蓄电池巡检仪硬件电路设计

摘要在各大型电站和其他行业，直流电源屏和UPS电源系统对于维持电力系统稳定性具有非常重要的意义。 及时发现故障电池在维持直流电源屏的正常工作中起着重要作用。本次毕业设计论文主要采用MCS-51系列单片机中的AT89C4051对电池巡逻硬件电路和软件制作进行了初步设计。在此设计中，AT89C4051被用作CPU，辅助三态缓冲器74HC244读取并存储电池组的站号，连续测量电池，并且如果来自上位机的站号与电池的站号一致，则测量值可以前进到上位机。 电池模拟信号的采集主要通过TLC549 A/D转换芯片实现。 数据可通过光伏隔离和上位机通信，在一定的呼叫和响应规则下通过RS485通信端口与PC交换数据，或连接其他网络实现遥测功能。本文采用PROTEL99软件实现硬件电路的设计，软件采用c语言编程。关键词：三态缓冲区、数模转换、异步通信、规约Abstractthedcpowersupporinganduntrablepowersystemofthearkeyroleinmanatingthefaulleelectricede bertransmissionsubstation.sodetectingthebethisthesismanycontrentsontheapplicationofonekinedochip-at89 c 4051 inmc-51 family.in my thesis at89 c 4051 todesingthethethetheoretics andperipheries.meanwhile，ifurthertthediscassingonofsoftwarewithcprompagargationallin my thesis I choose at89 c 4051 asthecentralprocessunitaccmpanywithtri-state buffer 74 HC 244 whichisusedtoconthecodefthebattery.inmostoft theapprotcomputersendthebatterinordestoselectthebatterywhiwewanttomeasure，at the same time， 测量的是能够接收信号的hissituationweusesserialinterface (rssituate ) tocommontifyewithremotrocontrontumorotherpcthelongdistancemeasurement .thisthesisuseprotel 99 asminesdesigningtoolachievehardwaredesignandcprogationalltoaccomplementationtoaccomplementatiokeywords : tri-statebuffera/d转换器异步通信协议第一章概述第一节：电池在电力行业的运用直流操作电源系统是变电站、电厂不可缺少的二次设备。 该系统由整流电源和电池组组成。 正常情况下，整流电源向变电站、发电站内的直流设备供电，同时充电电池组，保证电池处于满容状态。 发生交流停电时，电池组放电，保证直流设备不停电。 目前，电力系统广泛应用的是阀控式密闭铅蓄电池。 随着变电站等级的提高，蓄电池容量呈增加状态，蓄电池费用也呈增加曲线。 特别是500kV变电站和发电站用的直流操作电源系统，电池组的设备整体费用比重远大于整流电源的费用比重。 因此，电池的维护成为非常重要的问题。测量电池质量最直观的方法是测量电池的端子电压，直接反映电池的过充电和不足。 为及时获取各节蓄电池的状况，减少维护工作量(目前电力系统正在推进变电站无人化)，对重要变电站特别是110kV以上级的变电站和发电站直流操作电源系统要求配置蓄电池检测装置。阀控式密闭铅蓄电池以2V为基本单元，大容量蓄电池采用2V/节，小容量蓄电池串联连接内部6个单元，构成12V/节，部分品牌采用6V/节。 我国变电站内部的直流设备通常为220V/110V，220V的直流操作电源需要配置18/19节12V蓄电池或103108节2V蓄电池，110V的直流操作电源类推如下。 