基于單片機(jī)的蓄電池的自動監(jiān)測系統(tǒng)（可編輯）

1、基于單片機(jī)的蓄電池的自動監(jiān)測系統(tǒng) 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于單片機(jī)的蓄電池的自動監(jiān)測系統(tǒng)學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 院系 電氣信息工程學(xué)院 年級專業(yè) 09測控技術(shù)與儀器 指導(dǎo)教師 二一三年六月摘要維護(hù)工作具有重要的意義本課題的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一種蓄電池智能監(jiān)測儀能實(shí)現(xiàn)對蓄電池在浮充狀態(tài)在充放電過程中的狀態(tài)監(jiān)測該監(jiān)測系統(tǒng)是以AT89C5端電壓溫度蓄電池單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)ABSTRACTof great importance as a backup power supply battery is a final lifeline to ensure normal operation of equipment

2、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 dischargingIn nowadays society the battery application is becoming more and more widely in mosStorage battery as a stable pow

3、er 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 require it to run is absolutely relia

4、ble 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 significanceThe monitoring system based on AT89C51single-chip microcomputer as

5、 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 of battery to determine the number of modules each

6、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 calibrationKeywordStoragebatteryMonitorsystemSinglechipof AT89C51目 錄摘 要IAII目 錄11 緒論111 課題背景1com 蓄電池研究現(xiàn)狀1com 電池的主要性能指標(biāo)112 蓄電池技術(shù)的開展與方向213 本課題所做的主要工作32 測試方法的

7、研究421 蓄電池的內(nèi)阻422 蓄電池內(nèi)阻與容量的關(guān)系423 蓄電池等效電路524 設(shè)計(jì)方案論證525 交流法7第3章 硬件電路設(shè)計(jì)831 總體框架832 主處理器模塊933 探測電路1234 差分放大電路12com INA321芯片簡化圖13com INA2321電路圖1335 幅相檢測電路14com AD8302電路圖1436 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)14com 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD080914com ADC0809與單片機(jī)的接口電路1637 液晶顯示16com LCD1602介紹16com LCD1602與單片機(jī)的接口電路184 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2041 蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)軟件總體程序設(shè)計(jì)2042 總電

8、路圖2043 程序流程圖2144 本章小結(jié)275 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試2851 系統(tǒng)調(diào)試28com 電路集成2852 軟件調(diào)試28結(jié) 論30參考文獻(xiàn)31附錄源程序32361 緒論11 課題背景com 電池的主要性能指標(biāo)1平安性能平安性能指標(biāo)不合格的蓄電池是不能夠使用并且不被人們所介紹因?yàn)槠桨残阅苤笜?biāo)不合格的蓄電池能引發(fā)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(fā)生主要與蓄電池的內(nèi)壓結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用禁止的不正確操作有關(guān) 2 額定容量蓄電池靜止相當(dāng)長一段時(shí)間后其內(nèi)部電解液擴(kuò)散過程停止此時(shí)電池用電壓表在常溫下測正負(fù)極板間的電位差就是蓄電池的靜止電動勢電極材料確定后電動勢可用經(jīng)驗(yàn)公式占鈕85d15

9、決定d15是在15時(shí)極板微孔內(nèi)部電解液的密度蓄電池靜止時(shí)極板微孔內(nèi)部與容器中的電解液的密度相同 5 內(nèi)阻鉛酸蓄電池的內(nèi)阻分為金屬性電阻電化學(xué)性電阻包括涂膠隔板的電阻金屬性電阻包終端夾板柵格以及柵格與涂膠之間的電阻本課題擬采用軟硬件相結(jié)合組成實(shí)際控制系統(tǒng)利用相關(guān)知識對蓄電池的工作原理和失效機(jī)理進(jìn)行理論分析完成對控制算法的設(shè)計(jì)在硬件電路設(shè)計(jì)上要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的正確設(shè)計(jì)及連接在軟件編程方面采用AT89C5單片機(jī)完成主控程序編寫實(shí)現(xiàn)對蓄電池進(jìn)行快速有效地監(jiān)控是指蓄電池在工作電流蓄電池內(nèi)部所受到的阻力一般分為交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻由于充電電池內(nèi)阻很小測直流內(nèi)阻時(shí)由于電極容量極化產(chǎn)生極化內(nèi)阻無法測出其真

