蓄电池检测系统设计

毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目： 蓄电池的检测系统设计 学生姓名： 二级学院： 班级： 提交日期： 摘要目录蓄电池的检测系统设计III摘 要IIIAbstractIV第1章 绪 论51.1系统设计的背景51.2基本内容61.3实现的基本功能7第2章 蓄电池的介绍82.1 蓄电池的主要性能指标82.2蓄电池的检测82.3 本系统控制算法的确定9第3章 硬件实现及单元电路设计103.1单片机的电源模块113.2 主控制模块113.3 AT89C52简介123.3.1 AT89C52的基本结构123.3.2 AT89C52的主要特点123.4 ADC0832模块123.5 显示模块的设计133.6 时钟电路的设计153.7 复位电路的设计16第4章 软件选择174.1 软件设计应用环境17第5章 软件设计185.1仿真软件介绍185.2仿真结果185.3 实验注意事项195.4 软件调试20附 录21参考文献37IV蓄电池的检测系统设计摘 要现在社会发展的如此迅速，人们对于社会的需求也越来越多，所以更多的智能产品应运而生，现在已经遍布在各个角落。本论文主要介绍了一种蓄电池控制的智能设计，它采用的主控芯片是AT89C52，然后通过模数转换芯片ADC0832采集模拟信号，并将该模拟信号转换成数字信号输入到主控芯片中，最后通过相应程序的编写，可以将相应的数据在数码管中进行显示。本论文中先介绍了各个子模块的功能，并详细介绍其工作原理，最后介绍整个系统，并进行了软件程序的介绍，最后完成了整个系统的设计。关键字：蓄电池；模式转换器；AT89C52；数码管AbstractAutomatic detection system for storage batteryAbstractNow the social development is so rapid, peoples demand for society is more and more, so more intelligent products emerge as the times require, and now they are all over the corner.This paper introduces a battery control of intelligent design, the main control chip which is used in AT89C52, and then through the analog-to-digital conversion chip ADC0832 analog signal acquisition, and the analog signal into a digital signal input to the main control chip, and finally through the preparation of the corresponding procedures, can the corresponding data in the digital tube display. This paper first introduces the functions of each sub module, and details its working principle, and finally introduces the whole system, and introduces the software program, and finally completed the design of the whole system.Keywords: battery; mode converter; AT89C52; digital tube蓄电池的介绍第1章 绪 论1.1系统设计的背景现在社会的发展速度我们都能感受得到，人们对于社会的需求也越来越多，所以越来越多的智能设备也就应运而生，满足人们的不同需求。现在对于普通家庭来说，智能设备也遍布在各个角落，比如说电视、电脑、电饭煲等等。而且现在条件好的家庭开始将这些设备进行系统的连接，进行系统的控制了，不用再通过人工的操作去控制相应的智能设备，所以现在的控制系统也称之为懒人系统，完全根据用户的需求去设计相应的控制。