车载蓄电池智能放电管理系统设计本科毕业论文设计.doc

皖 西 学 院 本科毕业论文 设计 论 文 题 目 车载蓄电池智能放电管理系统设计 姓名 学号 陈 2009011669 系 别 机械与电子工程学院 专 业 电气工程及其自动化 导 师 姓 名 刘世林 二 一三 年 六 月 皖西学院本科毕业论文 设计 II 皖西学院本科毕业论文 设计 I 车载蓄电池智能放电管理系统设计车载蓄电池智能放电管理系统设计 作 者陈 指导教师刘世林 摘要 摘要 电动汽车的无污染的优势 使其成为当代汽车发展的主要方向 而作为电动汽车的动力源泉电池 却是一直制约电动汽车发展的关键因素 目前车载蓄电池相比于燃料汽车还存在诸多方面问题 比如高 成本 重质量 充电时间长和充电一次行驶里程短等问题 本次设计主要介绍了电动汽车的发展历史及 现状和车载蓄电池的基本性能指标且设计出一套完整的基于 P87C591 单片机的车载蓄电池智能放电管理 系统 包括电源电路设计 电流电压检测电路设计 温度检测模块设计 可控放电模块设计 电量及状 态输出显示和报警模块设计等硬件结构设计 完成了铅酸蓄电池电压 放电电流 剩余容量及电池温度 等重要参数的检测 解决了传统的放电方式中电池的过放电 寿命低等缺点 实现了电动车的续航里程 和寿命周期最大化 具有很好的应用前景 关键词 关键词 铅酸蓄电池 电动汽车 P87C591 单片机 智能放电管理 Design of intelligent vehicles battery discharge management system AuthorChen InstructorLiu Shilin Abstract Pollution free advantages of electric vehicles making it the main direction of development of contemporary cars but as the power source of the battery electric vehicle has been restricted is a key factor in the development of electric vehicles Compared with the current vehicle battery fuel vehicles are still many aspects such as cost quality long charging time and charging time shorter mileage and other issues This design introduces the development history and status quo of electric vehicles and the basic performance indexes of the on board battery and designed a complete set of on board battery intelligent discharge management system based on P87C591 microcontroller Including Power circuit design Current and voltage detection circuit design the design of the temperature detection module Design of controllable discharge module The output power and status indication and alarm module design and so on hardware structure design Completed the lead acid storage battery voltage discharge current residual capacity and the battery temperature and other important