基于單片機(jī)的蓄電池在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目基于單片機(jī)的蓄電池在</p><p><b>　　線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)</b></p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) </p>

2、<p>　　學(xué) 生 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　2010 年</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　蓄電池作為穩(wěn)定電源和主要的直流電源, 歷史悠久, 使用

3、廣泛, 與我們的社會(huì)生活息息相關(guān)。作為后備電源, 蓄電池是確保設(shè)備正常運(yùn)行的最后一道生命線(xiàn), 如果聽(tīng)任其長(zhǎng)期處于狀態(tài)不明的情況下運(yùn)行, 那么將存在嚴(yán)重隱患。隨著時(shí)間的推移, 電池使用年限的增加, 由電池引起的中斷事故將防不勝防。因此, 合理可靠地對(duì)電池進(jìn)行管理和維護(hù), 才能夠保證電池有較長(zhǎng)的使用壽命,從而達(dá)到保證設(shè)備擁有不間斷電源。在電源系統(tǒng)的維護(hù)中, 蓄電池的維護(hù)管理占據(jù)非常重要的地位。怎樣才能延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命, 保證蓄電池有足夠

4、的容量, 充分發(fā)揮蓄電池作為后備電源的作用, 確保通信、電力、應(yīng)急等系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這對(duì)各個(gè)行業(yè)電源及后備電源維護(hù)有著非常重要的意義。</p><p>　　蓄電池組是許多設(shè)備的動(dòng)力源或應(yīng)急電源，因此電池組的性能將直接關(guān)系到設(shè)備的正常運(yùn)行。為了提高蓄電池的使用壽命，保證其可靠運(yùn)行，需要經(jīng)常對(duì)蓄電池參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量，以確保蓄電池組處于最佳的工作狀況。以往，蓄電池參數(shù)的測(cè)量都是人工完成的。人工測(cè)量速度慢，測(cè)量精度不高，

5、而且有害氣體影響人體健康。為減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障測(cè)量人員身體健康，提高測(cè)量速度和測(cè)量精度，對(duì)蓄電池參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量顯得尤為重要。在多個(gè)單體電池串聯(lián)組成的系統(tǒng)中，單個(gè)電池故障就會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)，因此要對(duì)電池的充電和放電過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)，在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池沖放電的每個(gè)階段的電池的電壓，電流，電池體的溫度等。及時(shí)找出損壞的和性能顯著降低的電池，可以提高整個(gè)電池系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。由于受環(huán)境限制，要求系統(tǒng)簡(jiǎn)小、實(shí)用，可以每個(gè)電池配備一個(gè)

6、單獨(dú)的系統(tǒng)，通過(guò)LED顯示單獨(dú)的電壓和電流的變化，方便對(duì)單一電池進(jìn)行維修和日常的維護(hù)。</p><p>　　在現(xiàn)今這個(gè)以工業(yè)為主的社會(huì)中，鉛酸蓄電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛了，如今的交通工具大都裝有蓄電池，諸如各式各樣的飛機(jī)、船舶、火車(chē)和汽車(chē)等，還有通信行業(yè)的后備電源，金融行業(yè)的后備電源等等。這些場(chǎng)合都是要求蓄電池的要求很高的，要求它的運(yùn)行絕對(duì)可靠，這樣一來(lái)就對(duì)蓄電池的檢測(cè)和維護(hù)提出了很高的要求。如果這些領(lǐng)域在蓄電池方面

7、出現(xiàn)了故障，沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解除，那么造成的嚴(yán)重后果是無(wú)法估量的。因此蓄電池檢測(cè)儀表對(duì)蓄電池的正常運(yùn)行，提高蓄電池的使用壽命，減少應(yīng)用領(lǐng)域事故發(fā)生，降低財(cái)產(chǎn)損失有著重要的意義，應(yīng)用前景廣闊。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言2</b></p><p>　　摘

8、要..…………………………………………………………………………………………………….I</p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 蓄電池的工作原...................................................... 1&l

9、t;/p><p>　　1.2 蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀.....................................................1</p><p>　　1.3 蓄電池檢測(cè)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展............................................ 2</p><p>　　1.4 當(dāng)前蓄電池的主要檢測(cè)技術(shù).........

10、................................... 4</p><p>　　1.5 蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的課題意義............................................ 4</p><p>　　第二章 芯片部分的介紹6</p><p>　　2.1單片機(jī)89C516</p><p>　　2.2

11、 A/D轉(zhuǎn)換器TLC5498</p><p>　　2.3 溫度傳感器DS18B20....................................................9</p><p>　　第三章 設(shè)計(jì)的主要思路12</p><p>　　3.1在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的主要任務(wù)12</p><p>　　3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)...

12、................................................12</p><p>　　3.3系統(tǒng)框圖13</p><p>　　第四章 系統(tǒng)采樣部分電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1電壓采集部分15</p><p>　　4.2電流采集部分16</p><p>　　4.3溫

13、度采集部分18</p><p>　　第五章 LCD顯示部分及通信電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.1 LCD原件簡(jiǎn)介及接線(xiàn)21</p><p>　　5.2 通信部分電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　第六章 總電路圖及程序流程圖27</p><p>　　7.1總電路圖27</p><

14、;p>　　7.2程序流程圖27</p><p>　　第七章 總結(jié)與體會(huì)33</p><p><b>　　謝辭34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　附錄36</b></p><p>&l

15、t;b>　　摘 要</b></p><p>　　蓄電池是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲(chǔ)存起來(lái)，在合適的地方使用。它的工作原理就是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。它用填滿(mǎn)海綿狀的鉛板作負(fù)極，填滿(mǎn)二氧化鉛的鉛板作正極，并用22～28％的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。其充放電都有嚴(yán)格的電壓、電流、溫度的要求，所以必須設(shè)計(jì)它的檢測(cè)系統(tǒng)。</p>&l

16、t;p>　　蓄電池種類(lèi)很多，有鉛酸蓄電池、鉛酸膠體蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋅空氣電池和燃料電池等目前常用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池分別為普通蓄電池、干電荷蓄電池和免維護(hù)蓄電池。鉛酸蓄電池一般是由正負(fù)極板、隔板、殼體、電解液和接線(xiàn)樁頭等組成。蓄電池組是許多設(shè)備的動(dòng)力源或應(yīng)急電源，因此電池組的性能將直接關(guān)系到設(shè)備的正常運(yùn)行。為了提高蓄電池的使用壽命，保證其可靠運(yùn)行，需要經(jīng)常對(duì)蓄電池參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量，以確保蓄電池組處于最佳的工作狀況

