is small current

5、discharge so that test the voltage more accurate; To test the battery capacity, we must sample current, and discharge current is large. Discharge current is 3A-4.5A, also requires discharge current constant as possible. The constant current discharge circuit is composed of Integrated Operational amp

6、lifier. Structure is simple, and adjustment is easy. The constant discharge circuit ensure that the discharge current fundamental constant, so as to ensure the accurate of capacity detection. Measure and display voltage by real-time, 10.5 V to the discharge, and the discharge is over. Display capaci

7、ty by real-time, and calculate the capacity by integration, do not need manual calculations. Using AT89C51 SCM of Atmel, 4K ROM within the SCM, without external ROM, the battery capacity detection system, design made of it, showed its monolithic structure, hardware circuit is simple, the main functi

8、on work by the software programming. So size is small, it is highly reliable and measurement and showing is convenient, intuitive, price is low.Key words: Lead-acid batteries , Capacity detection ,Constant current discharge目 錄摘要（中文）I摘要（外文）II1緒論11.1課題研究的目的與意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況11.3 本設(shè)計(jì)要完成的工作32全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的原理

9、簡(jiǎn)述52.1電池容量檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述52.1.1 蓄電池容量檢測(cè)方法52.1.2 蓄電池容量試驗(yàn)條件及要求72.1.3 恒流放電電路的介紹72.2 水浴溫度檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述8蓄電池容量與環(huán)境溫度的關(guān)系82.2.2 水浴溫度控制PID算法介紹83 硬件設(shè)計(jì)113.1 AT89C51簡(jiǎn)介113.1.1 主要特性113.1.2 時(shí)鐘振蕩電路和復(fù)位電路123.2 溫度檢測(cè)硬件設(shè)計(jì)133.3 溫度控制部分硬件設(shè)計(jì)143.4電源穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)163.5恒流放電電路的設(shè)計(jì)183.6 數(shù)字顯示及鍵盤電路的設(shè)計(jì)193.7 報(bào)警電路及通信模塊23報(bào)警電路的設(shè)計(jì)233.7.2 通信模塊的設(shè)計(jì)233.8 A/D和D/

10、A接口電路的設(shè)計(jì)244 軟件的設(shè)計(jì)274.1主要度量轉(zhuǎn)換274.2 主程序的流程圖314.3 A/D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)324.4鍵盤掃描程序的設(shè)計(jì)334.5數(shù)字顯示程序的設(shè)計(jì)374.6 溫度控制程序設(shè)計(jì)385 結(jié)論與展望40參考文獻(xiàn)41致 謝431緒論1.1課題研究的目的與意義鉛酸蓄電池經(jīng)過(guò)百余年的發(fā)展與完善已成為世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，具有良好的可逆性、電壓特性平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)、適用范圍廣、原材料豐富(且可再生使用)及造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通訊、電力、鐵路、礦山、港口、國(guó)防、計(jì)算機(jī)、科研等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類生活中不可缺少的產(chǎn)品。隨著鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用

11、，如何精確檢測(cè)蓄電池容量成為廣大用戶極為關(guān)注的問(wèn)題。GB5008.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“整個(gè)試驗(yàn)期間蓄電池均放置在溫度25±2的水浴中”，由此可見(jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)溫度的要求25±2范圍較為精確，且規(guī)定電池、水浴之間的距離，使之在反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)相互影響。因?yàn)樾铍姵胤烹娙萘颗c溫度的關(guān)系密切，標(biāo)準(zhǔn)才規(guī)定±2的要求，第一，只有在相同的環(huán)境條件下的試驗(yàn)結(jié)果才具有可比性，可重復(fù)性；第二，在放電過(guò)程中，蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，是放出能量，蓄電池要從環(huán)境中吸熱，蓄電池溫度下降，為避免影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，需要有恒溫水浴向蓄電池補(bǔ)充熱能使其溫度恒定。質(zhì)檢部門的監(jiān)督檢驗(yàn)及仲裁檢驗(yàn)，工商部門市場(chǎng)監(jiān)

12、測(cè)，教學(xué)研究等工作，務(wù)求對(duì)蓄電池容量檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。務(wù)必使試驗(yàn)溫度保持在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，才能減少系統(tǒng)誤差，得出精確數(shù)據(jù)，真實(shí)反映產(chǎn)品的質(zhì)量水平。研制蓄電池容量檢測(cè)系統(tǒng)很有必要。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況電池工業(yè)是新能源領(lǐng)域的重要組成部分，是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)新熱點(diǎn)，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類生活中不可或缺的產(chǎn)品。鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途和應(yīng)用前景的新型綠色能源體系, 同時(shí)關(guān)系到國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，致力于研究蓄電池容量檢測(cè)儀的研制，鉛酸蓄電池技術(shù)不斷發(fā)展，一些產(chǎn)品日臻成熟。2008中國(guó)儀器儀表與測(cè)控技術(shù)報(bào)告大會(huì)論文集中由楊明欣 佘勇孟 芳高 國(guó)富等人提出的全自動(dòng)蓄電池容量

13、檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)以陶瓷加熱器(PTC)作為蓄電池放電負(fù)載，對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流放電測(cè)試，通過(guò)計(jì)算得到待測(cè)蓄電池的實(shí)際電容量。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為核心，采用PID算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載(陶瓷加熱器PTC)阻抗的精確控制，以保證放電電流的恒定。此外，系統(tǒng)還具備欠壓、過(guò)壓報(bào)警、20條放電信息的存儲(chǔ)查詢以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘等功能，自動(dòng)化程度高，有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。學(xué)術(shù)期刊通信電源技術(shù)2008年2期收錄的由高玉峰、劉亞龍、李春平所著的基于改進(jìn)型Boost電路的鉛酸蓄電池容量檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)，針對(duì)鉛酸蓄電池容量檢測(cè)的特點(diǎn),提出了一種以Boost電路為主電路,應(yīng)用PI調(diào)節(jié)和PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒流放電的方案.對(duì)傳統(tǒng)Boost電路進(jìn)行改進(jìn),