对于蓄电池的监控在一些智能设备中也是很多的，但是现在有好多蓄电池的监控精度达不到系统或者用户的需求，如果想要达到人机交互的话，这样的产品就少了。社会的发展促进了人们的需求，也从根本上改变了我们的部分生活和工作方式，传统的设备已经不能满足我们的需求了，所以需要研究更多的智能产品来替代传统产品2。现在常用的智能控制设备的主控芯片一般是各种类型的微处理器，微处理器包括了多种系列，其中有单片机系列、stm32系列、FPGA系列等等。但是对于简单的智能控制来说，单片机系列就能够满足相应的智能需求，并且该芯片具有高效率、低成本等优点，所以得到了广泛的使用。通过单片机和不同的功能芯片相配合就可以实现不同的智能系统的控制。电池检测系统就是通过单片机和相应的模数转换芯片相配合，实现对电池的电量进行检测。同时还添加了一些其余的功能芯片，比如说数码管，满足系统的其他需求3。现如今国内外对蓄电池的检测方法大致分为4种。第一种为最新型的检测方法核对放电法，主要是利用电阻箱对蓄电池进行放大实验，通过电池到达终止电压时的放电时间和放电电流来估算其容量，这个估算出的容量即作为蓄电池的容量。此方法的优点是测量容量精确，可靠。缺点是要求的实验设备得不到保障，而且实验的危险性高。第二种为内阻测量法。此方法是指在蓄电池两端加交流电压信号，该交流电压信号的频率和振幅已知，测量出与电压同相位的交流电流值，电池的内阻等于其交流电流分量与交流电压的比值。此方法的优点是操作简易，缺点是测量结果不准确，精度比较低，波动性也大。第三种为电池巡检法。此方法在放电状态下，对蓄电池组中每个单体电池的端电压都要逐步进行检测，以找出端电压之差最大的一只，将这块电池确认为落后电池，然后再利用核对放电将该节电池核对放电，检测出其容量，该容量代表该组电池的容量。此方法优点是实验的危险性比较低，操作简易。缺点是学校机房达不到测试要求，而且测试的结果准确度也比较低。第四种为蓄电池电压测量法。通过测量蓄电池的电压可以判断出蓄电池充、放电进程，浮充电压是否适当，当前电压是否超出允许的极限值，并且可以估计出蓄电池剩余的容量，还可以作为判断蓄电池组性能好坏的标准。这个方法的优点是测试结果比较直观，通过系统的设计，测试结果也比较精确。缺点是操作繁琐，有一定风险性。经过综合比较，本设计选用蓄电池电压测量法。1.2基本内容对于本设计来说，设计原理为应用使用的AT89C52单片机与ADC0832芯片、数码管硬件设备组成的蓄电池检测系统完成对蓄电池电压的检测。通过控制ADC0832芯片来检测滑动变阻器模拟输出的蓄电池电压，ADC0832芯片通过将蓄电池电压模拟量转换为可供AT89C52单片机识别的数字信号，最后在数码管显示出来。软件方面选用KeilC51，设计语言为C语言编程。并选用proteus软件进行仿真。为主控芯片的是AT89C52，然后配合相应的外在功能模块，比如说显示功能、按键操作、电源功能等等，就可以是实现对相应的电池的电量控制。本论文从以下几方面进行论述：（1） 绪论。本论文首先对相应的坚持监控技术进行论述，并且介绍了该研究的理论和实际意义。（2） 硬件。在本论文中会介绍相应的硬件电路，并对每一个子部分进行详细分析和介绍。（3） 软件。硬件设计还需要配合相应的软件程序，才能实现功能的控制，本论中也对软件进行了系统分析。（4） 总结。最后对整体系统进行总结，并简述系统设计过程中出现的问题和不足。1.3实现的基本功能对于本设计来说，最重要的外部功能包括模数转换功能、数码管显示功能和蜂鸣器控制功能，下面对各个模块进行细致分析：模数转换功能：该功能的实现主要是通过ADC0832芯片来实现的，通过其采集模拟信号，并将该模拟信号转换成相应的数字信号，它采集到的模拟信号实际上就是电池的电压值。数码管显示功能：主要是将相应的信息进行显示，比如说当前的电压值等。蜂鸣器控制功能：它主要的功能就是在当电池电量过低时，报警提示，使人们关注到该问题。37第2章 蓄电池2.1 蓄电池的主要性能指标 (1) 容量对于蓄电池来说，最重要的参数就是容量，它一般包括理论和实际容量两种，理论容量一般是指厂家标定的容量，它是根据相应的理论计算得到的；实际容量一般是指在实际运行过程中，电池所表现出来的容量。 (2) 静止电动势另外一个重要的参数就是静止电动势。