parameters of detection Solved the traditional way of discharge of battery over discharge low life To achieve the mileage and maximize the range of electric cars and life cycle has the very good application prospect Keywords Lead Acid Battery Electric Vehicle P87C591 Microcontroller Intelligent Discharge Management 皖西学院本科毕业论文 设计 II 目录目录 1 绪言 1 1 1 电动汽车发展及现状 1 1 2 电动车蓄电池基本性能指标 2 1 3 本论文的主要内容 3 2 总体结构设计 4 2 1 系统的主要功能 4 2 2 中央处理器 4 3 硬件设计 6 3 1 电源电路设计 6 3 2 电流电压检测电路 6 3 3 温度检测模块设计 7 3 4 可控放电模块设计 8 3 4 1 IPM 智能功率模块特点 8 3 4 2 IPM 电路设计 9 3 5 电量及状态输出显示和报警模块 11 3 5 1 键盘扫描电路的设计 11 3 5 2 显示电路的设计 12 3 5 3 报警电路设计 14 3 6 辅助模块设计 14 3 6 1 复位电路的设计 14 3 6 2 时钟频率电路的设计 15 3 7 电池的剩余容量估算方法设计 15 4 软件设计 17 4 1 软件系统流程设计 17 4 2 电压 电流采集电路流程设计 17 4 3 温度检测流程设计 18 4 4 智能功率模块流程设计 20 4 5 键盘扫描流程设计 20 4 6 数码管显示流程设计 22 结论 23 致谢 24 参考文献 25 附录 系统硬件功能图 26 皖西学院本科毕业论文 设计 第 1 页 1 1 绪言绪言 1 11 1 电动汽车发展及现状电动汽车发展及现状 在当前的全球环境问题和金融危机的严峻的形势下 汽车行业面临的能源问题日益受人 关注 发展电动汽车能源动力系统 实现汽车的电气化 推动传统汽车产业的战略转型在国 际社会上已形成了广泛的共识 目前 中国已出台了多项政策 引导和支持电动汽车产业的 快速发展 政府要加速提高国内电动车行业的竞争力 使成熟期缩短 因此 电动汽车的发 展已进入一个决定性阶段 挑战与机遇并存 电动汽车是 20 世纪最伟大的 20 个工程成就的前两项技术的集成 即是 电气化 和 汽车 的融合产品 电动汽车是指以车载电源为动力 用电机驱动车轮行驶 20 世纪 70 年代的石油短缺和能源危机 使电动汽车获得了发展机遇 到了 20 世纪 80 年代 由于空气 质量和温室效应被人们日益关注 电动汽车就理所当然成为了本世纪技术开发的宠儿 因为 电动汽车直接采用电机驱动 本身不排放污染大气的有害气体 即使按所耗电量换算为发电 厂的排放 除硫和微粒外 其它污染物也显著减少 致使人们研究电动汽车的热情进入了空 前高涨期 近几年来 世界各国政府针对电动车的发展采取了各种措施 一是各国政府相继发布电 动汽车战略发展和国家计划 进一步指明了产业发展方向 例如 奥巴马美国政府绿色新政 的实施 在国家战略中加入了电动汽车部分 计划实现 100 万辆动力混合电动汽车 PHEV 用户到 2015 年 而在日本 低碳革命 的内容核心视为电动汽车发展 预计到 2020 年电动 汽车普及达到 1350 万辆 二是动力电池得到高度重视 急剧增加研发投入成本 增强了突破电动汽车技术瓶颈的 预期 比如美国奥巴马总统 2009 年 8 月宣布支持研发先进动力电池且使之产业化并安排 20 亿美元做经费 德国斥资 4 2 亿欧元启动了开发车用锂电池计划 巨头能源和德国汽车业差 不多全部携资加入 日本政府提出 控制电池 为本源 并组织国家实施专项计划 在 2011 年之前为研究先进电池动力技术将 400 多亿日元投入 下一代电动汽车在 2010 年左右 将应用大量新型锂电池 三是各国政府加大力度支持新政策 推动产业化电动汽车的发展 一方面 