14、解決了啟動(dòng)浪涌電流大和蓄電池誤接自保護(hù)的問(wèn)題.闡述了放電電阻的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,給出了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則.仿真和實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。另外，在學(xué)術(shù)期刊工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置2011年4期中收錄的由賈承謐所著的全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的研制。文章介紹研制的全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀,該機(jī)配有光電隔離型模入、I/O信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊,提供了USB接口,方便與PC機(jī)相聯(lián),操作系統(tǒng)用目前流行的Windows,對(duì)4路蓄電池容量并行檢測(cè),每路可檢測(cè)單個(gè)6/12/24 V蓄電池,放電電流從0.0180 A實(shí)現(xiàn)程序可控,能精確檢測(cè)每個(gè)蓄電池的容量.在2012年3期的電源技術(shù)學(xué)術(shù)期刊中由儲(chǔ)開(kāi)斌、陳樹(shù)越、何寶祥所著的基于DSP的蓄電

15、池容量性能測(cè)試儀的設(shè)計(jì)中提出了一種基于DSP的蓄電池容量性能測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方案.以DSP為核心,多種控制模塊為主要結(jié)構(gòu),用于測(cè)試蓄電池的容量、壽命及配組等相關(guān)指標(biāo).其中,充放電模塊采用線性方案,高精度數(shù)據(jù)采集采用DSP內(nèi)置A/D芯片,實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量,符合國(guó)標(biāo)對(duì)蓄電池的測(cè)試要求.可為研究分析和改善使用的蓄電池性能和壽命提供科學(xué)依據(jù).該儀器可單機(jī),也可通過(guò)RS-485進(jìn)行組網(wǎng)測(cè)試,具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景.雖然上述的研究已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池容量檢測(cè)的合理化，也有部分已經(jīng)成為產(chǎn)品，但是由于這種技術(shù)的限制以及電池內(nèi)部能量的不可量化性，其產(chǎn)品仍不能滿足要求。針對(duì)目前的實(shí)際情況，就蓄電池制造廠家、蓄電池測(cè)試技

16、術(shù)研究機(jī)構(gòu)，以及廣大蓄電池維護(hù)人員而言，都在積極探索一種快速、準(zhǔn)確、可靠、安全的蓄電池測(cè)試技術(shù)。特別對(duì)于廣大現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師而言，這種需求更顯迫切。遺憾的是，蓄電池是實(shí)現(xiàn)化學(xué)與電能之間轉(zhuǎn)換的一種非常復(fù)雜的裝置。蓄電池的放電過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程，蓄電池的充電過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化變?yōu)榛瘜W(xué)能的的過(guò)程。從電化學(xué)的角度，不能對(duì)于使用者提供更多的內(nèi)部的信息。對(duì)它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測(cè)試是非常困難的。由于目前多是密封蓄電池，型號(hào)和規(guī)格千變?nèi)f化，性能也不盡相同，外部只有兩個(gè)電極接頭。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，從外部來(lái)看，密封蓄電池是一個(gè)“黑箱”，至少是一個(gè)“灰箱”。對(duì)于蓄電池的設(shè)計(jì)和制造者同樣如此。蓄電池容量測(cè)試技術(shù)的難

17、點(diǎn)：(1)蓄電池的化學(xué)能不能直接測(cè)量。(2)蓄電池化學(xué)能本身是一個(gè)變量。由于化學(xué)反應(yīng)不完全可逆。化學(xué)能隨著使用次數(shù)和使用時(shí)間、儲(chǔ)存時(shí)間而衰減。(3)使用容量又與工作溫度和充、放電率，充、放電的方法有關(guān)，并隨著SOC狀態(tài)等條件在變化。(4)容量相同的密封蓄電池的負(fù)載電壓和內(nèi)阻本身具有離散性。即使對(duì)于同一個(gè)廠、同期生產(chǎn)的、同型號(hào)的蓄電池也是如此，無(wú)法避免。而且，對(duì)于蓄電池組，使用時(shí)間越長(zhǎng)，蓄電池個(gè)體之間的差異性和離散性越大，會(huì)出現(xiàn)兩極分化。(5)難以等效。一般來(lái)說(shuō)，不能使用線性元器件或者其任意的組合來(lái)等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。退一步說(shuō)，使用非線性元器件的組合，可以等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也僅適用于特定的

18、電池和特定的條件。不能適用于各種規(guī)格的電池以及同一個(gè)電池在不同的使用條件。1.3 本設(shè)計(jì)要完成的工作蓄電池具有良好的可逆性，電壓特性平穩(wěn)等諸多的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類生活中不可缺少的產(chǎn)品，為了真實(shí)反其產(chǎn)品的質(zhì)量水平，精確檢測(cè)蓄電池容量，GB5008.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“整個(gè)試驗(yàn)期間蓄電池均放置在溫度25±2的水浴中”。所以全自動(dòng)容量檢測(cè)儀工作時(shí)必須包括二部分，即蓄電池容量檢測(cè)部分和水浴恒溫控制部分。整個(gè)全自動(dòng)蓄電池檢測(cè)包括多路電壓電流檢測(cè)模塊、水溫檢測(cè)模塊、多路模擬開(kāi)關(guān)選通模塊、高速A/D轉(zhuǎn)換電路模塊、計(jì)數(shù)/定時(shí)模塊、AT89C51單片機(jī)控制模塊、鍵盤輸入模塊、LED顯示模塊、