17、。以往蓄電池參數(shù)的測(cè)量都是人工完成的。人工測(cè)量速度慢，測(cè)量精度不高，而且有害氣體影響人體健康。為減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障測(cè)量人員身體健康，提高測(cè)量速度和測(cè)量精度，對(duì)蓄電池參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量顯得尤為重要。</p><p>　　本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)為核心，它含有8K字節(jié)快擦寫(xiě)可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，具有8k的內(nèi)部RAM;3個(gè)16位定時(shí)記數(shù)器;32個(gè)可編程的1/0口線(xiàn);6個(gè)中斷源;可編程的串

18、行編口，還具有空閑和掉電方式，它的集成度高、速度快、功耗低，特別適合于多路數(shù)據(jù)采集的控制系統(tǒng)中。本系統(tǒng)可以測(cè)量蓄電池端電壓、電池溫度、蓄電池充放電電流等，數(shù)據(jù)采集電路采用模塊化設(shè)計(jì)。測(cè)量數(shù)據(jù)在LCD上的顯示、存儲(chǔ)、上傳PC機(jī)等功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞:單片機(jī);蓄電池;智能檢測(cè);硬件設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p>

19、;<p>　　Energy can be changed in various forms of energy, one of them, the chemical energy into electrical energy conversion device called chemical batteries, the general referred to as batteries, battery cells and

20、 batteries are the original division. Discharge can not be used after the manner of charging the internal regeneration of active substances called primary cells, also known as a one-time battery. Can be used after discha

21、rge rechargeable internal activity of the establishment of renewable mater</p><p>　　The lead-acid storage battery group is the drive power supply or contingency power supply for many machines. So the perform

22、ance of the storage battery group is directly related to the normal running of many device. It is necessary to measure batteries’ parameters accurately and frequently in order to enhance their lives. </p><p>

23、;　　The monitor system is to take AT89C51 as the core, its chip adopt the craft of CMOS and faces to monolithic machine with memory structure. It implies the quick cleaning of the 8 inside the break source. The programmab

24、le string goes to weave, still having the spare time and dropping to give or get an electric shock the way. Its integrated degree is high, the speed is quick the power consumed is low specially suitable for the control s

25、ystem of many methods, data collection. This system can measure</p><p>　　Key words: single-chip computer; battery; detection.</p><p>　　KEYWORDS ：Microcontroller ; battery ; Intelligent detection

26、; hardware design;</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1蓄電池的工作原理</p><p>　　蓄電池的放電的化學(xué)反應(yīng)是依靠正極板活性物質(zhì)(二氧化鉛)和負(fù)極板活性物質(zhì)(海綿狀純鉛)在電解液(稀硫酸溶液)的作用下進(jìn)行，放電時(shí)，正極板由二氧化鉛變成硫酸鉛，負(fù)極板也由鉛變成硫酸鉛，充電時(shí)，正極

27、板上的硫酸鉛還原成二氧化鉛，負(fù)極板上的硫酸鉛還原成純鉛。（圖1）</p><p>　　圖1 蓄電池工作示意圖</p><p>　　1.2蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向</p><p>　　鉛酸蓄電池是目前世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，具有電壓平穩(wěn)、安全可靠、價(jià)格低廉、適用范圍廣、原材料豐富等優(yōu)點(diǎn)，中國(guó)鉛酸蓄電池行業(yè)經(jīng)過(guò)50年的建設(shè)與發(fā)展，已基本形成了大中小企業(yè)相結(jié)合、具

28、有一定規(guī)模的鉛酸蓄電池制造體系?！鞍宋濉庇?jì)劃期間，鉛酸蓄電池行業(yè)發(fā)展穩(wěn)定，產(chǎn)品檔次和水平有了明顯提高，產(chǎn)量有了進(jìn)一步發(fā)展。進(jìn)入“九五”計(jì)劃時(shí)期之后，隨著我國(guó)改革開(kāi)放進(jìn)一步向縱深發(fā)展，各行業(yè)結(jié)構(gòu)作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，能源、交通和通訊等支柱產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，給鉛酸蓄電池行業(yè)帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇。中國(guó)鉛酸蓄電池的需求以每年15％～40％的速度增長(zhǎng)。</p><p>　　高能電池、廉價(jià)的燃料電池以及微電池的發(fā)展將會(huì)使愈來(lái)愈多的電子

29、產(chǎn)品“動(dòng)”起來(lái)。電池的種類(lèi)將會(huì)更多、應(yīng)用范圍更廣，價(jià)格更低廉且更加“清潔”。和太陽(yáng)能聯(lián)系在一起的電池以及以大氣為活性物質(zhì)的燃料電池將會(huì)在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)中飛速發(fā)展。電池技術(shù)將是新世紀(jì)的第二大關(guān)鍵技術(shù)，有著非常廣闊的前景。</p><p>　　鉛酸電池在重量比能量、體積比能量等方面比鋰離子電池低得多，幾乎是鎳基電池的二分之一；在循環(huán)壽命、再生率、自放電和安全性方面 鉛酸電池比鎳基電池和鋰電池好，作為應(yīng)用范圍最廣、用量最大的

30、化學(xué)電源，鉛酸蓄電池行業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，隨著能源、交通、通信等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起鉛酸蓄電池的市場(chǎng)前景非常廣闊，特別是適應(yīng)環(huán)保與免維護(hù)需求的閾控式密封鉛酸蓄電池已經(jīng)被人們接受，并且在很多領(lǐng)域已逐漸取代傳統(tǒng)的開(kāi)口式鉛酸蓄電池 但也應(yīng)該看到，目前鉛酸蓄電池行業(yè)整體技術(shù)水平、管理水平、人員素質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量等參差不齊，急需進(jìn)一步完善和提高，技術(shù)上應(yīng)不斷創(chuàng)新，使產(chǎn)品本身增強(qiáng)與其他化學(xué)電源品種的競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　新

31、的蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、人機(jī)界面友好，又易于操作，并且整體結(jié)構(gòu)可靠性好，精度高，具有很高的推廣使用價(jià)值。中國(guó)已將新能源、節(jié)能環(huán)保等列為重點(diǎn)行業(yè)，如果把本課題所設(shè)計(jì)的新型蓄電池在線(xiàn)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際生活中，將會(huì)給新能源、節(jié)能環(huán)保等行業(yè)帶來(lái)不一樣的前景。</p><p>　　隨著中國(guó)加入WTO，將會(huì)有很多的國(guó)外一流企業(yè)加入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)中國(guó)鉛酸蓄電池企業(yè)構(gòu)成很大的威脅。因此，中國(guó)的鉛酸蓄電池企業(yè)應(yīng)盡快完善、更