政府通过加 大支持信贷等措施 针对相关企业推动电动汽车产业化进程 美国政府用贷款资助支持生产 电动汽车 另一方面 政府加大激励对消费者的政策 加快电动汽车市场培育 美国对 PHEV 实施优惠税收 减税在 15000 美元和 2500 美元之间额度 从 2009 年 4 月 1 日起英国 启用汽车新消费税 免缴纯电动汽车消费税 法国对消费者电动汽车的购买最高给予奖励 5000 欧元 对高排放汽车的购买最高进行处罚 2600 欧元 皖西学院本科毕业论文 设计 第 2 页 经过近 20 年的研究 电动汽车已经在其关键技术 系统集成 试验应用上实现了全面 突破 目前世界上部分国家争相开展电动汽车产业化工作 但是现在 燃料汽车全部被替代电动车是不可能的 因为大多数的电动车的电池的缺陷 严重影响电池的性能 一直制约电动汽车发展的重要因素 就是铅酸蓄电池提供的的动力电 源 美国高新电池开发联合体 USABC Theunited statesadvanced battery consortium 制 定了一个开发目标专门针对电动车的蓄电池系统 如表 1 1 所示 表 1 1 美国电池现代联合会 USABC 提出的目标 1 21 2 电电 动车蓄动车蓄 电池基本性能指标电池基本性能指标 电池电压包括理论充放电电压 电池的工作电压 电池的充电电压 电池的终止电压 二次电池的理论放电电压和理论充电电压相同 等于电池的开路电压 1 电池的工作电压为电池的实际放电电压 它与电池的放电方法 使用温度 充放 电次数等有关 电池的充电电压大于开路电压 充电电流越大 工作电压越高 电池发热量 越大 充电过程中电池的温度越高 2 电池的终止电压是指电池在放电过程中 电压下降到不宜再继续放电的最低工作 电压 项目中期目标长期目标 能量比 Wh kg 3C率 80 100 200 能量密度Wh L 3C率 135300 比功率 W kg 80 DOG 30s 150 200 400 体积功率 W L 250600 寿命 年 510 循环寿命月次 DOG 6001000 最终价格 美元 Kwh 40Kwh电 池组一万个 150 100 工作环境 30 6540 85 充电时间 h 1 Fo 图 3 5 IPM 的内部功能框图 3 4 23 4 2 IPMIPM 电路设计电路设计 IPM 电路内部主要提供了驱动电路部分以及保护电路部分 1 驱动电路 所述驱动电路为控制电路和主电路的 IPM 之间的接口 设计驱动电路上优良的系统对可 靠性 运行效率和安全性都有巨大作用 以一种 R 型的 IPM 即 PM75RSE120 为例 工作在 1200V 75A 条件以下 装置内部包装了 7 个 IGBT 最大功率开关的频率为 20kHz IPM 内置电 路驱动和 IGBT 电路驱动设计作比 电路驱动外围的设计比较简单 IPM 电路的光耦接口设计 电路和电源驱动是其重点的设计所在 IPM 对电压输出的驱动电路有严格要求 内容如下 电压驱动以为范围 高 16 5V 电压可能将导致内部部件损坏 低于V15 101 13 5V 电压欠压保护将启动 IPM 反向极间压耐值最多是驱动绝缘电压电源的 1 2 倍 驱动电流要拿器件给出的要求电流驱动作参考 根据频率开关进一步实际修正 隔离彼此之间的驱动电压 来使地线噪声的干扰减少 输出端驱动电流不可以有过大滤波电容 由于当产生超过 100pF 寄生电容时 会产生干 扰噪声将有可能使内部驱动电路误触发 必须采用光耦作为 IPM 接口电路 应尽量缩短引脚 皖西学院本科毕业论文 设计 第 11 页 IPM 和输出脚光耦之间的走线 最好采用高速光耦 因为其具有共模抑制比高 因为较大的 常加初 次级间 因此为避免增加耦合电容布线不能太靠近初 次级 dtu d 高速光耦的要求规格为 或 3 1 nsKVKK CMLCMH 15 nsKV 10 3 2 mstt PLHPHL 8 0 15 CTR 其中 为保持高时输出光耦所能承载的共模电压最大上升率 为保持低时输 CMH K CML K 出光耦所能承受的共模电压最大下降率 为下降沿光耦延时 为延时光耦上升沿 PHL t PLH t 为传输比光耦电流 图 3 6 