10、實(shí)值而測其交流內(nèi)阻可免除極化內(nèi)阻的影響得出真實(shí)的內(nèi)值蓄電池的內(nèi)阻由導(dǎo)體電阻和電化學(xué)極化及濃差極化電阻三個(gè)部份組成在充放電過程中電阻是變化的充電過程內(nèi)阻由大變小反之內(nèi)阻溫度對蓄電池內(nèi)阻影響低溫狀態(tài)如0以下內(nèi)阻在較高溫度時(shí)如10以上與電流的大小關(guān)瞬間極板硫酸溶液極板孔溶液極板孔中電阻增加端電壓但放電后端電壓另外內(nèi)阻因?yàn)橥萘侩姵氐臉O板數(shù)量薄的要多于厚極板電池的極板數(shù)量因此相同電流放電時(shí)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(nèi)阻是由諸多因素構(gòu)成的動態(tài)電阻我們研究蓄電池的內(nèi)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(shí)蓄電池將提供多大短路電流并依此來選擇母線及其它設(shè)備并根據(jù)短路電

11、流來確定保護(hù)電器的級差配合顯然同容量的蓄電池短路電流越大對設(shè)備和人身平安帶來的危害性也越大R RRcRe式中的R為歐姆內(nèi)阻Rc為濃差內(nèi)阻Re為活化內(nèi)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LpLn為正負(fù)極電感CdlpCdln是極板雙電層電容ZwpZwn為阻抗Rhf是歐姆電阻 電池阻抗是一個(gè)復(fù)阻抗對于蓄電池的阻抗就包擴(kuò)兩個(gè)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(fù)極阻抗在其他條件不變的情況下與測試頻率有關(guān) 通常情況的內(nèi)阻是指某一固定頻率下的內(nèi)阻值一般的內(nèi)阻測試有兩種測蓄電池的內(nèi)阻測量如鎳鎘電池鎳氫電池和鋰電池使用的頻率

12、一般為1KHz用于測鉛酸電池的頻率一般為10-60Hz24 設(shè)計(jì)方案論證 蓄電池的內(nèi)阻要精確測量具有一定的難度的其中存在幾個(gè)原因第一蓄電池內(nèi)阻非常小小到毫歐數(shù)量級第二精度要求高重復(fù)性穩(wěn)定性要好內(nèi)阻的變化在一個(gè)長時(shí)間里是很小的達(dá)不到精度重復(fù)性和穩(wěn)定性的要求測量是沒有意義的第三在線測量干擾十分嚴(yán)重特別是在同心系統(tǒng)中使用中還有來自通信設(shè)備的干擾第四必須是在線測量離線測量意義不大現(xiàn)目前要測出蓄電池的內(nèi)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(nèi)阻大小而現(xiàn)在的蓄電池根本都是封閉式的無法取得電解液該方法的

13、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(yùn)算出蓄電池的內(nèi)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(nèi)阻數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的結(jié)果因?yàn)榧词挂粋€(gè)容量已變小的蓄電池在浮充狀態(tài)下的時(shí)候其端電壓仍然可能會表現(xiàn)出正常狀態(tài) 3直流放大法就是通過對電池進(jìn)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(jì)算出電池內(nèi)阻由于瞬間大電流對蓄電池有一定的危害并且當(dāng)內(nèi)阻值很小時(shí)在一定電流下的電壓變化幅值相對較小給準(zhǔn)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(wěn)定區(qū)域計(jì)算電壓變化幅值實(shí)際測量中直流方法所得數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差 4 交

14、流法是通過對蓄電池外加上一個(gè)交流電流當(dāng)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?yàn)閰⒓拥碾娏魇堑皖l的所以所測出的電壓和電流都是低頻的通過測出的數(shù)據(jù)之間的的電壓差最后通過這些算出蓄電池當(dāng)時(shí)的內(nèi)阻 交流法是通過參加一個(gè)額外電流即在使用交流法的時(shí)候不用讓電池處于放電狀態(tài)或者放完點(diǎn)的狀態(tài)我們就可以實(shí)現(xiàn)對蓄電池的在線監(jiān)測和管理由此不會對設(shè)備運(yùn)行方面有什么影響同時(shí)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(chǎn)生一個(gè)1KHz的恒定交流鼓勵(lì)信號交流法通過對蓄電池注入一個(gè)交流信號Is測量出蓄電池兩端的電壓響應(yīng)信號Vo以及兩者的相位差由阻