32、新和發(fā)展產(chǎn)品技術(shù)，提高產(chǎn)品的檔次和質(zhì)量．并且降低或本，使產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力，并要不斷控制和限制創(chuàng)建低水平的蓄電池廠家，生產(chǎn)高質(zhì)量的免維護(hù)汽車(chē)蓄電池、大中小閥控式密封鉛酸蓄電池和作為動(dòng)力源的牽引用蓄電池，增強(qiáng)與世界著名品牌蓄電池廠家的抗衡能力，使蓄電池行業(yè)走上健康良好發(fā)展軌道。</p><p>　　1.3蓄電池檢測(cè)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展</p><p>　　在國(guó)內(nèi)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)單體電池電壓的監(jiān)測(cè)

33、成為主要內(nèi)容，關(guān)于溫度和電流的測(cè)量都屬常規(guī)測(cè)量，而且在這些方面的測(cè)量技術(shù)都已成熟。在電壓的測(cè)量方法上，對(duì)單個(gè)電壓量的測(cè)量方法非常簡(jiǎn)單。其中，最關(guān)鍵的是如何測(cè)量電池組中串聯(lián)在一起的單電池電壓。在解決如何測(cè)量單電池電壓?jiǎn)栴}上，人們進(jìn)行了大量的研究工作，曾有人設(shè)想在多路輸入信號(hào)的選擇上采用模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行選通，在模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換上采用可編程定時(shí)器的V/F轉(zhuǎn)換器。其中，在解決輸入信號(hào)電壓高于芯片的最大工作電壓的問(wèn)題上存在技術(shù)難點(diǎn)，且采用V/F轉(zhuǎn)換器作

34、為A/D轉(zhuǎn)換器其缺點(diǎn)是影響速度慢，在小信號(hào)范圍內(nèi)線(xiàn)性度差、精度低。關(guān)于在線(xiàn)測(cè)量單只電池電壓的方法，還有人提出用光電隔離器件和大電解容器構(gòu)成采樣，保持電路來(lái)測(cè)量蓄電池組中單只電池電壓。此電路的缺點(diǎn)是，在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電容上的電壓能發(fā)生變化，使其精度趨低，而且電容充放電時(shí)間是晶體管和隔離芯片等器件動(dòng)作延遲等因素，決定了采樣時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)研制并投產(chǎn)ZXJZ4/2-1型蓄電池智能監(jiān)測(cè)儀，采用浮動(dòng)技術(shù)測(cè)量蓄電池組中各單電池電壓，測(cè)量的參數(shù)

35、還包括電池組電壓、Z路電流、Z路溫度。另外，在對(duì)蓄電池內(nèi)阻測(cè)量的問(wèn)題上，人們</p><p>　　由于內(nèi)阻與電池的性能密切相關(guān)，國(guó)際上有許多公司一起進(jìn)行電池內(nèi)阻測(cè)量的開(kāi)發(fā)工作，以便通過(guò)內(nèi)阻來(lái)有效監(jiān)測(cè)蓄電池的狀況。目前國(guó)際上主要有兩家公司在進(jìn)行電池內(nèi)阻測(cè)量?jī)x器的開(kāi)發(fā)工作，它們是MIDTRONICS和AVO公司。測(cè)試方法是用交流發(fā)電裝置向電池單體或蓄電池組注入一個(gè)低頻20～30HZ60H的交流信號(hào)，測(cè)量通過(guò)電池的交流

36、電流和每只電池兩端的交流電壓，則得出電池的電導(dǎo)或電阻值，并顯示這個(gè)值。</p><p>　　總之兩種測(cè)試裝置都是向蓄電池注入一個(gè)交流信號(hào)，測(cè)量電池兩端的交流電壓和通過(guò)電池的電流。如果在蓄電池組上有一定量的紋波電壓，在許多情況下，必須采取離線(xiàn)測(cè)試或采取措施消除紋波。</p><p>　　美國(guó)BMS(Battery Monitoring System)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展于電力應(yīng)用工業(yè)。11

37、989年美國(guó)電力研究所與國(guó)家電能研究公司合作，共同研究了無(wú)人值守場(chǎng)站PWBC鉛酸蓄電池綜合在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)4年的研究與開(kāi)發(fā)，耗資200萬(wàn)美元，于1994年完成樣機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。測(cè)定的參數(shù)包括電池組電壓、單體電壓、(浮充電)維持電流、電池內(nèi)部溫度、電池組環(huán)境溫度、電解液比重、電解液液面高度以及電極利用情況等。其方法是采用安裝在每一只電池上的多傳感器電池檢測(cè)模塊(叫“電池監(jiān)測(cè)器”，是真空密封的)這種模塊通過(guò)光纜將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫铍姵亟M監(jiān)

38、測(cè)器，每一電池組監(jiān)測(cè)器可能測(cè)256個(gè)單電池。遠(yuǎn)程控制中心通過(guò)MODEMS和公司電話(huà)線(xiàn)對(duì)電池組監(jiān)測(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？赡軠y(cè)的電池組監(jiān)測(cè)器的數(shù)量不受限制?？刂浦行腜C機(jī)能定期查詢(xún)所有運(yùn)行組的監(jiān)測(cè)器，下載并處理儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)和顯示電池狀態(tài)及其趨勢(shì)的信息，能獲得每一節(jié)電池的參數(shù)。其主要特征是運(yùn)用特定傳感器對(duì)電池組的每個(gè)電池進(jìn)行獨(dú)立的監(jiān)測(cè)。單電池電壓的測(cè)量是使用傳統(tǒng)的一個(gè)直接帶有A/D穩(wěn)壓的轉(zhuǎn)換器(由電池組供電)電池組電流的測(cè)量用霍爾效應(yīng)磁域傳感器來(lái)

39、測(cè)量。電池內(nèi)部</p><p>　　關(guān)于BMS蓄電池的檢測(cè)有多種檢測(cè)目的。因此，監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)也有差異，在監(jiān)測(cè)的方法和手段上人們進(jìn)行了大量的研究和探索。</p><p>　　國(guó)外還研究開(kāi)發(fā)了VMS(VRLA Battery Management System)閥控密封鉛酸蓄電池管理系統(tǒng)。這個(gè)管理系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)蓄電池，而是設(shè)計(jì)成具有管理和控制蓄電池的功能。此系統(tǒng)的目的是改變蓄電池“恒壓充電”

40、的方法。因?yàn)楹銐撼潆姷姆椒ú荒軡M(mǎn)足不同蓄電池所需的不同充電電流。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括：?jiǎn)坞姵仉妷骸㈦姵貎?nèi)部溫度、放電電流及放電過(guò)程中的電池組總的電壓，VMS中包含了BMS。它是在監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)蓄電池進(jìn)行分析，并進(jìn)行管理和控制。這樣更有利于對(duì)蓄電池的維護(hù)，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命。</p><p>　　可以說(shuō)，國(guó)外蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)比較成熟，并且研究發(fā)展了蓄電池管理系統(tǒng)。在蓄電池管理系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)的電池參數(shù)有所不同，研究的