所示为一种用途较多的可信性高的智能功率器件外部驱动电 CTR 路 光电耦合器的输入用 10 F 和 0 1 F 滤波电容器 C1 C2 来保持稳定的电压控制和稳定 的阻抗线路的校正 输入的控制信号端子和输入端应连接到 20k 的上拉电阻 R 上桥臂 CC V 控制路用 15V 直流电源分别提供电源 然而下桥臂用一路电源共享的方式来驱动 图 3 6 IPM 外部光耦驱动电路图 2 保护电路部分 欠压保护 由 15V 电源直流供电内部 IPM 控制电路 如果出现某种原因 在电源电压下降到低于指 定的电压动作值 将关闭电源的移动设备和产生一个故障输出信号 小于指定的UV ouv T 小毛刺并不影响工作的控制电路 将不工作去保护欠压电路 故障之后 正常恢复运行 欠 压复位值 一定要低于电源电压 欠压保护在电路电源上电和掉电期间必须保持控制 r UV 过热保护 在绝缘基板上 温度传感器安装在靠近 IGBT 芯片上 如果衬底温度超过过热值 OT IPM 控制内部电路关断 直到正常恢复温度 从而功率器件保护的驱动器栅极不影响输入信 号控制 当温度下降到复位值 OTR 之下 而且输入控制为高 关闭状态 电源 IPM 将接 皖西学院本科毕业论文 设计 第 12 页 受一个低级别的信号输入 打开状态 并恢复运行正常 过流保护 当电流值流过 IGBT 超出动作过流的数值 且大于时间 将关断 IGBT OC OCoff t 值在当前短脉冲时间小于是没有危险的 电路过电流保护将不会被处理 当检测OC OCoff t 到过电流 软关断 IGBT 故障信号输出 控制软关断在关断时产生的电流浪涌电压可以控 制 短路保护 如果负载短路引起的上下臂同时关断 IGBT IPM 短路电路内置保护 如果电流流过 IGBT 大于短路保护值 必须立即启动软关断 并输出一个故障信号 为了缩短响应SC 时间使用实时电流控制电路 RTC 的检测和关断 动作时 电路实时控制电流 SCSCSC 以直接检测 IGBT 的驱动电路的最后阶段 因此响应时间可以减少到不足的 100ns 3 53 5 电量及状态输出显示和报警模块电量及状态输出显示和报警模块 电量及状态输出显示模块由液晶显示模块和简易键盘组成 可以进行简单的参数设定 可以显示各单体蓄电池节点采集来的电压 电流和温度数据 同时根据这些数据向各节点发 送放电控制命令 实时显示状态 温度等数据 键盘采用 4 4 矩阵式键盘 数据显示采用 7SEG MPX4 CC 四个共阴二极管显示器 其中 1234 是阴公共端 3 5 13 5 1 键盘扫描电路的设计键盘扫描电路的设计 键盘是人与单片机打交道的主要设备 在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘 及矩阵键盘 它们各有自己的特点 其中独立键盘硬件电路简单 而且在程序设计上也不复 杂 一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中 矩阵键盘与独立键盘有很大区别 首先在 硬件电路上它要比独立键盘复杂得多 而且在程序算法上比它要烦琐 但它在节省端口资源 上有优势得多 因此它更适合于多按键电路 键盘的矩阵式描述 矩阵键盘 也被称为行列键盘 这是由 条 I O 线为行线 条 I O 线为列线形成的键盘 按键在列线和行线的各个相交点上提供 所以 键盘上的数量按 键即为 N N 个 行列式键盘结构可以使单片机 I O 端口的系统的利用率大大地提高 本系统采用 4 4 矩阵式键盘 用以实现实时在 LED 数码管上显示按键信息 其键盘按键 接线图如图 3 7 所示 皖西学院本科毕业论文 设计 第 13 页 图 3 7 键盘按键接线图 按触点键在断开和闭合时都会出现抖动现象 这是不稳定的触点的逻辑电平造成的 如 果处理不当 会造成不正确的按键命令执行或重复执行 目前一般均用软件延时的方法来避 开抖动阶段 这一延时过程一般大于 5ms 本设计就是采用在软件上对输入进行消抖处理的 方案 并对按键状态进行连续的判断处理 直到按键松开为止 然后才执行相应地处理程序 3 5 23 5 2 显示电路的设计显示电路的设计 LED 数码管 LED Segment Displays 