15、抗公式2和3 2 3即可計(jì)算出蓄電池的阻抗進(jìn)而反映出蓄電池的性能有以上比擬我們選用交流法來進(jìn)行對蓄電池的一些性能的測量25 交流法當(dāng)使用受控電流時(shí)電流如公式4所示 4 產(chǎn)生的電壓響應(yīng)如公式5所示 5 假設(shè)使用受控電壓鼓勵(lì)如公式6所示 6 產(chǎn)生的電流響應(yīng)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(guān)的復(fù)阻抗其模如公式8所示 8相角為 一般情況下鼓勵(lì)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理論上講向電池饋入一個(gè)交流電流信號測量由此信號產(chǎn)生的電壓變化即可測得電池的內(nèi)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(nèi)阻的時(shí)

16、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(chǎn)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(shí)候?qū)τ陔娙莸乃a(chǎn)生的影響很小所以一般我們都忽略不計(jì)所以對于我們測得的數(shù)據(jù)而言實(shí)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(diǎn)是很容易受到外界的影響但是我們?nèi)绻x擇適當(dāng)?shù)臏y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(tǒng)額外的影響很小而且測量的準(zhǔn)確性很高并且在測量的時(shí)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(shè)計(jì)3

17、1 總體框架在實(shí)際使用中由于饋入信號的幅值有限電池的內(nèi)阻在微歐或毫歐級因此產(chǎn)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(shí)會受到充電機(jī)或用電負(fù)載的影響交流法首先要有一個(gè)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(chǎn)生一個(gè)交流相應(yīng)信號同時(shí)考慮到交流源與蓄電池串聯(lián)后蓄電池會產(chǎn)生一個(gè)直流信號為了防止與恒流源影響故在串聯(lián)電路中串聯(lián)一個(gè)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?yàn)檫x擇較大的電容c交流信號在其分的電壓降就少其阻抗為 1jc蓄電池的內(nèi)阻不是純電阻里面存在有容性成分故交流信號經(jīng)過蓄電池后相位差會發(fā)生變化所以要測出蓄電池的

18、阻抗還要測出相位差為了測出相位差我們需要一個(gè)參考電壓電阻Ro就是提供一個(gè)參考電壓R取值1K流過一個(gè)恒定的交流信號如公式10所示 10R上產(chǎn)生一個(gè)的電壓信號如公式11所示 11設(shè)計(jì)總體框圖如圖2所示 圖2 設(shè)計(jì)總體框圖因?yàn)榻涣餍盘柦?jīng)過蓄電池后在蓄電池兩端的相應(yīng)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(gè)差分放大器其輸入信號就是蓄電池兩端的的信號經(jīng)過差分放大得到蓄電池兩端的交流相應(yīng)電壓信號并且此時(shí)已經(jīng)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(jīng)過差分放大器所以我們就需要兩個(gè)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

19、里面有兩個(gè)完全一樣的放大器故經(jīng)過INA2321后信號放大同樣的倍數(shù)放大后的信號經(jīng)過AD8302幅相檢測芯片可以得到兩個(gè)輸入信號的幅度之比和兩輸入信號的相位差假設(shè)幅度之比為q那么蓄電池兩端的相應(yīng)電壓信號如公式12所示 12帶入阻抗公式2和3其中Vo U qARoIs I A 得公式13 R qRocos 13在單片機(jī)里數(shù)據(jù)處理后送入LCD顯示直觀現(xiàn)實(shí)出來蓄電池性能的好壞32 主處理器模塊AT89C51它是由一個(gè)8位中央處理器一個(gè)256B片內(nèi)RAM以及4KB Flash ROM還要21個(gè)特殊功能存放器4個(gè)8位并行IO口兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器一個(gè)串行IO口以及中斷系統(tǒng)等局部組成各個(gè)功能部件通過片內(nèi)單一

20、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(jié)可編程閃爍存儲器 壽命1000寫擦循環(huán)數(shù)據(jù)保存時(shí)間10年全靜態(tài)工作0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定1288位內(nèi)部RAM32可編程IO線兩個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)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(gè)8位漏級開路雙向IO口每腳可吸收8TTL門電流當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)被定義為高阻輸入P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位在FIASH編程時(shí)P0 口作為原碼輸入口當(dāng)FIASH