41、方法更為復(fù)雜。國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及研究成果對(duì)我國(guó)進(jìn)一步進(jìn)行有關(guān)部門(mén)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面的研究，可以起到借鑒作用。</p><p>　　1.4當(dāng)前蓄電池的主要檢測(cè)技術(shù)</p><p>　　為了正確使用蓄電池，提高蓄電池的使用壽命，保證可靠運(yùn)行，需要經(jīng)常對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)和周期治療。但怎樣才能知道蓄電池處于最佳工作狀況，什么時(shí)候需要充電，什么時(shí)候需要添加蒸餾水，電解液的溫度等，這些參數(shù)都需要嚴(yán)格測(cè)量。以

42、往蓄電池參數(shù)的測(cè)量都是手工完成的。手工測(cè)量速度慢，測(cè)量精度不高，而且有害氣體影響人體健康。為了現(xiàn)代化的需要，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、保護(hù)身體健康，提高測(cè)量速度和測(cè)量精度，所以對(duì)蓄電池參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量顯得尤為重要。因此這方面的研究越來(lái)越多的為人們所關(guān)注，測(cè)量一些相應(yīng)的參數(shù)可以對(duì)系統(tǒng)是否正常工作做出一個(gè)最快的判定，方便進(jìn)行及時(shí)的維修和維護(hù)。</p><p>　　目前國(guó)際上在蓄電池檢測(cè)/監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的研究主要集中在，以檢測(cè)浮

43、充數(shù)據(jù)為主的被動(dòng)方法、傳統(tǒng)的深度放電測(cè)試、新的部分放電測(cè)試技術(shù)、放電狀態(tài)剩余電量的估計(jì)、蓄電池阻抗檢測(cè)和分析、智能電池技術(shù)。</p><p>　　隨著傳感器技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)蓄電池檢測(cè)的手段也在不斷的發(fā)展。所有的發(fā)展都是圍繞著怎樣才能更好的檢測(cè)蓄電池的容量，更及時(shí)準(zhǔn)確的了解蓄電池的工作狀況。</p><p>　　1.5蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的課題意義</p><p>

44、　　蓄電池作為穩(wěn)定電源和主要的直流電源, 歷史悠久, 使用廣泛, 與我們的社會(huì)生活息息相關(guān)。作為后備電源, 蓄電池是確保設(shè)備正常運(yùn)行的最后一道生命線(xiàn), 如果聽(tīng)任其長(zhǎng)期處于狀態(tài)不明的情況下運(yùn)行, 那么將存在嚴(yán)重隱患。隨著時(shí)間的推移, 電池使用年限的增加, 由電池引起的中斷事故將防不勝防。因此, 合理可靠地對(duì)電池進(jìn)行管理和維護(hù), 才能夠保證電池有較長(zhǎng)的使用壽命,從而達(dá)到保證設(shè)備擁有不間斷電源。在電源系統(tǒng)的維護(hù)中, 蓄電池的維護(hù)管理占據(jù)非常重

45、要的地位。怎樣才能延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命, 保證蓄電池有足夠的容量, 充分發(fā)揮蓄電池作為后備電源的作用, 確保通信、電力、應(yīng)急等系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這對(duì)各個(gè)行業(yè)電源及后備電源維護(hù)有著非常重要的意義。</p><p>　　蓄電池組是許多設(shè)備的動(dòng)力源或應(yīng)急電源，因此電池組的性能將直接關(guān)系到設(shè)備的正常運(yùn)行。為了提高蓄電池的使用壽命，保證其可靠運(yùn)行，需要經(jīng)常對(duì)蓄電池參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量，以確保蓄電池組處于最佳的工作狀況。以往，蓄電

46、池參數(shù)的測(cè)量都是人工完成的。人工測(cè)量速度慢，測(cè)量精度不高，而且有害氣體影響人體健康。為減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障測(cè)量人員身體健康，提高測(cè)量速度和測(cè)量精度，對(duì)蓄電池參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量顯得尤為重要。在多個(gè)單體電池串聯(lián)組成的系統(tǒng)中，單個(gè)電池故障就會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)，因此要對(duì)電池的充電和放電過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)，在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池沖放電的每個(gè)階段的電池的電壓，電流，電池體的溫度等。及時(shí)找出損壞的和性能顯著降低的電池，可以提高整個(gè)電池系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性

47、。由于受環(huán)境限制，要求系統(tǒng)簡(jiǎn)小、實(shí)用，可以每個(gè)電池配備一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，通過(guò)LED顯示單獨(dú)的電壓和電流的變化，方便對(duì)單一電池進(jìn)行維修和日常的維護(hù)。</p><p>　　在現(xiàn)今這個(gè)以工業(yè)為主的社會(huì)中，鉛酸蓄電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛了，如今的交通工具大都裝有蓄電池，諸如各式各樣的飛機(jī)、船舶、火車(chē)和汽車(chē)等，還有通信行業(yè)的后備電源，金融行業(yè)的后備電源等等。這些場(chǎng)合都是要求蓄電池的要求很高的，要求它的運(yùn)行絕對(duì)可靠，這樣一來(lái)就對(duì)蓄

48、電池的檢測(cè)和維護(hù)提出了很高的要求。如果這些領(lǐng)域在蓄電池方面出現(xiàn)了故障，沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解除，那么造成的嚴(yán)重后果是無(wú)法估量的。因此蓄電池檢測(cè)儀表對(duì)蓄電池的正常運(yùn)行，提高蓄電池的使用壽命，減少應(yīng)用領(lǐng)域事故發(fā)生，降低財(cái)產(chǎn)損失有著重要的意義，應(yīng)用前景廣闊。</p><p>　　第二章 芯片部分的介紹 </p><p>　　2.1單片機(jī)AT89C51</p><p>　　選

49、用AT89C51單片機(jī)作為電路控制的核心。AT89C51是一種低功耗/低電壓、功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的8 位單片機(jī)。片內(nèi)有 128 B 的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,4 KB的ROM 程序存儲(chǔ)器,4個(gè)I/O口,1個(gè)串口,2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器,5個(gè)中斷源,無(wú)內(nèi)置看門(mén)狗,也無(wú)A/D 轉(zhuǎn)換。根據(jù)在片外擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換接口。</p><p><b>　　引腳說(shuō)明：</b></p><p>

50、;<b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。P1口的管腳第一次寫(xiě)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(chǔ)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)FIAS