是由多个发光二极管封装在一起组成 8 字型 的器件 引线已在内部连接完成 只需引出它们的各个笔划 公共电极 LED 数码管常用段 数一般为 7 段有的另加一个小数点 数码管分为共阳极的 LED 数码管 共阴极的 LED 数码管 两种 要使数码管显示数字 有两个条件 1 要在 VT 端 3 8 脚 加正电源 2 要使 a b c d e f g dp 端接低电平或 0 电平 要显示正确 LED 数码管 有必要使用驱动电路来驱动各个数码管段 从而我们想要的数 字显示出来 所以 根据 LED 方法的驱动可分为两种类型的静态和动态 1 静态显示驱动 直流驱动是静态驱动的一种说法 直流驱动是指每个数码管由一个单片机芯片的 I O 端 口驱动各段代码程序 静态驱动简单的编程 高亮度显示是其优点 缺点是较多 I O 端占用 口 应用实际中 必须增加驱动器的驱动电路而且硬件复杂性也有很大增加 2 动态显示 显示动态数码管介面是单片机中使用显示方式最广泛的一种 动态显示是将数码管的所 有的段选线并联在一起 用一个 I O 接口控制 公共端不是直接接地或接电源 而是通过相 应地 I O 接口线控制 当单片机字形码输出时 相同的字形码送到全部数码管中 但究竟数 皖西学院本科毕业论文 设计 第 14 页 码管是显示什么形状 取决于对位选通 COM 端的单片机控制电路 所以只需开放需要显示的 数码管选通控制 字形就显示在该位 就不会点亮没有得到选通信号的数码管 动态的驱动器是通过控制分时旋转 LED 数码管 COM 端子上翻各种数码管显示控制 在这 个过程中 交替地显示 数码管每个是 1 到 2ms 的点亮时间 由于发光二极管的余辉效应和 人的暂留视觉现象 尽管事实上数码管不亮在同一时间 但只要有特别快的扫描速度 就能 造成这样的印象 出现一组显示稳定的数据 闪烁不会有 可以大量的节省 I O 端口 以及 更低的功耗消耗 本次设计使用的是 7SEG MPX4 CC 四个共阴二极管显示器 其中 1234 是阴公共端 通过 查表法 将数据在数码管上显示出来 其中 P0 口为字型码输入端 P2 口低 4 位为字选段输 入端 在这里将字型码送给 7 段数码管显示的数字 4 位七段数码管显示电路如图 3 8 所示 图 3 8 4 位七段数码管显示电路图 图 3 8 中数码管采用的是 4 位七段共阴数码管 其中 A H 段分别接到单片机的 P0 口 由单片机输出的 P0 口数据来决定段码值 位选码 COM1 COM2 COM3 COM4 分别接到单片机 的 P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 由单片机来决定当前该显示的是哪一位 在图中还有八个 1K 皖西学院本科毕业论文 设计 第 15 页 的电阻 连接在 P0 口上 用作 P0 口的上拉电阻 保证 P0 口没有数据输出时候处于高电平 状态 3 5 33 5 3 报警电路设计报警电路设计 本文设计如图 3 9 所示 图中用到了单片机 P1 0 脚的 I O 端口功能 如果蓄电池在放 电过程中出现 1 由于某种原因使电源电压低于规定的欠压动作数值 UV 且小毛刺干 扰时间大于规定的 2 由于某种原因基板温度超出过热动作数值 OT 3 由于 ouv T 某种原因流过蓄电池内部的电流超出过流动作数值 OC 的时间大于 4 由于某 OCoff t 种原因流经蓄电池内部的电流超过短路保护动作数值 SC 亦或者出现某种错误操作时 蜂鸣器报警 R8 10k R9 10k Q1 2N2905 P1 0 BUZ1 BUZZER 图 3 9 报警电路图 3 63 6 辅助模块设计辅助模块设计 3 6 13 6 1 复位电路的设计复位电路的设计 单片机的第 9 脚 RST 为硬件复位端 只要将该端持续 4 个机器周期的高电平即可实现复 位 复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态 其电路图如图 3 10 所示 R5 200 R6 1k C1 22uF VCC RST 图 3 10 复位电路图 皖西学院本科毕业论文 设计 第 16 页 图 3 10 中由按键 RESET1 