21、進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)P0輸出原碼此時(shí)P0外部必須被拉高P1口P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向IO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(nèi)部上拉為高可用作輸入P1口被外部下拉為低電平時(shí)將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)P1口作為第八位地址接收 P2口P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口P2口緩沖器可接收輸出4個(gè)TTL門電流當(dāng)P2口被寫1時(shí)其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高且作為輸入并因此作為輸入時(shí)P2口的管腳被外部拉低將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)P2口輸出地址的高八位在給出地址1時(shí)它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢

22、當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號P3口P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向IO口可接收輸出4個(gè)TTL門電流當(dāng)P3口寫入1后它們被內(nèi)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P30 RXD串行輸入口P31 TXD串行輸出口P32 INT0外部中斷0P33 INT1外部中斷1P34 T0記時(shí)器0外部輸入P35 T1記時(shí)器1外部輸入P36 WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P37 RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3口同時(shí)為

23、閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號RST復(fù)位輸入當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間ALEPROG當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)在FLASH編程期間此引腳用于輸入編程脈沖在平時(shí)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16因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將越過一個(gè)脈沖不作用與它還有只有當(dāng)ALE在進(jìn)行MOVX的任務(wù)的時(shí)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(shè)計(jì)的微處理器正處在外部執(zhí)行命令的狀態(tài)的時(shí)候ALE會禁止不會作用與誰所以此時(shí)的置

24、位動作會無效化PSEN即外部程序存儲器的選通信號每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效的時(shí)候是這命令在由外部程序存儲器取指期間但是當(dāng)命令在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的時(shí)間這兩次有效的PSEN信號將不會出現(xiàn)EAVPP即外部訪問允許當(dāng)欲使CPU只訪問外部存儲器的時(shí)候必須要使EA端保持在低電平的狀態(tài)并且接地另外我們需要注意的是如果加密為LB1被編程復(fù)位的時(shí)候內(nèi)部會自動鎖存EA端當(dāng)時(shí)的狀態(tài)如EA端為高電平CPU就好執(zhí)行內(nèi)部存儲器設(shè)定好的指令當(dāng)Flash存儲器編程時(shí)該引腳會加上12V的編程允許電源Vpp當(dāng)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(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端XTAL2振蕩器反向放大器的輸出端本

25、設(shè)計(jì)采用的處理器模塊如圖4所示圖4 主處理器模塊33 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(fù)極相接即可完成該局部電路如圖4所示圖5 探測電路34 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(dá)電源電壓的提供的微功耗 CMOS 儀表放大器可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(dāng)芯片關(guān)閉該INA321 有靜態(tài)電流小于 1A在幾納秒返回到正常工作關(guān)機(jī)功能可以在使INA321 得到最正確應(yīng)用低功耗電池或多路復(fù)用在內(nèi)部增益配置為 5VVINA321 提供了靈活的外接電阻可以得到靈活

26、的增益com 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56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 14com INA2321電路圖 INA2321芯片有兩個(gè)這樣的接法與之類似其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(yīng)信號微弱難易采集的問題其中根據(jù)實(shí)際情況圖中電阻R7R8R9R10的阻值選取適宜的阻值但是R7與R10R9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(gè)放大器

27、存在相同的環(huán)境中溫度等即它們產(chǎn)生相同的放大倍數(shù)圖7 差分放大電路35 幅相檢測電路本次設(shè)計(jì)使用的芯片可以得到兩個(gè)輸入信號的幅度之比和兩個(gè)輸入信號的相位差com AD8302電路圖AD8302芯片的外圍連接電路如圖8圖9 幅相檢測電路R1R2為輸入端電阻R3為UREF輸出端的負(fù)載C1C4為交流輸入的耦合電容C2和C3為濾波電容C5C6為電源退耦電容 36 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) com 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD0809AD0809芯片引腳如圖9所示圖10 AD0809芯片引腳1AD轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 AD轉(zhuǎn)換器的工作電壓5V由于片內(nèi)無時(shí)鐘所以一般都需要外加640KHz以下且不低于100K

28、Hz的時(shí)鐘信號模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)一般采用8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存與譯碼器組成的轉(zhuǎn)換開關(guān)地址鎖存即是將ADDCADDB和ADDA進(jìn)行鎖存然后就通過譯碼電路選擇其中一個(gè)電路的信號加到AD轉(zhuǎn)換局部然后對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換2ADC芯片的控制信號 啟動轉(zhuǎn)換信號START是由CPU提供應(yīng)ADC芯片的在正脈沖的下降沿轉(zhuǎn)換開始 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC一旦啟動轉(zhuǎn)換EOC立即變低直至轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC輸出高電平通知CPU轉(zhuǎn)換已結(jié)束 允許輸出信號OEADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在輸出鎖存器中并沒有送入數(shù)據(jù)總線上CPU取數(shù)時(shí)發(fā)出OE信號選通芯片內(nèi)部的三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出 3引腳功能D7D08位數(shù)據(jù)輸出線 IN7IN08路模擬量輸