19、恒流負(fù)載控制模塊、恒溫調(diào)節(jié)模塊等組成。如圖1.1所示。水浴恒溫控制部分，由于整個(gè)試驗(yàn)期間要求蓄電池均放置在溫度25±2的水浴中，所以控制過(guò)程中必須及時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行精確控制。首先通過(guò)鍵盤設(shè)定恒溫經(jīng)行時(shí)的溫度值，并且用數(shù)碼管顯示，然后在運(yùn)行過(guò)程中將采樣的溫度模擬量輸入A/D轉(zhuǎn)換器中經(jīng)行模擬-數(shù)字裝換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字用數(shù)碼管顯示，最后用單片機(jī)輸出控制量，D/A轉(zhuǎn)換后通過(guò)光電隔離和驅(qū)動(dòng)電路送到可控硅SCR控制端，從而控制加熱器的通電加熱功率。 電池容量檢測(cè)部分，在容量檢測(cè)時(shí)必須按20h率容量、10h率容量、7min率27min率、儲(chǔ)備容量的放電要求，即使同一的型號(hào)蓄電池的按不同的要求也有不同

20、的放電電流，所以必須選擇可控的恒流負(fù)載器。首先根據(jù)蓄電池的型號(hào)和容量檢測(cè)的要求計(jì)算出放電電流，然后選擇合適恒流負(fù)載器中繼電器的開(kāi)關(guān)，在測(cè)量期間對(duì)多路電壓、電流的檢測(cè)，經(jīng)過(guò)高速多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器，將轉(zhuǎn)換的數(shù)字用數(shù)碼管顯示，單片機(jī)根據(jù)鍵盤的輸入值來(lái)控制橫流負(fù)載器的繼電器開(kāi)關(guān)。如此可實(shí)現(xiàn)4路蓄電池容量的高精度檢測(cè)。圖1.1 全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)的系統(tǒng)框圖2全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的原理簡(jiǎn)述2.1電池容量檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述2.1.1 蓄電池容量檢測(cè)方法1.恒流放電法恒流放電法即100%C的深度放電，它具有容量測(cè)試準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此，仍然是目前世界上檢測(cè)電池性能的最可靠方法。核對(duì)放電法即全放電

21、的容量試驗(yàn)，是檢測(cè)電池容量最直接、最可靠的方法，無(wú)論是在線還是離線進(jìn)行檢測(cè)，都必須設(shè)置備用電源作為防范措施，以保證系統(tǒng)的安全。傳統(tǒng)的核對(duì)放電設(shè)備普遍采用電阻絲進(jìn)行核對(duì)放電，并且是人工操作，程序繁瑣，存在一定的人身危險(xiǎn)，這種傳統(tǒng)的核對(duì)放電試驗(yàn)方式正在逐步被淘汰。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用了新型的等效的電子負(fù)載，以保證電池組恒流放電。經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)后，可以找出最落后的一到幾節(jié)電池，以落后電池到達(dá)終止電壓時(shí)的放電時(shí)間與放電電流來(lái)估算其容量，并以此容量作為整組電池的容量。不過(guò)它的缺點(diǎn)也很突出，主要表現(xiàn)為：(1)放電時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)大，電池組須脫離系統(tǒng)，蓄電池組所存儲(chǔ)的化學(xué)能全部以熱能形式消耗掉，既浪費(fèi)了電能又費(fèi)時(shí)費(fèi)

22、力，效率低；少數(shù)放電系統(tǒng)采用逆變技術(shù)可以將化學(xué)能予以回收利用。(2)進(jìn)行核對(duì)性放電試驗(yàn)，必須具備一定條件，首先，盡可能在市電基本保障的條件下進(jìn)行；其次，必須有備用電池組。(3)目前，核對(duì)放電只能測(cè)試整組電池容量，不能測(cè)試每一節(jié)單體電池容量，以容量最低的一節(jié)作為整組容量，而其他部分電池由于放電深度不夠，其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來(lái)。(4)有損蓄電池的容量。由于蓄電池的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不是完全可逆的。全深度循環(huán)放電的次數(shù)是有限的，所以，不宜對(duì)鉛酸蓄電池頻繁進(jìn)行深放電。但是間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，兩次核對(duì)之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。我們會(huì)面臨兩難的選擇。密封蓄電池的使用壽命是否終結(jié)的主要判據(jù)為，電池的

23、剩余容量是否滿足機(jī)房工作要求，或者滿足有關(guān)維護(hù)規(guī)程的要求。國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程中的恒流放電試驗(yàn)?zāi)壳叭允俏ㄒ槐还J(rèn)的測(cè)試剩余容量的最有效方法，它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時(shí)刻能否發(fā)揮作用，確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。2.不完全放電測(cè)試法對(duì)于電池組采用1%5%C的淺度放電；機(jī)房可以沒(méi)有備用電池組。在放電狀態(tài)下，對(duì)蓄電池組的各單體電池的端電壓進(jìn)行巡檢，找出端電壓下降最快的一只，將其確認(rèn)為落后電池，再利用核對(duì)放電儀器，對(duì)該節(jié)電池進(jìn)行核對(duì)放電，檢測(cè)其容量，即代表該組電池的容量。目前，此法可以較快地判定電池組中部分或者個(gè)別落后或劣化電池，但還不足以準(zhǔn)確測(cè)定電池的好壞程度，包括電池的容量等指標(biāo)，僅適宜作為一個(gè)