以及电解电容 C1 电阻 R5 R6 构成按键及上电复位电路 由 于单片机是高电平复位 所以当按键 RESET1 按下时候 单片机的 9 脚 RESET 管脚处于高电 平 此时单片机处于复位状态 当上电后 由于电容的缓慢充电 单片机的 9 脚电压逐步由 高向低转化 经过一段时间后 单片机的 9 脚处于稳定的低电平状态 此时单片机上电复位 完毕 系统程序从 0000H 开始执行 在本设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能 由上面的硬件复位后的各状态可 知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值 而软复位实际上就是当程序执行完毕之后 将程 序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址 3 6 23 6 2 时钟频率电路的设计时钟频率电路的设计 单片机必须在时钟的驱动下才能工作 在单片机内部有一个时钟振荡电路 只需要外接 一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元 决定单片机的工作速度 时钟电路如图 3 11 所示 图 3 11 外部振荡源电路 一般选用石英晶体振荡器 此电路在加电大约延迟 10ms 后振荡器起振 在 XTAL2 引脚 产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号 其振荡频率主要由石英晶振的频率确定 电路中两 个电容 C2 C3 的作用有两个 一是帮助振荡器起振 二是对振荡器的频率进行微调 C2 C3 的典型值为 30PF 单片机在工作时 由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信 号的周期称为时钟周期 其大小是时钟信号频率的倒数 常用表示 图中时钟频率为 osc f 12MHz 即 12MHz 则时钟周期为 1 12 s osc f 3 73 7 电池的剩余容量电池的剩余容量估算方法设计估算方法设计 众所周知 内燃发动机驱动的汽车都带有一个油量表 显示当前的燃料利用信息 使用 蓄电池供电的车辆 自然也需要说明剩余容量的容量表 剩余容量不但可以使用户了解有多 少可使用的电量 以避免因过度放电的电池 缩短电池的寿命方面 它也可以提供信息给控 皖西学院本科毕业论文 设计 第 17 页 制系统 选择正确的方式 以最快的安全的方式来自动切换到备用电源供电 因此 对于电 池的剩余容量估计是极其重要的 电池的剩余容量用电池的荷电状态 SOC 来表示 它代表 了电池的供电能力 其值被定义为电池的剩余容量占完全充满电时的电池容量之比 在一定 的温度下 通常把蓄电池不能再吸收能量的充电状态认定为等于 100 而将不能再被SOC 释放的能量的电池状态定义为等于 0 的定义如下 其中为剩余容量 SOCSOC main Cre 为充满时电池所含容量 对于 我们将其认定为标称容量 生产商提供的 full C full C N C 3 3 full remain C C SOC 只有通过外部的电池特性即电池的电流 I 电池的电压 U 电池的内阻 R 电池的SOC 温度等其他参数的测试来推断的大小 下述有两种估计电池荷电状态的国内外常用的SOC 方法 1 放电实验法 放电实验法是 SOC 估算方法中最可信的 其采用恒流连续进行放电 放电电流与时间的 乘积就是剩余容量 针对所有电池实验室中使用较频繁的就是放电实验法 但它有 2 个显著 缺陷 需要时间较长 要被迫中断电池正在运行的工作 2 安时 Ah 计量法 最常用的 SOC 估算方式即为 Ah 计量法 若起始放电状态为 则当前状态的 0 OCS 为 SOC 3 4 t t dis full di C SOCSOC 0 1 0 Ah 计量法使用中存在的故障有 测量电流不准 将引起计算误差 若长此以往的SOC 积累 误差将会日益增大 电池的放电效率也要考虑 在电流剧烈波动和高温状态的情况下 误差也会很大 所有电动汽车均可用 Ah 计量法 只要测量电流精确 有大量的起始估计数 