29、入端 ADDCADDBADDA三位地址輸入線他們的作用是選擇8路模擬輸入中的一路處于通行狀態(tài) ALE地址鎖存允許信號輸入高電平有效STARTAD轉(zhuǎn)換啟動信號輸入高電平有效EOCAD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)此端輸出一個(gè)高電平在轉(zhuǎn)換期間都是低電平OE數(shù)據(jù)允許輸出信號輸入只有在高電平的時(shí)候才有效當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束的時(shí)候在此端口輸入一個(gè)高電平之后才能使輸出三態(tài)門翻開到達(dá)輸出我們需要的數(shù)字量CLOCK時(shí)鐘脈沖輸入端該時(shí)鐘頻率要求不能超過最高頻率 REFREF-基準(zhǔn)電壓Vcc電源單一5V另外對于模擬的輸入和數(shù)字量的輸出的關(guān)系為NVIN-VREF-×256VREF-VREF-當(dāng)VREF5VVR

30、EF-0V假設(shè)輸入模擬電壓為25V那么轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量N128即二進(jìn)制數(shù)10000000Bcom ADC0809與單片機(jī)的接口電路AD0809芯片與單片機(jī)的連接如圖10所示圖11 AD0809與單片機(jī)的連接圖引腳ADD A ADD BADD C分別接單片機(jī)P23P24P25用來選擇需轉(zhuǎn)換的模擬通道轉(zhuǎn)換的數(shù)字量與單片機(jī)的P1口相連當(dāng)OUTPUT ENABLE引腳有效時(shí)單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換過的數(shù)據(jù) 37 液晶顯示com LCD1602介紹字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母數(shù)字符號等點(diǎn)陣式LCD目前常用161162202和402行等的模塊本設(shè)計(jì)用的是16216列2行 模塊1602可以顯示內(nèi)部常用字符

31、包括阿拉伯?dāng)?shù)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(gè)字符組成的簡單漢字符號圖案等最多可以產(chǎn)生8個(gè)自定義字符 11602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)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VDD5V第3腳Vee比照調(diào)整電壓第4腳RS輸入0 輸入指令1 輸入數(shù)據(jù)第5腳RW輸入0 向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)1 從LED讀取信息第6腳E輸入使能信號1時(shí)讀取信號10為下降沿執(zhí)行指令第714腳DB0DB7輸入輸出數(shù)據(jù)總線第15腳AVCCLCD背光電源正級第16腳K接地LCD背光電源負(fù)極21602LCD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

32、光標(biāo)歸為指令指令3進(jìn)入模式設(shè)置指令指令4顯示開關(guān)控制指令指令5設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動方向指令指令6功能設(shè)定指令指令7設(shè)定CGRAM地址指令指令8設(shè)定DDRAM地址指令指令9讀取忙信號或AC地址指令指令10數(shù)據(jù)寫入DDRAM或CGRAM指令一覽指令11從CGRAM或DDRAM讀取數(shù)據(jù)的指令一覽3讀寫操作時(shí)序如下圖讀操作時(shí)序?qū)懖僮鲿r(shí)序41602LCD的RAM地址映射液晶顯示模塊這種器件在顯示的時(shí)候非常慢的所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平表示不忙否那么此指令失效1602的內(nèi)部顯示地址如圖13所示圖14 1602LCD內(nèi)部顯示地址com LCD1602與單片機(jī)的接口電路LCD1602

33、與單片機(jī)的連接如圖14所示圖15 LCD1602與單片機(jī)的連接控制信號由單片機(jī) P20P22控制數(shù)據(jù)從P00P07引入通過P20來選擇是用數(shù)據(jù)存放器還是指令存放器P22作為芯片使能端子P21控制芯片是進(jìn)行讀操作還是寫操作液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平表示不忙否那么此指令失效4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)41 蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)軟件總體程序設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)軟件要明確系統(tǒng)功能系統(tǒng)在使用之前要進(jìn)行校準(zhǔn)包括基準(zhǔn)電壓輸入電流量程輸入對報(bào)警上下限進(jìn)行設(shè)置溫度上限電壓上下限內(nèi)阻上限還要設(shè)置本機(jī)地址讀取溫度序列號通訊波特率在蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)使用時(shí)要對蓄電池的狀態(tài)進(jìn)行測量對測量結(jié)