24、定性測(cè)試的參考。以前有廠家根據(jù)客戶的需求特點(diǎn)，推出一系列在線測(cè)試電池容量的設(shè)備與儀器，即在線檢測(cè)儀或在線巡檢儀，但是除了少數(shù)情況外，一般都達(dá)不到一個(gè)很理想的效果。原因是多方面的，其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因，有蓄電池電化學(xué)特性的原因，即容量相同的蓄電池的負(fù)載電壓本身具有離散性。大量研究實(shí)踐證明，即便是淺度放電狀態(tài)，單純通過(guò)電壓高低完全不足以判別電池性能的好壞。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小，并可以快速查找落后電池。不過(guò)最大的缺點(diǎn)還是測(cè)試精度低，只能作為電池落后狀態(tài)判定依據(jù)，不能準(zhǔn)確測(cè)算電池的好壞程度及電池容量指標(biāo)。同時(shí)測(cè)試要求較高，測(cè)試情況還不是很理想，尤其是容量測(cè)試準(zhǔn)確度較低。3.

25、電導(dǎo)(內(nèi)阻)測(cè)量法電導(dǎo)測(cè)試線是目前主要的日常維護(hù)儀器。從測(cè)試技術(shù)分為交流法和直流法，使用95%以上的電導(dǎo)(內(nèi)阻)測(cè)量?jī)x屬于交流法。交流法電導(dǎo)測(cè)量是向蓄電池兩端加一個(gè)已知頻率和振幅的交流電壓信號(hào)，測(cè)量出與電壓同相位的交流電流值，其交流電流分量與交流電壓的比值即為電池的電導(dǎo)。電導(dǎo)是頻率的函數(shù)，不同的測(cè)試頻率下有不同的電導(dǎo)值，電池的容量越小，電池電阻越大，電導(dǎo)值越小。電導(dǎo)法能準(zhǔn)確查出完全失效的電池，根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)分析及研究結(jié)果證明，電池的容量只有降低到50%時(shí)，內(nèi)阻或者電導(dǎo)會(huì)有所變化，降低到40%以后，會(huì)有明顯變化，所以，根據(jù)電池電導(dǎo)值或者內(nèi)阻值，可以在一定程度上確定電池的性能。采用電導(dǎo)法測(cè)試電池的

26、內(nèi)阻或電導(dǎo)是判定蓄電池好壞的一種有價(jià)值的參考思路，但是問(wèn)題如下：(1)對(duì)于電池的好壞程度，還不能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)；不足以準(zhǔn)確地測(cè)算出電池的實(shí)際性能指標(biāo)，尤其是容量指標(biāo)；不能判斷(SOC)容量50%以上的蓄電池的好壞；不能到達(dá)國(guó)標(biāo)的要求。根據(jù)國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程以及蓄電池維護(hù)效果要求，電池組荷電容量達(dá)不到80%便應(yīng)整組淘汰。(2)不同型號(hào)的儀表測(cè)量結(jié)果的差異性較大，由于各種交流法測(cè)量?jī)x的測(cè)量頻率(15Hz1000Hz)、測(cè)量方法(相位差法、有效值法、調(diào)制解調(diào)法、比較法等等)和測(cè)量電流(1A10A)相差較大，讓使用不同的測(cè)量?jī)x對(duì)于同一塊電池的測(cè)量結(jié)果相差較大，有時(shí)相差一倍。造成用戶選擇儀表困難，

27、以及對(duì)于儀表測(cè)量結(jié)果的可信度懷疑。目前基于直流法的電導(dǎo)(內(nèi)阻)測(cè)量?jī)x檢測(cè)水平也未能超出交流法測(cè)量?jī)x。電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)雖然測(cè)試工作比較簡(jiǎn)單，但是，由于內(nèi)阻與容量是非線性的，所以，測(cè)試結(jié)果不能很好地反映蓄電池的真實(shí)健康狀況。4.安時(shí)Ah容量法對(duì)于動(dòng)力蓄電池，蓄電池需要頻繁的充電、放電。往往采用Ah容量法。使用Ah容量法記錄的電能量，需要知道蓄電池的初始狀態(tài)和終點(diǎn)SOC；但是初始狀態(tài)和終點(diǎn)SOC受到下述多種因素的影響，在一般情況下，并不是一個(gè)常數(shù)。所以安時(shí)Ah容量法僅能紀(jì)錄已經(jīng)使用或通過(guò)電量計(jì)的電量，而不能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)終點(diǎn)SOC。 而本設(shè)計(jì)采用恒流放電，該電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。

28、該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測(cè)的準(zhǔn)確。2.1.2 蓄電池容量試驗(yàn)條件及要求容量（ 以啟動(dòng)用鉛酸蓄電池為例）：儲(chǔ)備容量和20 h 率容量。（1）儲(chǔ)備容量試驗(yàn)1） 整個(gè)試驗(yàn)期間，蓄電池均放置在溫度為 25 ±2 的水浴中，電 池上緣露出水面不得超過(guò) 25 mm，蓄電池之間和蓄電池與水浴壁之間的距離，均不得少于 25 mm。2） 蓄電池在完全充電結(jié)束后 l 5 h 內(nèi)。當(dāng)電解液溫度達(dá)到 25 ± 2 時(shí)，以 25 A 電流放電到蓄電池電壓達(dá)（ 10.50 ± 0.05）V 時(shí)終止，記錄放電持續(xù)時(shí)間 t（min） 。（2）20 h 率容量試驗(yàn)