据 它就能成为简单 实用的 SOC 估算方法 本次设计即采用安时 Ah 计量法估算蓄电池的 剩余容量 皖西学院本科毕业论文 设计 第 18 页 4 4 软件设计软件设计 4 14 1 软件系统流程设计软件系统流程设计 本系统软件设计流程如图 4 1 所示 启动系统后 初始化程序系统立即执行 读上次获 得的芯片运行控制的参数 然后温度传感器开始对当前的系统温度读取 A D 子程序采样的 被调用用来获得 10 位精度的电流和电压数据信号 通过系统操作可以读取最后的电池的操 作状态 根据出现各种多样的状态信息来执行各个子程序的工作 而且使不同的数据状态输 出显示到数码管上 系统在运行时将根据已有的数据和检测到的数据 自动对参数进行更改 修正 使其能准确地反映蓄电池放电管理内部的参数 实现系统管理的智能化 皖西学院本科毕业论文 设计 第 19 页 开始 系统上电初始化 采集电流采集电压检测温度 U UV I SC且 I OC TOCI SC UOT Y Y Y 图 4 1 系统软件设计流程图 4 24 2 电压 电流采集电路流程设计电压 电流采集电路流程设计 启动系统后 立即初始化程序系统 利用本模块的电压 电流检测电路对电流 电压采 集并送至单片机的 A D 端口 通过单片机内部对采集来的电流 电压与设定的欠压动作数 值 过流动作数值 短路保护动作数值 进行相应的比较 若是均满足UVOCSC 条件 则将数据存放在寄存器中 经由开中断执行相关程序在显示模块中显示相应的数据并 且时刻更新采集来的电压 电流数据进行再判断 若是不全满足条件 则启动相关的自保护 并处理故障 进而保持时刻采集电压 电流状态 皖西学院本科毕业论文 设计 第 20 页 开始 系统初始化 电压 电流采集 采集U UV且采集 I OC I SC 启用A D转换 启动相关自保 护 开中断 PWM更新 N Y 图 4 2 电压 电流采集电路流程图 4 34 3 温度检测流程设计温度检测流程设计 清楚的掌握总线的读写时序是使用 DS18B20 的关键 因为极其简单的 DS18B20 的外部电 路 使电路连接没有问题 但在软件编程上需要严格的时序按照其读取和写入操作 操作如下 针对 DS18B20 的操作 首先你要将其重置 DQ 线应拉低 480S 960S 数据线应拉高 15s 60s 而后 DS18B20 输出 60s 240s 的低电平来当应答信号 此时主机才可以对它进行其 它操作 首先对 DS18B20 无通信初始化序列 而后用复位脉冲来说明 DS18B20 已经准备好接收或 发送 总线主机发送 TX 一个复位脉冲 最短 480S 低电平信号 随后由总线主机将释放 这条线 并进入接收模式 RX 单线总线使用 5K 上拉电阻拉高水平的状态 经过检测到 皖西学院本科毕业论文 设计 第 21 页 I O 引脚的上升沿 DS18B20 等待 15 60s 然后发送存在脉冲 60 至 240 秒的低电平信号 进而判断 P3 2 引脚的键是否按下 若按下 则进入下一中断由按键设置报警温度的上限值 和下限值 对采集来的温度进行换算 判断温度值是否在允许的范围内 若不在 则蜂鸣器 报警 若在允许的范围内 则采集下一个温度值 具体程序设计如下 开始 开中断 初始化DS18B20 P3 2引脚的键按下 启动温度转换 匹配64位ROM地址 温度换算及显示 温度值在允许的范围 蜂鸣器报警 进入中断 键扫描 按键设置报警 温度的上限值及下限值 DS18B20显示报警温 度的上限值及下限值 返回中断 N N Y Y 图 4 3 测温系统程序流程图 4 44 4 智能功率模块流程设计智能功率模块流程设计 启动系统后 立即初始化芯片程序 检测单片机的端口信号 判断是否有外部中断信号 若 有则启动中断 执行相关子程序利用功率器件的保护部分进行器件保护比如欠压保护 过热 保护 过流保护 短路保护并进行故障处理 若无外部中断信号 则时刻检测单片机端口 皖西学院本科毕业论文 设计 第 22 页 开始 上电复位 芯片初始化 检测I O信号 有外部中断信号 执行中断 故障处理 Y N 图 4 4 智能功率模块流程图 4 54 5 键盘扫描流程设计键盘扫描流程设计 启动系统后 