它主要指的是即使电池在不工作的情况下，它的电解液基本上也是静止的，此时两个极性之间的电压即为静止电动势。2.2蓄电池的检测 (1) 负载测试所谓的负载测试就是把蓄电池带上负载后，让它进行放电的过程。想要得到蓄电池的电容的话，只需要测试的数据与之前的标准值对比，就可以得知。如何获得更加精确的实验数据呢？只要在蓄电池没有放电的情况下，就可以测得准确的数据。但是在实际情况下，充满蓄电池一般需要的时间会很漫长，所以以它作为能量的源头，是不允许的。(2) 测量电解液的比重之所以测量电解液的比重，是因为它决定了蓄电池的充放电的能力，这也决定了蓄电池性能的差异。一般可以利用测量电解液的密度来得到，而且还能减少其它因素对测量的误差性。因为蓄电池的充放电状态决定了检测实验是否成功，如果蓄电池是封闭状态，不放电的话，我们就不能以测量电解液的比重数据来确定蓄电池的容量。(3) 测量单元电池的端电压一般测量蓄电池的端电压，是不能精确的测出其端电压的。因为一般得到测出值与标准值有一定的差别，主要是由无法避免的一些实验误差产生的，所以也无法表明蓄电池是否出了问题。但是如果有合理的电路设计，尽可能减小外界因素误差，其测量结果还是可靠的。(4) 测量内阻 我们知道蓄电池的内阻在其内部也是相关的，这样就可以测量其阻抗来判断蓄电池的容量。通过现场的测试结果，可以测出金属性的电阻如果增加了，其容量则会减少。而电化学的电阻与其容量没有什么关系。这是因为蓄电池在使用中电流会增加电阻上的电压，这样就会跟快的到达所需的电压，而蓄电池内部有一部分能量没有使用，这样其容量就减少了。所以可以看出通过内阻来检测蓄电池的工作情况是否正常。 (5) 测量温度对于测量温度来表现蓄电池的容量，一方面是温度对其内部影响很大，温度升高其内部的分子活跃，也使其电离子的运动速度加快，这样其容量就会变大。2.3 本系统控制算法的确定本次设计中我们使用的交流法：当使用受控电流时电流如公式（4）所示 (2-4)产生的电压响应如公式（2-5）所示 (2-5) 若使用受控电压激励如公式（2-6）所示 (2-6)产生的电流响应如公式（2-7）所示 （2-7）阻抗是与频率有关的复阻抗，其模如公式（2-8）所示 （2-8）电池的内阻，如公式（2-9）所示 （2-9）式中 Vav- ；Iav -的。软件选择第3章 硬件实现及单元电路设计3.1单片机的电源模块因为单片机的运行也是需要电源的，而且对其供电必须稳定，不能波动性太大。所以在这次设计中选择了7805芯片。图3.1 7805图 之所以选择7805稳压芯片，是因为它可以保护电路，使用起来可靠方便，价格也比较低廉。它的3个引脚输入端、输出端以及接地端如上图3.1所示。3.2 主控制模块 本次设计中对主模块的分析，主要联系到了AT89C52型单片机，以及其他硬件需求，最终得到了如图3.2所示系统电路图。图3.2系统电路图本次设计采用的各种硬件主要有AT89C52型单片机、电容、电阻、四位集成数码管、ADC0832模数转换器、还有运算放大器和按键等，其中主要利用按键来调节阀值。3.3 AT89C52简介3.3.1 AT89C52的基本结构AT89C52型单片机，在于其他型号的单片机的性能比较中，我们会发现其特点是能耗少、性能高，而且其内部的存储器是8K字节的，这样就使我们在编程和查询的时候更加方便。在系统的多位嵌入式加上这种微型控制器，这样就可以使CPU与编程的Flash联合使用。之所以选择AT89C52单片机，是因为与普通的51型单片机相比程序储存空间更大（52型为8K，51型为4K），字节数据存储空间更大（52型为256个，51型为128个），定时器也比51型多一个(52型为3个，51型为2个）。与普通52型单片机相比，它在现实实验中使用更加频繁，性能也更加优越。而且学校机房多采用AT89C52单片机，所以选用AT89C52单片机。3.3.2 AT89C52的特点AT89C52型单片机与其他单片机不同的是，它的抗干扰能力强，而且具有高密度且非易失性，尤其是在对静电的抗干扰方面，对于电源的抖动能力也有抗性，并且对于外界的环境方面没有过多的特殊要求，在运行错误时可以通过外部重新启动。其拥有全双工的串行输入输出的端口，也可以通过异步接收器和发射器作为寄存器的端口。如图2.2 AT89C52引脚图 图2.2 AT89C52引脚图3.4 ADC0832模块(对)ADC0832模块可以将蓄电池电压模拟信号变成可供单片机识别的数字信号，其集成芯片为8位，还可以和单片机直接相连，这样就使用简单、操作方便，还有他的价格非常的实惠，在单片机实验中使用比较广泛。