29、1） 整個(gè)試驗(yàn)期間，蓄電池均放置在溫度為 25 ±5 的水浴中，蓄電池上緣露出水面不得超過(guò) 25 mm，蓄電池之間和蓄電池與水浴壁之間的距離，均不得少于 25 mm。2） 蓄電池在完全充電結(jié)束后 1 5 h 內(nèi)，當(dāng)電解液溫度達(dá)到 25 ± 5 時(shí)，以 I20電流放電到蓄電池端電壓達(dá)（ 10.50 ± 0.05）V 時(shí)終止，記錄放電持續(xù)時(shí)間 t2（ min） 。3）20 h 率實(shí)際容量按下式計(jì)算：Ce= I20× t210.01（T25）式中： T 為放電終止時(shí)中間單體蓄電池電解液溫度（ 單位為 ）；0. 01 為溫度系數(shù)。2.1.3 恒流放電電路的介紹為

30、了檢測(cè)蓄電池的容量，需要對(duì)電池進(jìn)行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。隨著放電的進(jìn)行，蓄電池的電壓必然要降低，如不加入恒流放電裝置而是進(jìn)行定電阻放電，則放電電流也會(huì)隨著電壓的降低而降低。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補(bǔ)償降低的電壓，使電流基本恒定。負(fù)載電阻RL比較放大調(diào)整環(huán)節(jié)取樣電阻RS基準(zhǔn)環(huán)節(jié)EEi+-電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，其方框圖為： 圖2.1 恒流放電原理框圖2.2 水浴溫度檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述2.2.1蓄電池容量與環(huán)境溫度的關(guān)系蓄電池的容量是在環(huán)境溫度為25攝氏度時(shí)測(cè)定的，當(dāng)使用環(huán)境溫度不同時(shí)，蓄電池的放電容量（蓄電池內(nèi)部活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)效率）會(huì)有所不同

31、。一般而言，在40攝氏度以下溫度范圍內(nèi)，溫度越低，蓄電池的容量也越小歐；在大于40攝氏度的溫度范圍內(nèi)，蓄電池的放電容量會(huì)有一個(gè)峰值，溫度高于該峰值時(shí)蓄電池的放電容量同樣趨于降低。因此，為準(zhǔn)備描述一只蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)容量，通常在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：也就是說(shuō)，  我國(guó)電動(dòng)自行車蓄電池國(guó)家規(guī)定：若蓄電池在25攝氏度時(shí)的相對(duì)放電容量為100%，則-10攝氏度時(shí)的放電容量不得低于70%。也就是說(shuō)，以25攝氏度為基礎(chǔ)，溫度每下降1攝氏度，蓄電池的放電的容量平均下降量不得低于0.86%，但溫度與容量下降并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，同時(shí)也與各個(gè)廠蓄電池的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，所以在實(shí)際工作中可按下面兩種方法估算：

32、60; 1.溫度每下降1攝氏度，相對(duì)容量下降0.98%。  2.蓄電池以2小時(shí)率放電的標(biāo)準(zhǔn)放電時(shí)間為74min，35攝氏度時(shí)放電140min。 水浴溫度控制PID算法介紹電加熱溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后性和時(shí)變性的特點(diǎn)。例如：其升溫單向性是由于電加熱的升溫、保溫主要是通過(guò)電阻加熱；降溫則通常是依靠自然冷卻，當(dāng)溫度一旦超調(diào)，就無(wú)法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)字方法建立精確的模型，并確定參數(shù)。應(yīng)用傳統(tǒng)的模擬電路控制方法，由于電路復(fù)雜，器件太多，往往很難達(dá)到理想的控制效果。由于無(wú)法用精確的數(shù)學(xué)方法來(lái)建立模型并確定參數(shù)，本設(shè)計(jì)采用PID控制。如圖2.2為原理框圖。PID控制技

33、術(shù)在現(xiàn)在最為成熟，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整，不必求出被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型就可以調(diào)節(jié)，所以在恒溫控制系統(tǒng)中通常采用PID算法。PID是比例（proportional）、積分（intergal）和微分(derivative)三者的縮寫。PID調(diào)節(jié)器的三個(gè)基本參數(shù)kp(比例系數(shù))、ki（積分系數(shù)）、kd(微分系數(shù))是選擇非常重要，它將直接影響一個(gè)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。而三個(gè)環(huán)節(jié)在實(shí)際控制中的作用：1、比例調(diào)節(jié)作用：比例反映系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，用于減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但過(guò)大的比例使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定；2、積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)

34、消除靜態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)就停止。積分調(diào)節(jié)輸出為一常值，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ti. Ti越小，積分時(shí)間就越強(qiáng)；反之Ti越大，積分時(shí)間就越弱。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)或PID調(diào)節(jié)；3、微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)。因此能產(chǎn)生超前的控制作用。在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在為時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪音干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分環(huán)節(jié)

35、，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用的輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。大多數(shù)溫度控制系統(tǒng)均建立在模型上，難以滿足加工工藝要求，運(yùn)用AT89C51單片機(jī)對(duì)電阻爐溫度實(shí)現(xiàn)智能控制，可以解決上述種種不足，從而實(shí)現(xiàn)高精度的控制。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定 圖2.2 PID溫度控制原理框圖性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)

36、確定，因此本次設(shè)計(jì)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為有效。3 硬件設(shè)計(jì) 全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)需要用到許多的硬件設(shè)施，首先控制器選取單片機(jī)AT89C51。硬件電路包括溫度采集模塊、時(shí)鐘電路、雙向可控硅控制電路、過(guò)零檢測(cè)電路、+5V穩(wěn)壓電源電路、+12V穩(wěn)壓電源電路、恒流控制電路、AD轉(zhuǎn)換電路、DA轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、鍵盤電路、報(bào)警電路、復(fù)位電路、通信模塊以及IO口的擴(kuò)展電路等.3.1 AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處

