蓄電池自動監測系統設計畢業設計word格式(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“l”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8 位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執行MOVX@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表22所示。表22 P3口第二功能端口引腳第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外中斷0）INT1（外中斷1）T0（定時/計數器0外部輸入）T1（定時/計數器1外部輸入）WR（外部數據存儲器寫選通）RD（外部數據存儲器讀選通）此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的l/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP 外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執行內部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 本系統控制算法的確定因為蓄電池內部阻抗與蓄電池的容量及完好性有著密切的關系，蓄電池的性能可以通過蓄電池內阻精確體現出來，一般而言，蓄電池的容量越大，內阻就越小，因此可以通過蓄電池內阻的測量，對蓄電池的容量進行在線評估。目前，內阻測量常見方法主要有：密度法、直流法和交流法。(1) 密度法密度法主要通過測量蓄電池電解液的密度來估算蓄電池的內租，常用于開口式鉛酸蓄電池的內阻測量，顯然不適合密封鉛酸蓄電池的內阻測量。(2) 直流法一種方法是如果蓄電池的開路電壓是E，在輸出電流為I時蓄電池端電壓為V，則蓄電池內阻RS=(EU)/I。這種方法雖然和簡單，并且可以應用于不同類型的蓄電池，但是由于(EU)除了包含歐姆極化之外還有活化極化和濃差極化，所以用此方法測得的蓄電池內阻并不是蓄電池的歐姆電阻。此外，由于活化極化和濃差極化并不與輸出電流呈線性關系，因此在不同輸出電流時測得的蓄電池內阻也不同。另一種方法是通過對蓄電池進行瞬間大電流放電(一般為幾十或上百安培)放電，測量蓄電池上的瞬間電壓降，通過歐姆定律計算出蓄電池內阻。這種方法在實踐中得到了廣泛的應用，但是直流法存在著缺陷：測量必須在靜態或脫機的情況下進行，無法實現在線測量，同時也帶來設備運行安全性的隱患；大電流放電會對蓄電池造成較大損害，另外會增加設備維護的工作量，影響日常維護的便捷性。(3) 交流法這種方法是通過對蓄電池注入一個低頻交流電流信號，測出蓄電池兩端的低頻電壓幅度V0和流過的低頻交流電流幅度IS以及兩者的相位差α，根據公式：Z=V/I，R=∣Z∣ COSα=V0COSα/I，從而計算出蓄電池的等效內阻。交流法由于無需放電，不用處于靜態或脫機，可以實現安全在線監測管理，避免了對設備運行安全性的影響。同時施加的低頻信號頻率非常之低，施加的交流電流也非常小，不會對蓄電池的性能造成影響并且不需要負載箱。但是蓄電池的交流阻抗等效電路極其復雜，至今尚無法從理論上精確的解決，因而交流法測內阻有時也是不準確的。而且受外來而且受外來噪聲的干擾比較嚴重。 內阻與電動勢的測量變電站中蓄電池組通常是處于浮充電狀態其充電主回路如21圖所示。圖21蓄電池組充電主回路本題目所設計的蓄電池自動監測系統對蓄電池的內阻和電動勢測量采用了一種特殊的直流檢測法。其電路原理圖如圖22。圖22測量原理圖(Z截止)其中，Ri為蓄電池內阻，Ei為蓄電池電動勢，由圖23可知，當Ti截止時，有： Ui1I1Ri=Ei ()圖23測量原理圖(Z導通)由圖可知，當Ti導通時，有：I21=UC/R* ()I22=I2I21 ()Ui2I22Ri=Ei ()由此可得方程：Ui1I1Ri=Ei ()Ui2I22Ri=Ei ()（120）—（121）可得：Ui1Ui2=( I1I22)Ri ()Ri= (Ui1Ui2)/( I1I22) ()Ei = Ui1 I1 (Ui1Ui2) /( I1I22) ()由此可求出蓄電池的內阻和電動勢。可以看出，需要測量的量有端電壓UiUi2，晶體管導通時電壓UC，電流I I2。在蓄電池自動監測系統中，晶體管的導通由單片機來控制。上述測量是在蓄電池處于充電狀態時完成的，則電流方向為正。當蓄電池處于放電狀態時其電流方向為負，對兩組并聯在一起的蓄電池組的內阻ΣRi，電動勢ΣEi，做不同的處理時，可出現不同的情況。甚至在某些情況下，一方可能成為另一方的負載。因此，在各組加電流傳感器，測量各自電流。一般在放電狀態，不檢測Ei，Ri只檢測Ui，以避免增加蓄電池的負擔，如同樣要檢Ei，Ri，選擇好電壓、電流的參考方向，前式仍然有效。注：精密電阻R*的選取。為了使R*起到一定的分流作用，必須選擇合適的電阻值。一般情況下以為12V或者24V，則有：(1) 取I21為500mA[或1A]則R*=Ui/I21=12/=24Ω 或R*= Ui/I21=24/=48Ω電阻瓦數：I2R =UI=12=6W 或I2R =UI=24=12W(2) 取I21為200mA則R* =Ui/I21=12/=60Ω 或R*=24/=120Ω電阻瓦數：I2R =UI=12= 或I2R =UI=24=在使用的時候采用多個電阻并聯，來減小系統誤差。因為測量的時候時間很短，電阻的值會因電阻的發熱而變化。 