34、果進(jìn)行校準(zhǔn)然后計(jì)算蓄電池的電動勢的值內(nèi)阻并液晶顯示屏系統(tǒng)測量多路選擇顯示哪一路鍵盤完成同時(shí)系統(tǒng)還應(yīng)判斷各參數(shù)值是否超限超限報(bào)警系統(tǒng)還要具有與上位機(jī)通訊的功能總電路圖43 程序流程圖系統(tǒng)的正常工作是硬件與軟件共同完成的本系統(tǒng)下位機(jī)軟件采用C 語言編寫采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法主要包括初始化模塊主程序模塊電壓 電流采集模塊放電控制模塊通訊模塊顯示模塊數(shù)據(jù)記錄模塊下主程序流程圖如下圖系統(tǒng)程序流程圖上述的參數(shù)判斷主要是針對溫度因?yàn)樾铍姵氐淖罡叱惺軠囟仁?5攝氏度所以當(dāng)溫度超過蜂鳴器會響1溫度讀入局部程序設(shè)計(jì)數(shù)字式溫度傳感器DSl8B20可將測量到的溫度以兩個(gè)字節(jié)的形式存放在內(nèi)部的芯片存儲器中由于它采用了

35、的通訊的方式當(dāng)在總線上面存在了多于一個(gè)DSl8B20的時(shí)候就需要我們先指定出一個(gè)主DSl8B20了讓它擁有特殊的權(quán)利即是該主DS18B20占用總線的特殊權(quán)力由于存在這個(gè)原因在存在多個(gè)DSl8B20的系統(tǒng)的時(shí)候在系統(tǒng)能正常工作前我們就需要對系統(tǒng)中所有存在的DSl8B20的序列號進(jìn)行讀取然后將它們都保存在系統(tǒng)的存儲器中DSl8B20的內(nèi)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(zhuǎn)換以及上限和下限值的操作但是DSl8B20假設(shè)想要實(shí)現(xiàn)某一個(gè)命令還必需要ROM命令和暫存器命令這兩個(gè)命令同時(shí)使用的配合使用才能實(shí)現(xiàn)該命令的完成另外ROM

36、命令的任務(wù)是負(fù)責(zé)對DS18B20內(nèi)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(shè)計(jì)的測溫程序的流程如下圖測溫程序流程圖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(shù)據(jù)處理電流電壓讀入流程圖3通訊局部程序設(shè)計(jì)我們所設(shè)計(jì)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)其中要求該系統(tǒng)能夠和上位機(jī)之間到達(dá)通訊對于通訊方式我們所設(shè)計(jì)的單片機(jī)有總共存在4種串行通訊方式在蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)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(fā)波特率由定時(shí)器l控制在使用前要設(shè)置波特率并且通訊方式3適用于多機(jī)通訊在方式3前提下通訊時(shí)的串行幀格式為l位起始位可編程的低9位1個(gè)停止位8位數(shù)

37、據(jù)位在該單片機(jī)和上位機(jī)實(shí)施通訊的時(shí)候我們還需要遵循一定的通訊之間的協(xié)議在通訊的協(xié)議中我們要規(guī)定波特率幀格式聯(lián)絡(luò)信號數(shù)據(jù)過失檢查等一些需要規(guī)定的通訊程序流程圖如下列圖所示 程序流程圖顯示程序設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對EDMl2864-09液晶顯示這一塊的的程序編寫首先我們要讓液晶模塊進(jìn)入初始化狀態(tài)然后液晶顯示屏才可以顯示出我們需要的數(shù)據(jù)但是在以后的顯示中我們就不需要在讓液晶模塊進(jìn)行初始化了另外如果在系統(tǒng)使用時(shí)的時(shí)候我們不進(jìn)行任何的操作由于默認(rèn)的就會顯示出電路的第一路的狀態(tài)如果我們要觀察到其他路的狀態(tài)的話就需要我們通過鍵盤的操作來到達(dá)觀察其他線路的狀態(tài)液晶顯示屏顯示的是哪一路的狀態(tài)是通過判斷一個(gè)標(biāo)志位來具