37、理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。3.1.1 主要特性（1）與MCS-51兼容 （2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 （3）壽命：1000寫/擦循環(huán)（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年（5）全靜態(tài)工作：0Hz-2

38、4Hz（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定（7）128×8位內(nèi)部RAM（8）32位可編程I/O線（9）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（10）5個(gè)中斷源 （11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 如圖3.1所示：圖3.1 單片機(jī)管腳圖3.1.2 時(shí)鐘振蕩電路和復(fù)位電路AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見(jiàn)圖3-2。外接石英晶體(或陶瓷振蕩器)及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電

39、容C1、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷振蕩器建議選擇40pF±10pF。圖3.2 時(shí)鐘振蕩電路為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器

40、周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。如圖3.3所示。 圖 3.3 復(fù)位電路3.2 溫度檢測(cè)硬件設(shè)計(jì)溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，直接影響系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方法是：溫度傳感器例如AD590，將測(cè)量的溫度轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)再對(duì)采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。這種模擬數(shù)字混合電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，濾波消噪難度大系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，鑒于這些考慮，本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。DS18B20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度的范圍為-55°C+125°

41、;C，現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字式傳輸，大大的提高了系統(tǒng)的抗干擾性。DS18B20為3引腳， DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。溫度采集電路模塊如圖3.4所示。DSB8B20的3腳接系統(tǒng)中單片機(jī)的P1.4口線，用于將采集到的溫度送入單片機(jī)中處理，2腳和3腳之間接一個(gè)4.7K上拉電阻，即可完成溫度采集部分硬件電路。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。圖3.4 溫度采樣電路DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提

42、供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換如下表3.1。表3.1 DS18B20溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表LS ByteBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0232221202-12-22-32-4MS ByteBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可

43、得到實(shí)際溫度。3.3 溫度控制部分硬件設(shè)計(jì)隨著鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)蓄電池容量檢測(cè)的精度越來(lái)越高。由此可見(jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)溫度的要求25±2范圍較為精確，且規(guī)定電池、水浴之間的距離，使之在反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)相互影響。因?yàn)樾铍姵胤烹娙萘颗c溫度的關(guān)系密切，標(biāo)準(zhǔn)才規(guī)定±2的要求。只有在相同的環(huán)境條件下的試驗(yàn)結(jié)果才具有可比性，可重復(fù)性；另外，在放電過(guò)程中，蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，是放出能量，蓄電池要從環(huán)境中吸熱，蓄電池溫度下降，為避免影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，需要有恒溫水浴向蓄電池補(bǔ)充熱能使其溫度恒定。所以對(duì)水浴溫度必須經(jīng)行精確的控制，本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制加熱器

44、的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水浴為溫度的精確控制。該模塊用到了單片機(jī)和雙向可控硅，可控硅可以直接接在220V交流電路上，但是單片機(jī)采用低電壓供電，因此需要采用以一定的隔離措施，將220V和5V弱點(diǎn)隔離，系統(tǒng)使用MOC3051作為弱電和強(qiáng)電的隔離。MOC3051系列光電可控硅驅(qū)動(dòng)器是美國(guó)摩托羅拉公司推出的器件，該器件的顯著特點(diǎn)是大大加強(qiáng)了靜態(tài)dv/dt能力。輸入與輸出采用光電隔離，絕緣電壓可達(dá)7500V，觸發(fā)電流為15mA。該系列可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作電壓為220V的交流雙向可控硅。該調(diào)壓電路通過(guò)單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了達(dá)到精確控制，整個(gè)電路包括可控硅控制電路和過(guò)零檢測(cè)電路。圖3.5 溫度輸出

45、控制電路 圖3.6 過(guò)零檢測(cè)電路圖中MOC3051是用以可靠驅(qū)動(dòng)可控硅并實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的隔離，單片機(jī)的P1.2負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)光耦?？刂瓶煽毓璧膶?dǎo)通和關(guān)斷。如圖3.5所示，在加熱回路中，可控硅的導(dǎo)通角變化會(huì)改變加熱器端的電壓，V2是外供交流220V電源的接入口。為了精確控制可控硅的導(dǎo)通角，電路加入了過(guò)零檢測(cè)電路，如圖3.6所示，交流電源從V1引入并送入二片光耦，注意光耦的輸入端是反相的。這樣使得交流電壓過(guò)零時(shí)，無(wú)論是從正電壓變?yōu)樨?fù)電壓還是從負(fù)電壓變?yōu)檎妷海寄軌蛟诠怦畹妮敵龆薈上得到一個(gè)正向的階躍信號(hào)。經(jīng)過(guò)斯密特觸發(fā)器TC4584整形并反相輸出到單片機(jī)外部中斷INT1引腳上，作為中斷觸發(fā)信號(hào)。單片機(jī)由此