蓄電池溫度的測量采用DSl8820數字溫度傳感器貼于蓄電池外殼進行測量。 蓄電池組端電壓的測量測量采用電阻分壓，線性光耦隔離的方式進行測量。 本章小結本章從該系統監測原理、控制算法、測量方法及主控芯片等幾個方面進行了詳盡的闡述，即解決了上一章提出的問題，又為下一章硬件的設計提供了依據。第3章 硬件電路設計本文為基于單片機的能量回饋控制系統設計了硬件電路，采用了功能模塊化設計方法。將電路按其所實現的功能劃分為單片機最小系統、能實現特定功能的子電路，繪圖采用程序原理圖設計，對子電路分別進行繪制，這樣做的好處是使電路更加清晰明了，層次突出，方便硬件電路的調試及排錯。此外，模塊化設計是一種先進的設計理念，符合自頂向下的工程設計理念。 總體硬件電路設計溫度測量量本文為基于單片機的能量回饋控制系統設計了硬件電路，采用了功能模塊化設計方法。將電路按其所實現的功能劃分為單片機最小系統、能實現特定功能的子電路，繪圖采用程序原理圖設計，對子電路分別進行繪制，這樣做的好處是使電路更加清晰明了，層次突出，方便硬件電路的調試及排錯。此外，模塊化設計是一種先進的設計理念，符合自頂向下的工程設計理念，形成了如下圖31整體設計框架。AT89C52單片機RS485 蓄電池組測量電路多路開關A/D轉換液晶顯示鍵盤31 系統硬件電路框圖可以看出，系統中包含了如下功能模塊：(1) 微處理器AT89C52單片機(2) 測量電路(3) A/D轉換電路(4) 鍵盤輸入電路(5) 液晶顯示電路(6) RS485通訊電路下面將對各部分電路進行單獨的詳細分析和說明。 單片機最小系統設計單片機要想工作必須要在XTAL1和XTAL2端口加晶振電路，單片機工作速度也是由晶振電路決定的。典型的晶振電路如圖32所示。圖32 晶振電路 圖33 微分型復位電路在晶振電路中，電路中電容C3和C4對振蕩頻率有微調作用，通常的取值范圍30177。10pF；石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以。其結果只是機器周期時間不同，影響記數器的記數初值和運算速度。單片機最小系統包括晶振電路、復位電路、電源、接地。晶振電路已經在上一節介紹了，下面簡單介紹下復位電路、電源、接地。(1) 復位電路論文采用微分型復位電路，電路圖如圖33所示。工作原理：高電平為例，電源上電時，VCC可以認為一階躍信號復位端電壓是由于下拉電阻R1在CPU復位端引起的電壓值。但在實際應用中，VCC不可能為理想的階躍信號。其主要原因有兩點：（1）穩壓電源的輸出開關特性；（2）我們通常在設計電路時，為保證電源電壓穩定性，往往在電源的輸入端并聯一個大電容，從而導致了VCC不可能為階躍信號特征。從而影響了的復位電壓的復位特性。(2) 電源、接地單片機AT89C52所選用的是+5V的電源，可直接由穩壓電源提供，接地直接接GND。(3) 單片機最小系統由以上晶振電路、復位電路、電源、接地即可組成單片機最小系統如圖34所示。圖34 單片機最小系統 系統的監測電路設計根據設計要求，該系統擁有10或20路相互獨立的測量通道。其中的每一路通道都被做成一個單獨的模塊，實際測量時只需插入即可實現測量。另外，系統具有校準功能，這是通過一個穩壓管LM336提供基準電壓來實現的。根據測量原理設計測量模塊電路如圖35所示。圖35模擬測量電路由測量基本原理知，測量電路要測量的量為：電壓U、U，晶體管導通時電壓U，電流I 、I。因為蓄電池自動監測系統還具有校準功能，還要測量基準端壓U。單片機對測量模塊的控制信號有4個，其中控制信號A、B、C接在測量模塊上的光耦上，進行了隔離。其中控制信號A、B經光耦后接到了多路開關CD4051的控制輸入端A、B上，來選通要測量的量(因只用到了3個輸入故控制輸入端C未用，接地)；控制端c經光耦后接到一個PNP晶體管的基極以控制場效應管的導通與否。另一個控制信號控制光耦的+5V電源是否接通，這樣可以控制此測量模塊是否工作，實現了各通道的切換。多路開關CD4051的輸出經射隨器后接到高速光耦上，進行隔離放大后接到A/D轉換電路進行A/D轉換。多路開關、運算放大器和光耦都有12V供電，若測量的蓄電池是12V，則由蓄電池直接供電，若測量的蓄電池是24V，則經過一個穩壓電源器件7812，提供12V電源。測量模塊電路中并沒有電流和溫度的測量，電流的測量是采用電流傳感器對充/放流進行測量，測量的輸出接到電路板上的多路轉換器，選通后，進行A/D轉換。溫度的測量是由數字溫度傳感器DSl8820實現的，測量結果直接送入單片機內部。 電壓、電流檢測電路設計測量電路輸出信號是模擬信號，要經過A/D轉換才能送到單片機進行處理。 (1) A/D轉換器TLC1549的簡介模數轉換器的性能指標有以下幾點：分辨率、量化誤差、偏移誤差、滿刻度誤差、線性度、絕對精度、相對精度、穩定時間和轉換速率等。綜合考慮系統要求和A/D轉換器的性能指標，該蓄電池自動監測系統采用的是美國德州儀器公司生產的10位逐次逼近A/O換器TLCl549。它采用CMOS工藝，具有內在的采樣和保持，采用差分基準電壓、高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準轉換范圍，總不可調誤差達到177。1LSB()。圖36是TLCl549的引腳圖，圖36 TLCl549引腳圖TLC1549各引腳及功能含義如下：ANALOG IN—模擬信號輸入。驅動源阻抗應小于等于1KQ，外部驅動源的電流容量應大于等于10mA。CS—片選信號。低電平有效。DATA OUT—轉換結果輸出。片選無效時，呈高阻態，片選有效時，在時鐘的作用下，將數據從高位到低位依次