38、體確定的假設(shè)是出現(xiàn)不正常情況報(bào)警的時(shí)候顯示屏也將會顯示出不正常的那一路的狀態(tài)如果是系統(tǒng)處在通訊的狀態(tài)下液晶屏幕上也將會顯示報(bào)警和通訊顯示都是通過判斷報(bào)警標(biāo)志位和通訊標(biāo)志位是否置位才進(jìn)行操作的該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)上面的液晶顯示屏上還要求顯示電池的各個(gè)路號以及電池的電池溫度端電壓電動勢和充放電電流等一些電池的根本信息這些電池的根本信息是需要固定顯示在屏幕上面的的但是屏幕所顯示的數(shù)字信息那么是按照我們預(yù)先設(shè)定的周期按時(shí)刷新的當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)的時(shí)候我們也要求液晶屏幕的下方能夠出現(xiàn)相應(yīng)的我們預(yù)先設(shè)置的一些工作要求根據(jù)液晶模塊的指令可完成對它的編程顯示程序流程圖如下圖 顯示程序流程圖44 本章小結(jié)本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)

39、計(jì)局部也采用了功能模塊化設(shè)計(jì)方法為硬件電路設(shè)計(jì)了相應(yīng)的子程序次設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是方便在主程序中進(jìn)行調(diào)用大大地增強(qiáng)了程序的可讀性降低了調(diào)試的難度使程序變得更加易于維護(hù)和擴(kuò)展由于子電路和子程序是相對應(yīng)的所以很好的實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)軟硬件之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一在設(shè)計(jì)完成后必須進(jìn)行系統(tǒng)的硬件及軟件調(diào)試修改設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤調(diào)試應(yīng)針對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的自身特點(diǎn)硬件調(diào)試主要是針對電路中各元器件的設(shè)計(jì)缺陷連接錯(cuò)誤和器件故障進(jìn)行排除本設(shè)計(jì)中主要硬件調(diào)試內(nèi)容如下1 檢查各元件的實(shí)際封裝和設(shè)計(jì)時(shí)PCB板中的封裝是否一致一致那么連接線路如不一致那么需要修改電路或重新選擇器件2 確認(rèn)各電源局部大小和元器件的規(guī)格說明相符如高于元器件額定電壓那么需要加

40、裝穩(wěn)壓管并且注意電源的正負(fù)極位置以防電源短路和錯(cuò)接極性3 連接電路時(shí)核對元器件型號規(guī)格和安裝是否符合對照圖紙確認(rèn)電路連接正確對出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行及時(shí)修正4 檢查各元件的電氣功能是否正常焊板通電后用萬用表電壓檔測量各元件引腳的電壓數(shù)據(jù)是否正確然后斷開電源接上單片機(jī)傳感器和其它各單元器件再次通電查看各元件運(yùn)行狀況對各芯片輸以電平查看其輸出電平確認(rèn)邏輯關(guān)系正確性5 設(shè)計(jì)中單片機(jī)使用上電復(fù)位電路有時(shí)電容值過小會造成復(fù)位時(shí)間太短出現(xiàn)無法正常復(fù)位的現(xiàn)象在實(shí)際接線過程中檢查電容大小是否足夠出現(xiàn)上述情況那么改變電容大小軟件調(diào)試并非用實(shí)際調(diào)試而是在仿真軟件上進(jìn)行模擬調(diào)試軟件開發(fā)環(huán)境 MedWinV30編譯軟件利用該

41、軟件可以對程序進(jìn)行編譯改錯(cuò)和調(diào)試該軟件的模擬調(diào)試器支持單片機(jī)匯編語言源代碼調(diào)試其匯編程序支持宏匯編及模塊化編程使用方便軟件調(diào)試內(nèi)容主要由以下內(nèi)容1 在編寫匯編程序的時(shí)候經(jīng)常會不可防止的出現(xiàn)語句拼寫錯(cuò)誤定義重復(fù)等問題光靠人工編程時(shí)的檢查很難將其全部修正MedWinV30編譯軟件即有此功能在輸入程序后它可以自動發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并提供錯(cuò)誤的位置和原因調(diào)試時(shí)可根據(jù)軟件的提示修正程序2 在模擬調(diào)試器中調(diào)試各子模塊設(shè)置單片機(jī)運(yùn)行方式和入口條件檢查各芯片運(yùn)行狀態(tài)確定子程序運(yùn)行結(jié)果與設(shè)計(jì)中的預(yù)定目標(biāo)相符3 各子模塊調(diào)試正常后再將各子模塊及主模塊連接起來進(jìn)行整體程序調(diào)試確定整體程序能完成預(yù)先設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能如果程序運(yùn)行錯(cuò)