46、信號(hào)獲得每個(gè)正弦周期內(nèi)的二個(gè)過(guò)零點(diǎn)。該系統(tǒng)的核心是通過(guò)單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。在每個(gè)交流電壓的過(guò)零點(diǎn)，通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路給單片機(jī)外部中斷引腳發(fā)出中斷信號(hào)，單片機(jī)獲得控制周期的起點(diǎn)信號(hào)，控制可控硅關(guān)斷，并啟動(dòng)定時(shí)器。在定時(shí)器定時(shí)結(jié)束后才改變雙向可控硅的控制端的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開(kāi)啟可控硅。假設(shè)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間為T，則在交流電壓的一個(gè)正弦周期20ms內(nèi)。可控硅導(dǎo)通的時(shí)間即為20ms-2T。而定時(shí)時(shí)間T卻是由水浴溫度和標(biāo)準(zhǔn)溫度的差值決定的。3.4電源穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精確度和避免測(cè)試過(guò)程中的電源之間的影響，所各個(gè)芯片或者模塊必須要用穩(wěn)壓電源經(jīng)行供電。設(shè)計(jì)用的AT89C51和DS

47、18B20的供電電壓均為5V，另外反相放大器的供電電壓為12V，所以本設(shè)計(jì)基于LM7805和LM7812實(shí)現(xiàn)5V和12V的電源模塊。 二個(gè)穩(wěn)壓電源模塊的組成比較類似。電源電路可分為三大塊：變壓部分、整流濾波部分、穩(wěn)壓部分。變壓部分其實(shí)就是一個(gè)變壓器，變壓器作用是將220V的交流電壓變換成我們所需的電壓9V。然后再送去整流和濾波。整流電路將交流電壓變成單向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路用來(lái)濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成份，合之成為平滑的直流電壓。濾波電路常見(jiàn)的有電容濾波電路、電感濾波電路。一般的整流有全波整流、單相半流整流、橋式整流、及變壓整流。穩(wěn)壓電路中我使用的是“三端固定輸出集成穩(wěn)壓器”，穩(wěn)壓電

48、路的作用是當(dāng)輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。集成穩(wěn)壓器、使用方便、性能穩(wěn)定、更重要的是考慮到它的價(jià)格低廉，因而適合在此設(shè)計(jì)中應(yīng)用。 圖3.7是用三端式穩(wěn)壓器LM7812構(gòu)成的單電源電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)電路圖。其中整流部分采用了由四個(gè)二極管組成的橋式整流器成品(也叫整流堆,型號(hào)為2W06),當(dāng)然也可以自已用四個(gè)速流二極管(如,IN4001)組成。濾波電容C1、C2一般選取幾百幾千微法。當(dāng)穩(wěn)壓器距離整流濾波電路比較遠(yuǎn)時(shí)，在輸入端必須接入電容器C3（數(shù)值為0.33F ），以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。輸出端電容C4(0.1F)用以濾除輸出端的高頻信號(hào)

49、，改善電路的暫態(tài)響應(yīng)。 圖3.7 基于LM7812的穩(wěn)壓電源電路 5V的穩(wěn)壓電源電路于此類似，采用了集成穩(wěn)壓器LM7805，電容的選取上有些不同，但原理是相同的。 圖 3.8 基于LM7805的穩(wěn)壓電源電路3.5恒流放電電路的設(shè)計(jì) 為了檢測(cè)蓄電池的容量，需要對(duì)電池進(jìn)行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。隨著放電的進(jìn)行，蓄電池的電壓必然要降低，如不加入恒流放電裝置而是進(jìn)行定電阻放電，則放電電流也會(huì)隨著電壓的降低而降低。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補(bǔ)償降低的電壓，使電流基本恒定。 電路原理圖如圖3.9，比較放大環(huán)節(jié)由兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成(1片324)，采用+12V，單電源供電，Ra為負(fù)載電

50、阻，Rs為取樣電阻。Q5與Q6三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)?？烧{(diào)電源提供基準(zhǔn)電源，輸入信號(hào)Ei為蓄電池的電壓。電壓隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。它經(jīng)過(guò)負(fù)載電阻、調(diào)整環(huán)節(jié)后在取樣電阻上形成取樣電壓。該電壓與基準(zhǔn)電壓比較并經(jīng)放大環(huán)節(jié)放大后，經(jīng)控制調(diào)整環(huán)節(jié)使電路電流恒定。 圖3.9 恒流放電電路原理圖 若由于輸入電壓的減小而使負(fù)載電流減小，則取樣電壓必然減小，從而使取樣電壓Us與基準(zhǔn)電壓E的差值(UsE)減小。由于AR3為反相放大器，因此，輸出電壓Ub必然升高，從而使Us升高，保證了放電電流的恒定。恒流過(guò)程表示為：EiILUS(UsE)Ub=K(USE)Us。由于檢查不同種類的蓄電池時(shí)，要求放電電流的大小不同，因

51、此電路的放電電流值必須是可調(diào)的，該電路節(jié)基準(zhǔn)電壓E是由單片機(jī)P1.3輸出控制信號(hào)通過(guò)8位的DA轉(zhuǎn)換器DAC0832，在經(jīng)過(guò)同相放大器放大作為基準(zhǔn)電壓，所以通過(guò)單片機(jī)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓E，則改變了Us與E的比較值，從而就改變了恒流放電的電流值。電路元器件的參數(shù):Ra ：(Emin-3)/Ia，其中Emin為蓄電池的放電終止電壓，Ia為放電電流。蓄電池的終止電壓為10.5V，Ia為3-4.5A，取Ra=2。RS：0.33；Ri：6.2K；Rg：1K；Rj：16K；Re：1K；Rf：100K；Rh：1K。Rm：1k，Rn：2k。3.6 數(shù)字顯示及鍵盤電路的設(shè)計(jì)在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS-51系列單片