51、H進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)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(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)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。 </p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8

52、位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“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(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址

53、信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)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。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p><b&g

54、t;　　口管腳 備選功能</b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）&l

55、t;/p><p>　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳

56、兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)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(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)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(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，

57、 ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存

58、儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p>

59、　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)器件，XTAL2應(yīng)不接。由于輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。下圖2為單片機(jī)89C51的引腳圖：</p><p>　　圖2 AT89C51的引腳圖</p><p>　　2.2

60、A/D轉(zhuǎn)換器TLC549</p><p>　　TLC549基本參數(shù)CMOS技術(shù)，8位轉(zhuǎn)換結(jié)果，與微處理器或外圍設(shè)備接口，差分基準(zhǔn)電壓輸入，轉(zhuǎn)換時(shí)間：最大17us，每秒訪問(wèn)和轉(zhuǎn)換次數(shù)：達(dá)到40000，片上軟件控制采樣和保持功能，全部非校準(zhǔn)誤差，寬電壓供電，3～6V 。封裝及引腳簡(jiǎn)單，低功耗：最大15mW，5V供電時(shí)輸入范圍：0～5V，輸入輸出完全兼容TTL和CMOS電路，全部非校準(zhǔn)誤差，工作溫度范圍：0℃～70℃（

61、TLC549）、-40℃～85℃（TLC549I）。TLC549引腳圖如下圖3：</p><p>　　圖3 TLC549的引腳圖</p><p>　　TLC549內(nèi)部含有系統(tǒng)時(shí)鐘。當(dāng)CS為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時(shí)I/O CLOCK不起。這種控制作用允許用多片TLC549時(shí)，共用 I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D并用是的I/O控制端口。一組通常的控制時(shí)

62、序?yàn)?</p><p>　　(1)將/CS置低。內(nèi)部電路在測(cè)得/CS下降沿后，再等待兩個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘上升沿和一個(gè)下降沿后，然后確認(rèn)這一變化，最后自動(dòng)將前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)輸出到 DATA OUT端上。</p><p>　　(2)前四個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第2，3，4和第5個(gè)位(D6，DS，D4，D3)，片上采樣保持電路在第4個(gè)I/O CLOCK下降沿開(kāi)始采樣模擬輸

63、入。</p><p>　　(3)接下來(lái)的3個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿將移出第6，7，8(D2，Dl，D9)個(gè)轉(zhuǎn)移位。</p><p>　　(4)最后一片上采樣保持電路在第8個(gè)I/O CLOCK周期下降沿將移出第6，7，8(D2，D1，D0) 個(gè)轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期，然后開(kāi)始進(jìn)行32個(gè)內(nèi)部始終周期的A/D轉(zhuǎn)換。第8個(gè)I/O CLOCK后，/CS必須為高，或 I/O C

64、LOCK保持一個(gè)低電平，這種狀態(tài)需要維持36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。</p><p>　　2.3溫度傳感器DS18B20</p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線(xiàn)器件，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，在一根通信線(xiàn)，可以?huà)旌芏噙@樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。</p><

65、;p><b>　　1.特點(diǎn)</b></p><p>　?。?）只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。</p><p>　　（2）在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。</p><p>　?。?）實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。</p><p>　?。?）測(cè)量溫度范圍在－55。C到＋125。C之間。&

66、lt;/p><p>　?。?）數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶(hù)可以從9位到12位選擇。</p><p>　?。?）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。</p><p><b>　　2.引腳及功能介紹</b></p><p>　　TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見(jiàn)底視圖，其引腳功能描述見(jiàn)表1。</p><p>&

67、lt;b>　　底視圖</b></p><p>　　表1 DS18B20詳細(xì)引腳功能描述</p><p><b>　　3.引腳及使用方法</b></p><p>　　由于DS18B20是在一根I/O線(xiàn)上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了

68、幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線(xiàn)器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線(xiàn)器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫(xiě)命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。</p><p>　　4.DS18B20的復(fù)位時(shí)序</p><p>　　圖4 DS10B20的復(fù)位時(shí)序圖</p><p

69、>　　5.DS18B20的讀時(shí)序</p><p>　　對(duì)于DS18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。</p><p>　　對(duì)于DS18B20的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線(xiàn)拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線(xiàn)，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€(xiàn)上。DS18B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要60us才能完成。</p><p>　　圖5 DS18B20的讀

70、時(shí)序圖</p><p>　　6.DS18B20的寫(xiě)時(shí)序</p><p>　　對(duì)于DS18B20的寫(xiě)時(shí)序仍然分為寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。</p><p>　　對(duì)于DS18B20寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫(xiě)0時(shí)序時(shí)，單總線(xiàn)要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線(xiàn)上的“0”電平，當(dāng)要寫(xiě)1時(shí)序時(shí)，單總線(xiàn)被拉低之后

71、，在15us之內(nèi)就得釋放單總線(xiàn)。</p><p>　　圖6 DS18B20的寫(xiě)時(shí)序圖</p><p>　　第三章 設(shè)計(jì)的主要框架</p><p>　　3.1在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的主要任務(wù)</p><p>　　鉛酸蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)是能夠?qū)崟r(shí)在線(xiàn)檢測(cè)蓄電池的端電壓，電解液溫度、電流，并能估算蓄電池的剩余電量。鉛酸蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)由三個(gè)大部分組成:檢測(cè)模塊，用以測(cè)

72、量單個(gè)蓄電池的端電壓，電解液溫度，電流等參數(shù);上位機(jī)模塊，用于人機(jī)交互作用，可以根據(jù)人為的操作來(lái)完成某項(xiàng)具體任務(wù)。通信模塊，由于電池所處環(huán)境惡劣的特殊性，從機(jī)和主機(jī)常常是分離的，它們之間的數(shù)據(jù)交換靠通信來(lái)完成。測(cè)量模塊主要有以下幾部分:溫度傳感器，是能夠感知環(huán)境溫度的一種器件，把鉛酸蓄電池的電解液溫度轉(zhuǎn)化為電量，以方便計(jì)算機(jī)的檢測(cè);電流測(cè)量，測(cè)量鉛酸蓄電池的電流，電壓測(cè)量，測(cè)量鉛酸蓄電池的端電壓。LCD顯示模塊，可以把測(cè)量模塊測(cè)量出來(lái)的