ADC0832模数转化芯片是利用20个引脚进行双列直插式，其各个引脚的情况如下：CS片选信号所谓片选信号就是利用和锁存器信号的ILE两个进行决定其工作状态。ILE允许锁存信号。 DI7DI08位数据输入端口主要是进行模拟信号和数字信号进行转换。IOUT1模拟电流输出端口1。DAC输入端为0，则输出电流为0，反之为1时，其电流最大。IOUT2模拟电流输出端口2。它的功能和输出端口1的功能一样【5】。 RFB反馈电阻引出端。因为ADC0832模数转换器的内部已经有反馈电阻。 VREF参考电压输入端。本次选择的输入5v电压。VCC芯片供电电压端。因其输入电压为+5V，所以芯片端电压为+5V+15V之间。AGND模拟地，即模拟电路接地端口。 DGND数字地，即数字电路接地端口。3. ADC0832模数转换器的工作方式 主要用于连接单片机，同时DO和DI不可能同时使用。所以对于AT89C52型单片机来说，因为它的IO引脚都是双向的，所以当空闲引脚较少时，或者不够使用时，可以将DO和DI两个引脚连接在一起，实现数据的输入和输出。当CS属于低电平使能，即当CS为高电平时，ADC0832时不能工作的，只有当CS是低电平时，该芯片才能工作，并且在整个的数据传输过程中，CS要一直保持低电平，不能改变状态。对于上表中的“1”和“0”分别指代的是高电平和低电平。通道两列代表的是通道0和通道1，从第三行来看，通道地址为00，通道0显示“+”即为正输入端，通道1显示“-”，即为负输入端，这时候的工作方式是差分方式。同理可以看出，当通道地址是01的时候，通道0为显示负输入端，通道1显示正输入端，此时的工作状态依然是差分方式。当通道地址是10的时候，通道0是正输入端。通道1没有显示，代表着状态不确定，此时的工作状态是单端输入方式。当通道地址是11的时候，通道0显示状态不确定，通道1是正输入端，此时的工作方式属于单端输入方式。当第三个脉冲到来之后，通道地址也已经选择结束，此时DI引脚就没有了相应的作用，然后开始相应的数据输出。随着脉冲的增加，就会进行相应的数据输出。直到第11个脉冲完成之后，数据才完成相应的输出，输出过程结束，即完成了相应的A/D转换。此时CS拉高，然后ADC0832芯片不能工作，具体的ADC0832的相应原理图见图2.3。图2.3 ADC0832引脚图3.5 显示模块的设计对于显示模块的显示，是使用数码管的显示数字，与其他普通的数码管相比较，不同的是，它主要使用四位集成数码管。图2.4 数码管引脚图数码管在分类上有很多种方法，常见的就是共阳极和共阴极的两种方法就。共阳极就是所有的阳极连接到一处。共阴极就是所有的阴极连接到一处。如图2.5数码管内部结构图。在数码管中一般用发光二极管作为显示，一般情况下，有动态显示和静态显示两种。动态显示就是所显示的一直在变，就像一个动画一样。主要就是通过单片机传输到发光二级管上脉冲信号，根据信号进行闪亮，从而得到想要的显示。而静态显示主要是单片机给发光二极管上一个不变的信号，使其一直处于亮状态。根据想要的数据可以通过控制单片机的编程来控制，其调节简便。在使用过程中要注意引脚连接问题，根据二极管的特性，当有一定的压降时才会导通使其发光，如果接反则不会导通。 图2.5数码管内部结构图在集成四位数码管中，其主要的特点就是简易高效，运用方便。在集成的四位数码管外部会有12个引脚，其中有四个公共端和四个数码管，剩下的为引脚线。如图2.6四位数码管内部结构图。而共阳极的数码管与其相反连接。图2.6 四位数码管内部结构图四位数码管实物图如图2.7所示 图2.7 数码管实物图3.6 时钟电路的设计单片机运行需要时钟支持，如同计算机的CPU一样。具有不可或缺性，是一定要有的。假如没有时钟电路来产生时钟驱动单片机，那单片机就不能执行程序。在任何一个单片机中都要在时钟信号的控制下，这样才可以进行配合使用。如图2-6晶振实物图。图2-6 晶振实物图图2-7所示为时钟电路图 。图2-7 时钟电路图3.7 复位电路的设计本次设计中复位电路的应用是当单片机在特殊情况下发生错误，导致整个单片机不能使用等，可以利用这一复位功能使其恢复正常使用，保证系统能够正常运行。本次设计中我们利用按键操作来复位电路，即改变单片机的外部电压来控制单片机重新启动，恢复到初始状态。