42、誤那么對子程序和主程序的兼容性如數(shù)據(jù)存儲緩沖單元是否沖突堆棧是否溢出等進(jìn)行排查最后全部匯編連接成目標(biāo)文件最后將目標(biāo)代碼下載到單片機(jī)中并連接智能儀表進(jìn)行統(tǒng)調(diào)次畢業(yè)設(shè)計(jì)是單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)它是最典型的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主51這個(gè)型單片機(jī)監(jiān)測控制方面的應(yīng)用分析蓄電池的端電壓電動勢內(nèi)阻充放電電流溫度等參數(shù)測量監(jiān)測設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)采集運(yùn)算及控制局部通過這次蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)常用芯片硬件接口電路和軟件規(guī)劃方面的知識考慮到所使用的芯片是適宜軟件過程中我學(xué)到了許多軟件編程的技巧我實(shí)際體驗(yàn)整個(gè)設(shè)計(jì)王建錢敏免維護(hù)鉛酸電池的狀態(tài)監(jiān)測J華東地址學(xué)院學(xué)報(bào)199922 4 309-313陳劍徐劍虹閥控密封鉛

43、酸蓄電池失效機(jī)理及檢J電源技術(shù)199923 6 332-334張紅潤孫悅等著單片機(jī)原理及應(yīng)用M清華大學(xué)出版社2021吳國經(jīng)主編單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M中國電力出版社2004沈紅衛(wèi)著基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M電子工業(yè)出版社2005馮建華等著單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)M人民郵電出版社2004馬忠梅籍順心張凱等編著單片機(jī)的C語言程序設(shè)計(jì)第三版M北京航空航天大學(xué)出版社2003徐薇莉 曹柱中控制理論與設(shè)計(jì)M上海交大出版社200374-82先鋒工作室單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例M清華大學(xué)出版社2003104-110 徐曼珍新型蓄電池原理與應(yīng)用M北京人民郵電出版社2005徐薇莉 曹柱中控制理論與設(shè)計(jì)M上海交大出版社2

44、00374-82李立偉鄒積巖蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J電工技術(shù)雜志2002117-9 李華MCS-51系列單片機(jī)使用接口技術(shù)M北京航空航天大學(xué)出版社1990 王福瑞等編著單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全M北京航空航天大學(xué)出版社1999 15 李朝青單片機(jī)原理及接口技術(shù)第3版M北京北京航空航天大學(xué)出版社202116 高惠芳單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)M北京科學(xué)出版社202117 周潤景 張麗娜 基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真M 北京北京航空航天大學(xué)出版社 202118 李朝青單片機(jī)DSP外圍數(shù)字IC技術(shù)手冊M北京北京航空航天大學(xué)出版社2021附錄源程序KS1AJMP KEY1 MOV A0

45、FFH MOV P1A MOV AP1 讀P1口鍵值 CPL A A取反無鍵按下那么全0 ANL A0FH 屏蔽A高半字節(jié) RETKEYIACALL KS1 檢查是否有鍵閉合 JNZ LK1 A非0那么轉(zhuǎn)移 ACALL DISP 顯示一次延時(shí)10ms AJMP KEY1LK1 ACALL DISP 有鍵閉合二次消抖動延時(shí)20 msACALL DISP ACALL KS1 再檢查有鍵閉合否JNZ LK2 有鍵閉合轉(zhuǎn)LK2ACALL DISPAJMP KEY1 經(jīng)去抖動確認(rèn)無鍵閉合延時(shí)10ms后轉(zhuǎn)KEY1LK2 MOV R20EH 掃描初值進(jìn)R2 MOV R400H 掃描列號送R4LK4 MOV P1A 掃描初值送P1口 MOV AP1 讀P1口 JB ACC0LONE ACC0 1第0行無鍵閉合轉(zhuǎn)LONE MOV A00H 裝第0行初值 AJMP LKPLONE JB ACC1LTWO ACC1 1第1行無鍵閉合轉(zhuǎn)LTWOMOV A04H 裝第1行初值A(chǔ)JMP LKPLTWO JB ACC2LTHR ACC2 1第2行無鍵閉合轉(zhuǎn)LTHR M