73、數(shù)據(jù)直接顯示出來(lái)，方便進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和管理。同時(shí)LED顯示模塊所顯示的數(shù)據(jù)可以通過(guò)按鍵進(jìn)行切換。并且直接把測(cè)量所的數(shù)據(jù)輸入上位機(jī)。</p><p>　　我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)要滿(mǎn)足系統(tǒng)的需要，要求系統(tǒng)要足夠的穩(wěn)定和可靠，可以在相對(duì)惡劣的環(huán)境中正常運(yùn)行。因此我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)，應(yīng)用運(yùn)行穩(wěn)定的配件，數(shù)據(jù)。</p><p>　　由上述目前鉛蓄電池的測(cè)量方法可以知道本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是測(cè)量蓄電池的溫度，電流，

74、電壓。通過(guò)這三個(gè)量的測(cè)量來(lái)對(duì)蓄電池進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。</p><p>　　3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)要想工作必須要在XTAL1和XTAL2端口加晶振電路，單片機(jī)工作速度也是由晶振電路決定的。典型的晶振電路如下圖所示。</p><p>　　圖7 晶振電路 圖8微分型復(fù)位電路</p><p>

75、　　在晶振電路中，電路中電容C3和C4對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍30±10pF；石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以。其結(jié)果只是機(jī)器周期時(shí)間不同，影響記數(shù)器的記數(shù)初值和運(yùn)算速度。</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶振電路、復(fù)位電路、電源、接地。晶振電路已經(jīng)在上一節(jié)介紹了，下面簡(jiǎn)單介紹下復(fù)位電路、電源、接地。</p><p><b>　　(1) 復(fù)位電路

76、</b></p><p>　　論文采用微分型復(fù)位電路，電路圖如圖8所示。</p><p>　　工作原理：高電平為例，電源上電時(shí)，VCC可以認(rèn)為一階躍信號(hào)復(fù)位端電壓是由于下拉電阻R1在CPU復(fù)位端引起的電壓值，一般為0.3V以下。但在實(shí)際應(yīng)用中，VCC不可能為理想的階躍信號(hào)。其主要原因有兩點(diǎn)：（1）穩(wěn)壓電源的輸出開(kāi)關(guān)特性；（2）我們通常在設(shè)計(jì)電路時(shí)，為保證電源電壓穩(wěn)定性，往往在電

77、源的輸入端并聯(lián)一個(gè)大電容，從而導(dǎo)致了VCC不可能為階躍信號(hào)特征。從而影響了的復(fù)位電壓的復(fù)位特性。</p><p><b>　　(2) 電源、接地</b></p><p>　　單片機(jī)AT89C51所選用的是+5V的電源，可直接由穩(wěn)壓電源提供，接地直接接GND。</p><p>　　(3) 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　

78、　由以上晶振電路、復(fù)位電路、電源、接地即可組成單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖9所示。</p><p><b>　　圖9單片機(jī)最小系統(tǒng)</b></p><p><b>　　3.3系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　由于電池檢測(cè)的特殊性，因此要求檢測(cè)系統(tǒng)的體積相對(duì)比較小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，方便安裝調(diào)試和維護(hù)，如下圖10所示，電池的三個(gè)檢測(cè)參

79、數(shù)，電池的電壓，電流，以及溫度分別被檢測(cè)后輸入到主控制器，由主控制器送到LCD進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示留出的數(shù)據(jù)輸出端口用于連接上位機(jī)。</p><p><b>　　圖10 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　第四章 系統(tǒng)采樣部分電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1電壓采集部分</b></p><p>

80、;　　蓄電池的電壓采集電路如下圖11經(jīng)精密電阻R6，R7分壓后由電容C12濾波，然后送入8位串行A/D轉(zhuǎn)換集成電路TLC549的模擬信號(hào)輸入端A-IN進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓的數(shù)字量通過(guò)TLC549的D-OUT送入單片機(jī)AT89C51的P0.2腳，并由單片機(jī)的P0.0、P0.1控制TLC549的讀寫(xiě)，P0.1提供片選信號(hào)，P0.0提供時(shí)鐘信號(hào)，TLC549的基準(zhǔn)電壓VREF-接+5伏，REF-接地，通過(guò)單片機(jī)AT89C51計(jì)算后得到蓄電池

81、的實(shí)際電壓，送入LCD進(jìn)行顯示。</p><p>　　本文選擇的檢測(cè)方法和常用幾種方法的對(duì)比如下表2，如果選用隔離運(yùn)放和繼電器的方法進(jìn)行電壓檢測(cè)，繼電器電壓范圍寬，但是價(jià)格比較高，不適合我們的多系統(tǒng)，因?yàn)槲覀儥z測(cè)下位機(jī)可能要每節(jié)蓄電池中放置一個(gè)，同理隔離運(yùn)放的價(jià)格相對(duì)更高，并且繼電器檢測(cè)不適合高速檢測(cè)，因此我們只能采用光藕或者是電阻分壓的方式，因?yàn)槲覀儗?duì)精度要求比較低，單個(gè)檢測(cè)裝置不需要太高精度，所以我們采用電阻

82、分壓的方式。</p><p>　　表2幾種電壓采集方法的比較</p><p>　　圖11電壓采集部分接線(xiàn)圖</p><p><b>　　4.2電流采集部分</b></p><p>　　選用霍爾元件AN3503 和磁線(xiàn)圈構(gòu)成霍爾電流檢測(cè)電路。AN3503 由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、線(xiàn)性放大器和射極跟隨器組成, 其輸入是

83、磁感應(yīng)強(qiáng)度, 輸出是和輸入量成正比的電壓。其電流檢測(cè)電路原理如圖13所示</p><p>　　圖13電流檢測(cè)部分原理圖</p><p>　　圖9中,AN3503 的1腳接穩(wěn)壓器輸出的+5V電源,2腳接地,3腳為電壓輸出端。在電源為+ 5 V時(shí),霍爾元件靜態(tài)輸出電壓為2.5V,并有較高的靈敏度磁場(chǎng)N 極從背面接近AN3503,當(dāng)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的電流增加時(shí),輸出電壓增加A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為0~5

84、 V,而霍爾元件的輸出電壓為2.5V左右,為此,不需要設(shè)置放大電路,只需在輸出端設(shè)計(jì)一個(gè)跟隨電路便可滿(mǎn)足轉(zhuǎn)換要求。</p><p>　　檢測(cè)電路測(cè)量的是電路的電流值,而AN3503霍爾傳感器輸出的為電壓值,為此, 必須找出被測(cè)電路電流與霍爾傳感器輸出電壓間的關(guān)系。磁線(xiàn)圈中電流與磁場(chǎng)的關(guān)系式:</p><p>　　B = μnI (1)</p><p>　　式中: B

85、為磁感應(yīng)強(qiáng)度,T ;μ為磁導(dǎo)率,H/ m;</p><p>　　n 為線(xiàn)圈壓數(shù);I為被測(cè)電路電流,A。AN3503 霍爾傳感器電壓輸出關(guān)系式:</p><p>　　Uout=0.025B+2.5(2)</p><p>　　從式(1)、(2)可以得出:</p><p>　　μn=(Uout- 2.5)/(0.025I)(3)</p>