立即初始化程序系统 矩阵键盘的工作过程可以分成以下两个步骤 首先 是第一次检测到的 CPU 是否在键盘上按下一个键 第二部分是用以确定哪个键被按下 1 检测键盘的键是否被按下 全面扫描字成列线 读取输入行线的状态来确定 其 操作具体如下 将列线全部设置低电平 其后将行线状态计入累加器 A 中 当某根行线变为 低电平时 就说明有键按下 2 识别键盘上按下哪一个键的方法是 逐列将列线置成低电平 输入行检查状态 称为一列列扫描 详细过程如下 从第一列开始 输出依次 0 设置相应的低电平为列 线 然后读取从 PC 端口输入状态的行线 若所有的为 1 则按下的键不在此列 如果不 是全部为 1 那么按下的键必在此列中 而且是该列与 0 电平的交点相交的行线上的那 个键 皖西学院本科毕业论文 设计 第 23 页 开始 扫描一行 扫描一列 该行该列是否有键按下 4列全扫描完 扫描下一行 4行全扫描完 返回表示无键按下 扫描下 一行 扫描下 一行 延时10ms去 抖动 再次扫描原列 由键值查数码显示编码表 与原扫描值相符 按键释放 由行列号求键值 扫描下一 行 返回 N Y Y Y Y Y N N 初始化 N N 图 4 5 键盘扫描流程图 皖西学院本科毕业论文 设计 第 24 页 4 64 6 数码管显示流程设计数码管显示流程设计 启动系统后 立即初始化程序系统 启动中断执行相关子程序判断是否有键按下 若有 键按下 则取段码 在数码管上显示输出数据 若无键按下 则数码管空闲继而继续监测有 无键按下 开始 系统初始化 设置 启动中断 有无键按下 LED空闲 取段码 段码右移1位 输出一位段码 输出一个移位脉冲 段码移位结束 取段码结束 结束 Y N 是 否 是 否 图 4 6 数码管显示流程图 皖西学院本科毕业论文 设计 第 25 页 结论结论 本文研究设计的车载蓄电池智能放电管理系统采用了常见的电子元器件和智能功率器件 利用 P89C591 单片机内部的定时器 计数器的定时和计数的原理 将系统的软硬件有机的 结合起来 理论联系实践 体现出了大学生的实际动手能力 通过查阅资料和收集相关的文 献培养了我们的自学能力和动手能力 并且在原来的被动学习转变成了主动地搜索吸收知识 由此可以看出学习方式的改变能给我们带来意想不到的收获 在以前的填鸭式学习方法下 我们也许会学到大量书本知识 然而经过此次论文设计 我懂得了如何学以致用 怎样更好 地处理理论与实际相结合的问题 做到活学活用 实现学到的知识能够融会贯通 在设计过 程中由于时间没能分配好 有点仓促有些地方难免存在不足之处 比如在软件设计中有些功 能还尚未能开发出来 但在以后的工作中 我会严格的要求自己力争做到完美 针对本次设计我遇到里很多实际性的问题 在实际设计中我才发现 书本上的很多理论 知识与实际运用中有着一定的出入 因此对于一些问题要改变原有的思维方式 在本次整个 设计中我用了较多的时间考虑软件设计 虽说有些子程序流程可以借鉴于书上 但怎样使各 个子程序流程衔接起来才是问题的关键 程序流程设计反应了你解决问题的逻辑思维和创新 能力 所以这是需要扎实的专业知识和灵活的头脑的 通过这次设计我也发现自己的很多不 足之处 在设计过程中我发现自己考虑问题不够全面 自己的专业知识掌握的还不牢靠 所 掌握的计算机软件知识还不够 我希望自己的这些不足之处能在今后的工作中得到改善 而 且 通过这次设计 我懂得了学习的重要性 体会到了坚持和努力的巨大作用 这将成为我 以后的经验和榜样 再来看看此次设计 蓄电池智能管理系统是动力电池和整车之间的联系桥梁 装置电池 智能放电管理系统可以提高动力电池的性能和可靠性 本次设计能够实时 准确的检测蓄电 池的状态和显示蓄电池的电量 实践证明 设计的电池智能放电管理系统运用高可靠性 强 抗干扰的采样电路对动力电池组的单体电池电压 总电压 电流和温度等电池信息进行采样 该智能型铅酸蓄电池放电管理系统智能化程度高 测量准确 能及时发现并控制对蓄电池的 不当使用 提供自我保护 而且能够准确的判断系统的运行状态 不仅很大程度提高了被供 电系统的稳定性 而且也提高了蓄电池的使用寿命和效率 最终实现了电动车的续航里程和 寿命周期最大化 皖西学院本科毕业论文 设计 第