52、機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)、高可靠性和高性價(jià)比,占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，并成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流機(jī)型。   MCS-51單片機(jī)的并行口有P0、P1、P2和P3，由于P0口是地址/數(shù)據(jù)總線口，P2口是高8位地址線，P3口具有第二功能，這樣，真正可以作為雙 向I/O口應(yīng)用的就只有P1口了。這在大多數(shù)應(yīng)用中是不夠的，因此，大部分MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)都不可避免的需要對(duì)P0口進(jìn)行擴(kuò)展。   由于MCS-51單片機(jī)的外部RAM和I/O口是統(tǒng)一編址的，因此，可以把單片機(jī)外部64K字節(jié)RAM空間的一部分作為擴(kuò)展外

53、圍I/O口的地址空間。這樣，單片機(jī)就可以像訪問(wèn)外部RAM存儲(chǔ)器單元那樣訪問(wèn)外部的P0口接口芯片，以對(duì)P0口進(jìn)行讀/寫操作。用于P0口擴(kuò)展的專用芯片很多。如8255可編程 并行P0口擴(kuò)展芯片、8155可編程并行P0口擴(kuò)展芯片等。本設(shè)計(jì)采用的是8155經(jīng)行的擴(kuò)展，如圖3.10所示。圖3.10I/O口的擴(kuò)展接口電路在二種顯示的方法中，靜態(tài)顯示亮度高，編程容易，管理也比較簡(jiǎn)單，但占用的I/O口資源較多，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，數(shù)字顯示采用動(dòng)態(tài)顯示方式。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是單片機(jī)定時(shí)地對(duì)顯示器件掃描。在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示。但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺(jué)到所有的器件都

54、在“同時(shí)”顯示。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低；但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。圖3.11 數(shù)字顯示電路原理圖圖3.11為89C51單片機(jī)擴(kuò)展芯片8155和三位共陰極顯示器的接口電路。8155的PA4、PA5、PA6口作為掃描口，由于單片機(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力有限，所以要通過(guò)三極管9015經(jīng)行電流放大，然后接顯示器公共端，同時(shí)起著開(kāi)關(guān)控制的作用；經(jīng)過(guò)IO的擴(kuò)展8155芯片的B口作為段數(shù)據(jù)口。鍵盤實(shí)際上是有排練成矩陣形成的一系列按鍵開(kāi)關(guān)組成的，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的人機(jī)聯(lián)系的一種輸入設(shè)備。用戶可以

55、通過(guò)鍵盤向CPU輸入數(shù)據(jù)、地址和命令。矩陣式鍵盤模式以N個(gè)端口連接控制N*N個(gè)按鍵實(shí)時(shí)在LED數(shù)碼管上顯示按鍵信息。顯示按鍵信息省下了很多的I/O端口為他用相反獨(dú)立式按鍵雖編程簡(jiǎn)單但占用I/O口資源較多不適合在按鍵較多的場(chǎng)合應(yīng)用。并且在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常要用到輸入數(shù)字、字母、符號(hào)等操作功能如電子密碼鎖、電話機(jī)鍵盤、計(jì)算器按鍵等至少都需要12到16個(gè)按鍵。矩陣式鍵盤又稱行列鍵盤它是用N條I/O線作為行線N條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個(gè)數(shù)就為N*N個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。 最常見(jiàn)的鍵盤布局如圖3.15般由

56、16個(gè)按鍵組成在單片機(jī)中正好可以用一個(gè)P口實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵功能這也是在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的形式本設(shè)計(jì)就采用這個(gè)鍵盤模式。 硬件電路設(shè)計(jì)圖3.13示。把單片機(jī)的擴(kuò)展芯片8155的A口連接到“4*4行列式鍵盤”其中PA0-PA3作為行線，PC0-PC3作為列線，把8155的PB端口連接到共陰極“靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中對(duì)應(yīng)的a到g端口上系統(tǒng)首先通過(guò)CPU對(duì)全部鍵盤進(jìn)行掃描，即把第一根行線置為“0”狀態(tài)其余行線置于“1”狀態(tài)讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，若其狀態(tài)全為“1”表明該行無(wú)鍵按下，再將第二根行線置為“0”狀態(tài)同樣讀入輸入緩沖器的狀態(tài)如其狀態(tài)也全為“1”則置第一根行線置為“0”狀態(tài)以此類推。如讀入輸入緩

57、沖器的狀態(tài)不全為“1”，確定哪一根列線為“0”狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)鍵的行線和列線都為“0”狀態(tài)時(shí)表明該鍵按下，最后通過(guò)顯示程序?qū)⒃撴I的序號(hào)顯示出。圖3.12 鍵盤布局圖3.13 鍵盤硬件電路圖按鍵功能說(shuō)明： 0-9：數(shù)字鍵； A：設(shè)置； B：確定； C：容量顯示切換； D：溫度顯示切換； E：電壓顯示切換； F：電流顯示切換。3.7 報(bào)警電路及通信模塊報(bào)警電路的設(shè)計(jì)為了能夠準(zhǔn)確把握達(dá)到放電電壓的時(shí)間，電路設(shè)計(jì)了報(bào)警電路。當(dāng)蓄電池的的放電電壓達(dá)到10.5V時(shí)，如圖3.14所示，單片機(jī)的P1.3會(huì)發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管9015驅(qū)動(dòng)蜂鳴器經(jīng)行報(bào)警。圖3.14 報(bào)警電路3.7.2 通信模塊的設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，不但要求計(jì)算機(jī)與外部的設(shè)備之間要經(jīng)行信息交換，而且計(jì)算機(jī)之間也需要交換信息，所以這些信息的交換稱之為“通信”。通信的基本方式分為并行通信和串行通信兩種。串行通信是指計(jì)算機(jī)主機(jī)與外設(shè)之間以及主機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的串行傳送。使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固