86、<p>　　則被測(cè)電路電流與霍爾傳感器輸出電壓間的關(guān)系:</p><p>　　I=(40Uout+100)/(μn)(4)</p><p>　　所以必須測(cè)得磁線(xiàn)圈的參數(shù)μn。對(duì)被測(cè)電路進(jìn)行測(cè)試時(shí),令檢測(cè)電路電壓為5 V,電阻為500?,得到檢測(cè)電流I為0.01A,而在這時(shí)測(cè)得AN3503的輸出電壓Uout=2.62V,根據(jù)式(3) 可得到μn的值為4.8。</p>

87、<p>　　由式(1)、(2)、(3)可以求得AN3503的輸出電壓Uout和被測(cè)電流I的關(guān)系:</p><p>　　I=(40Uout+100)/4.8(5)</p><p>　　編程時(shí),按照式(5)進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理,即可以在顯示模塊得到被測(cè)電流值。</p><p>　　由于霍爾傳感器為磁感應(yīng)元件,容易受環(huán)境影響,所以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初值消除。本系

88、統(tǒng)采用2 種方法消除環(huán)境影響:一種方法是為檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)電力開(kāi)關(guān),使單片機(jī)監(jiān)測(cè)電力開(kāi)關(guān)狀態(tài),把開(kāi)關(guān)沒(méi)合時(shí)采集到的數(shù)據(jù)作為檢測(cè)電路的零電流值,當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合,單片機(jī)得到開(kāi)關(guān)信號(hào),并開(kāi)始把霍爾傳感器采集的數(shù)據(jù)減去零電流值進(jìn)行初值消除,提高測(cè)量精度;另外一個(gè)提高精度的方法是進(jìn)行系統(tǒng)溫度補(bǔ)償,首先是測(cè)量環(huán)境溫度,得到不同溫度下霍爾傳感器的溫度特性,然后在設(shè)計(jì)檢測(cè)電路時(shí)添加一個(gè)溫度傳感器,使單片機(jī)能夠根據(jù)不同的溫度進(jìn)行軟件補(bǔ)償。</p>

89、<p>　　電流采集采用TLC549如下圖14，數(shù)據(jù)線(xiàn)D-OUT接于單片機(jī)AT89C51的P3.7，由P3.5、P3.6控制TLC549的讀寫(xiě)。不同的是，該電路的基準(zhǔn)電壓REF+通過(guò)精密電阻R2，R3，電流檢測(cè)元件采用霍爾元件，采集到的電流信號(hào)輸入后經(jīng)C11濾波后接與TLC549的A-IN端，選擇不同的分流器阻值，可以變換不同的量程，而且可以直接與TLC459相接，經(jīng)AD變換后送入單片機(jī)AT89C51計(jì)算處理，得到電流的實(shí)

90、際值，并送LCD進(jìn)行顯示。</p><p>　　圖14電流采集部分接線(xiàn)圖</p><p><b>　　4.3溫度采集部分</b></p><p>　　本文選擇的溫度檢測(cè)器件是DS18B20，如圖15所示：</p><p>　　圖15 DS18B20引腳圖</p><p>　　1腳:地線(xiàn)GND；2腳

91、:信號(hào)線(xiàn)DQ；3腳:電源VDD。</p><p>　　溫度傳感器:選用DS18B20，DS18B2O溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)8-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下:獨(dú)特的單線(xiàn)接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線(xiàn)上，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)

92、組網(wǎng)功能；無(wú)須外部器件；可通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)供電，電壓范圍為3.0-5.5V；零待機(jī)功耗；用戶(hù)可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度(溫度報(bào)警條件)的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。64位ROM的結(jié)構(gòu)開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線(xiàn)進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件

93、寫(xiě)入用戶(hù)報(bào)警上下限。報(bào)警電路有一個(gè)運(yùn)放做開(kāi)關(guān)來(lái)控制蜂鳴器，具體電路如下圖16。</p><p>　　圖16溫度采集部分及警報(bào)器接線(xiàn)圖</p><p>　　DS18B2O溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字

94、節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。由于DS18B20接線(xiàn)少(只有三根線(xiàn)，分別為電源、數(shù)據(jù)、電源負(fù))，占用1/0資源少，使用方便，功能強(qiáng)大，而且以任意個(gè)并聯(lián)使用，極大的簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，所以在溫度檢測(cè)方面大顯身手。</p><p>　　LCD顯示部分及通信電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 LCD原件簡(jiǎn)介及

95、接線(xiàn)</p><p>　　LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱(chēng)，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線(xiàn)，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線(xiàn)折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)面。比CRT要好的多，但是價(jià)錢(qián)較其貴。</p><p>　　其主要技術(shù)參數(shù)有：對(duì)比度、亮度、信號(hào)響應(yīng)時(shí)間、可視角度。</p>

96、<p><b>　　1.對(duì)比度</b></p><p>　　LCD制造時(shí)選用的控制IC、濾光片和定向膜等配件，與面板的對(duì)比度有關(guān)，對(duì)一般用戶(hù)而言，對(duì)比度能夠達(dá)到350:1就足夠了，但在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域這樣的對(duì)比度平還不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。相對(duì)CRT顯示器輕易達(dá)到500：1甚至更高的對(duì)比度而言。只有高檔液晶顯示器才能達(dá)到這樣如此程度，由于對(duì)比度很難通過(guò)儀器準(zhǔn)確測(cè)量，所以挑的時(shí)候還是要自己親自

97、去看才行。 </p><p>　　提示：對(duì)比度很重要，可以說(shuō)是選取液晶的一個(gè)比亮點(diǎn)更重要的指標(biāo)，當(dāng)你了解到你的客戶(hù)買(mǎi)的液晶是用來(lái)娛樂(lè)看影碟，你們就可以強(qiáng)調(diào)對(duì)比度比無(wú)壞點(diǎn)更重要，我們?cè)诳戳髅襟w時(shí)，一般片源亮度不大，但要看出人物場(chǎng)景的明暗對(duì)比，頭發(fā)絲灰到黑的質(zhì)感變化，就要靠對(duì)比度的高低來(lái)顯現(xiàn)了．優(yōu)派的VG和VX一直強(qiáng)調(diào)對(duì)比度的指標(biāo)，VG910S是1000：1的對(duì)比度，我們當(dāng)時(shí)拿這款和三星的一款用雙頭顯卡對(duì)比測(cè)試，三星