在时钟电路工作后，单片机要恢复到初始情况，则要24个时钟振荡脉冲的高电平作用到引脚RST上，使其重新启动。而本次设计考虑到安全方便可靠性等，设计了按键式的复位电路，如图2-8复位电路图。图2-8 复位电路图这个复位系统需要人工手动复位，更加方便简洁。软件设计第4章 软件选择4.1 软件设计应用环境本次设计中软件开发的选择，我们使用了KeilC51软件。与其他软件相比，其特点主要是汇编出来的代码更加严谨、紧凑。KeilC51软件操作起来也十分简易。在编程语言的选择方面，因为与其他编程语言相比，C语言编程的可读性高，而且修改或移植等也非常的方便，在后期的维护上也简单。所以本次设计语言运用了C语言编程。使用软件写好程序后可以模拟运行发现其中的错误，可以通过调节来检测按键的使用状态，从而得到其波形和频率，利用数码管显示，也可以利用示波器进行研究。可以说错误情况发现非常直观。具体代码如下所示。 这个可以利用定时器进行显示，数码管在显示时是不断闪灭的，但是因为速度太快，使人类的眼睛感觉到它一直亮着。其显示原理为扫描法。而且还可以将ADC0832模数转换器得到的数字信号和实验之前设定的数字信号进行对比。假如蜂鸣器发出报警声，是因为测量所得的电压低造成的。第5章 软件设计5.1仿真软件介绍所谓仿真软件我们可以利用其功能，将设计运用到电脑上进行仿真，可以根据需要进行调试修改，从而节约时间和减少消耗和资源，更加使用方便，提高效率。现在的仿真软件已经非常多，本次设计中所选的仿真软件为proteus。其经常用于各种实验图的模拟仿真，它的操作简易、使用过程也很方便。它的仿真结果可靠性是非常高的。在原理图和布线还有PCB版的使用中，非常简单。本次设计使用此软件足以满足需求。当然，我们要明白虽然电脑上模拟的非常好，但是在现实实物中会出现一定的差别，比如某个原件的电路线连接，线路之间的影响等，这样都会有一定的影响。本次设计使用的proteus设计了原理图，并在其功能中进行本次设计的仿真，proteus的仿真界面如下图4.1所示。 图4.1 proteus仿真软件图4.2 proteus软件界面 5.2仿真结果 在本次运用protetus进行仿真的过程，它的程序可见附录。ADC0832采样模块工作性也体现了出来，通过ADC0832模拟数字转化中得到一个可供AT89C52单片机可识别的数字信号，在通过单片机上的数据显示到数码管上。在这个仿真过程中遇到了很多的问题，在通过老师的教导和网上的解答下，不断提高自己，根据所用到的资源，最终得出了仿真的结果。在这个过程中是在不断的提升自己，把所学知识运用到实践中来，提高了自己。本次仿真结果如图4.3仿真结果图。图4.3proteus仿真结果图5.3 实验中的注意事项在这次proteus仿真中注意事项如下：1、 仿真设计图与实物设备要相对应。有些时候仿真图在仿真上运行的非常完美，但是真制成设备时往往有些电路连接不上，这就是设计时没有考虑到实物连接问题。2、 仿真设计设计要考虑到干扰性。有些电路在设计时看似方便走线，但是到了真正测试时，有些会干扰线路信号，使其在运行时不能正常使用，或出现错误情况。3、 实物焊接时要精细。在实物的焊接过程中会出现很多问题，如虚焊或者焊接时将元器件烧坏等。5.4 软件调试 在软件上进行的各种模拟调试过程，是为了达到实验所需要的条件和精确的实验结果，这不是我们在实际现实中的实验过程中进行调试。本次设计的开发软件是使用KEIL编译软件。KEIL软有着简便的编程和快速查找错误等。在编程过程中会出现很多错误，利用本软可以很快解决代码错误或格式拼写错误等。而且本软件可以使用C语言编程调试，在其他模块的编程中运用也是可以的。调试内容注意事项如下：（1） 使用本软件编写C程序时，把可能会出现定义重复和拼写错误等错误显示在软件下放。可根据显示的错误找到相应的编写行，进行改正，减小了工作的负担，而且使用方便，可以跟好的进行编写。（2） 在模拟中设置好所需要的状态，明确单片机的运行条件和方式，对运行时进行监控，发现问题及时解决，确保实验的正确性。 （3）检查各个部位是否有问题，然后将这些设备连接起来进行调试，在检测结果进行比较。在发生问题时，先进行连接方面的检查，如果没有问题在对每个部分进行检查。检查时记录情况，在有相同情况可及时解决问题。参考文献附 录程序电路图程序流程图 参考文献1