98、液晶就明顯比不過(guò)，大家有興趣可以試試．測(cè)試軟件中的256級(jí)灰度測(cè)試中在平視時(shí)能看清楚更多的小灰格即是對(duì)比度好。</p><p><b>　　2.亮度</b></p><p>　　LCD是一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的物質(zhì)，本身是不能發(fā)光的，需借助要額外的光源才行。因此，燈管數(shù)目關(guān)系著液晶顯示器亮度。最早的液晶顯示器只有上下兩個(gè)燈管，發(fā)展到現(xiàn)在，普及型的最低也是四燈，高端的是

99、六燈。四燈管設(shè)計(jì)分為三種擺放形式：一種是四個(gè)邊各有一個(gè)燈管，但缺點(diǎn)是中間會(huì)出現(xiàn)黑影，解決的方法就是由上到下四個(gè)燈管平排列的方式，最后一種是“U”型的擺放形式，其實(shí)是兩燈變相產(chǎn)生的兩根燈管。六燈管設(shè)計(jì)實(shí)際使用的是三根燈管，廠商將三根燈管都彎成“U”型，然后平行放置，以達(dá)到六根燈管的效果。 </p><p>　　提示：亮度也是一個(gè)比較重要的指標(biāo)，越亮的液晶給人很遠(yuǎn)一看，就從一排液晶墻中脫穎而出，我們?cè)贑RT中經(jīng)常見(jiàn)到

100、的高亮技術(shù)（優(yōu)派叫高亮，飛利浦叫顯亮，明基叫銳彩）都是通過(guò)加大陰罩管的電流，轟擊熒光粉，產(chǎn)生更亮的效果，這樣的技術(shù)，一般是以犧牲畫(huà)質(zhì)，和顯示器的壽命來(lái)?yè)Q取的，所有采用此類(lèi)技術(shù)的產(chǎn)品在缺省狀態(tài)下都是普亮的，總要按個(gè)鈕才能實(shí)行，按一下3X亮玩游戲;再按一下變成5X亮看影碟，細(xì)一看都變糊了，要看文本還得老實(shí)的回到普通的文本模式，這樣的設(shè)計(jì)其實(shí)就是讓大家不要常用高亮．LCD顯示亮度的原理和CRT不一樣，他們是靠面板后面的背光燈管的亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)的．

101、所以燈管要設(shè)計(jì)的多，發(fā)光才會(huì)均勻．早期賣(mài)液晶時(shí)和別人說(shuō)液晶是三根以是很牛的事了，但當(dāng)時(shí)奇美CRV，就搞出了一個(gè)六燈管技術(shù)，其實(shí)也就是把三管彎成了“U”型，變成了所謂的六根；這樣的六燈管設(shè)計(jì)，加上燈管發(fā)光本身就很強(qiáng)，面板就看到很亮，這樣的代表作在優(yōu)派中以VA712為代表；但所有高亮的面板都會(huì)有一個(gè)致命傷，屏?xí)┕?，這個(gè)術(shù)語(yǔ)一般人很少提及，編者個(gè)人認(rèn)為他很重要，漏光是指在全黑的屏幕下，液晶不是黑的，而是發(fā)白發(fā)灰．所以好的液晶不要一味的強(qiáng)調(diào)亮

102、度，而是要多強(qiáng)</p><p><b>　　3.信號(hào)響應(yīng)時(shí)間</b></p><p>　　響應(yīng)時(shí)間指的是液晶顯示器對(duì)于輸入信號(hào)的反應(yīng)速度，也就是液晶由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的反應(yīng)時(shí)間,通常是以毫秒（ms）為單位。要說(shuō)清這一點(diǎn)我們還要從人眼對(duì)動(dòng)態(tài)圖像的感知談起。人眼存在“視覺(jué)殘留”的現(xiàn)象，高速運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面在人腦中會(huì)形成短暫的印象。動(dòng)畫(huà)片、電影等一直到現(xiàn)在最新的游戲正是應(yīng)用了視覺(jué)

103、殘留的原理，讓一系列漸變的圖像在人眼前快速連續(xù)顯示，便形成動(dòng)態(tài)的影像。人能夠接受的畫(huà)面顯示速度一般為每秒24張，這也是電影每秒24幀播放速度的由來(lái)，如果顯示速度低于這一標(biāo)準(zhǔn)，人就會(huì)明顯感到畫(huà)面的停頓和不適。按照這一指標(biāo)計(jì)算，每張畫(huà)面顯示的時(shí)間需要小于40ms。這樣，對(duì)于液晶顯示器來(lái)說(shuō)，響應(yīng)時(shí)間40ms就成了一道坎，低于40ms的顯示器便會(huì)出現(xiàn)明顯的畫(huà)面閃爍現(xiàn)象，讓人感覺(jué)眼花。要是想讓圖像畫(huà)面達(dá)到不閃的程度，則就最好要達(dá)到每秒60幀的速度

104、。</p><p><b>　　4.可視角度</b></p><p>　　LCD的可視角度是一個(gè)讓人頭疼的問(wèn)題，當(dāng)背光源通過(guò)偏極片、液晶和取向?qū)又螅敵龅墓饩€(xiàn)便具有了方向性。也就是說(shuō)大多數(shù)光都是從屏幕中垂直射出來(lái)的，所以從某一個(gè)較大的角度觀看液晶顯示器時(shí)，便不能看到原本的顏色，甚至只能看到全白或全黑。為了解決這個(gè)問(wèn)題，制造廠商們也著手開(kāi)發(fā)廣角技術(shù)，到目前為止有三種比

105、較流行的技術(shù)，分別是：TN+FILM、IPS(IN-PLANE -SWITCHING)和MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL ALIGNMENT)。</p><p>　　蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以現(xiàn)場(chǎng)顯示蓄電池的各狀態(tài)參數(shù)，系統(tǒng)采用了大連東顯電子有限公司生產(chǎn)的液晶模塊EDMl2864-09。EDMl2864-09是一種128(w)X64(h)全點(diǎn)陣的全透、正顯STN LCD。它的背景顏色是黃綠色，顯示點(diǎn)

106、為藍(lán)黑色。它的輸入數(shù)據(jù)來(lái)自MPU的8位并行數(shù)據(jù)接口或串行數(shù)據(jù)接口。</p><p>　　EDMl2864-09提供三種與CPU的接口：8位并行口，4位并行口及串行接口，經(jīng)由外部PSB腳來(lái)選擇接口的種類(lèi)，當(dāng)PSB腳接“1”時(shí)為選擇8/4位接口方式，而當(dāng)接“0”時(shí)為串行接口方式。蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中為8位接口方式。</p><p>　　EDMl2864-09內(nèi)部自帶了字型產(chǎn)生ROM(中文字型產(chǎn)