电池头和尾串联，最后与整流器的输出并联。通信电源系统与直流操作电源系统的类型类似，由整流器和蓄电池组构成，但其输出电压为-48V (其正极侧连接大地)，与输出电压对应，蓄电池组由4根12V或24根2V蓄电池串联连接。 对于重要的系统，特别是无人的通信基站，在电池组中配置电池检测器也成为趋势。第二节：传统的电池巡逻为了检测单节电池电压，在电池的两极引出取样线。 例如，如果18个电池串联构成电池组，而108个电池组用于引出19条采样线，则需要109条采样线。 现在比较普及的电池测试仪采用电子侦察方式，通过端子连接采样线。整流器-电池测试仪采样线端子逐一切换蓄电池测试器内部的单片机控制继电器，将各电池与单片机测量系统一起连接，测量单电池的端子电压。 蓄电池测试仪可通过串行通信口向直流操作电源微机监控装置传输数据，方便操作者观测记录，并与直流操作电源系统的其他信息一起传输给变电站综合自动化后台装置。采用巡检方式的蓄电池测试仪的优点是成本低廉，但缺点也很明显，主要有以下几点1 )现场连接线过多，特别是采用2V电池时，必须连接大量的取样线2 )连接采样线有危险性。 采样线通过端子接入单片机系统，因此考虑到体积和成本，相邻连接点的距离相近的电池采样线是带电作业，与电池连接有危险性，但长距离地连接电池采样线，特别是采样3 )可靠性低。 蓄电池测试器作为从直流母线取出电力装置的输入电源，若受到强电干扰，则在某一时刻若有1节以上的继电器动作的可能性，则蓄电池通过采样线短路4 )寿命受采样频率的影响。 目前，良好品牌的继电器切换次数多为105106次，切换频率高会影响继电器乃至装置整体的寿命，因此采用电子侦察方式的电池测试器会延长继电器切换时间，延长装置寿命，但是会延长数据更新周期。第三节：新型电池巡逻新型蓄电池智能测试装置由几个测试单元构成，工作时为每个蓄电池配置测试单元，测试单元内置单片机，以单片机为电源输入，通过电路将蓄电池电压作为单片机测试单元通过跳线与唯一的通信号对应，上位机通过隔离的485总线，分别带站号称各测试单元，取得各电池的端子电压数据。根据铅蓄电池的电压水平，测试电池分为2V和12V两种。 二者的原理基本上是一致的，2V的测试单元应当通过升压电路使电池的端电压上升到单片机的操作电压，而12V的测试单元应当通过降压电路使电池的端电压上升到单片机的操作电压与现有的电池循环检查装置相比，新型电池智能检查装置具有以下几个优点1 )由于测试单元的尺寸较小，将电池的端子电压作为输入电源，因此可以在附近布线，放置到电池的表面。 与电池一一对应，连接线的危险性大幅度降低，只要注意正负即可2 )根据电池的节数配置测试单元，共同用于直流操作电源和通信电源。 目前，直流电源系统配置微机监视装置，包括直流操作电源和通信电源，该装置也具备RS485通信端口，只要能够使用适当的RS485驱动芯片支持最多256个通信节点， 测试单元可以直接访问通信端口485总线作为若干通信节点，使得单电池的端子电压数据直接流入高级监控设备，并实现进一步的节能3 )由于不采用中继切换方式，不仅寿命长，而且各测试单元同时动作，数据更新率依赖于上位机的调用频率，大幅提高数据刷新率。4 )测试单元仅通过端子485总线与上位机连接2条通信线，现场清晰，布线方便，取代传统电池巡检装置的大量采样线，如下图所示整流器-上位机系统485巴士测试单元测试单元测试单元测试单元a.a乙组联赛本次设计主要以ATMEL公司的AT89C4051为CPU，辅助74HC244、TLC549、MAX756等芯片，实现了电池测试单元对2V电池的测量和通信。下面的章节将分别详细描述各种芯片的结构和原理以及硬件电路的设计。第二章硬件电路的核心芯片第1节ATMEL系列的AT89C4051AT89C4051是8位、4 k闪存和128位ram CPU1 )基本特征具有MCS-51系列产品的基本功能3) 2.7V-6V的动作电压4 )双参考存储器锁存器5) 15条可编程I/O线6) 6个中断源7 )直接LED的输出驱动8 )低功率怠速和断电模式9) 4K可重复编程的闪存10 )全静态工作频率0-24MHz11) 1288位RAM12) 2位计数器和定时器213 )可编程串行通信异步收发信道14) On-Chip模拟比较器2 )基本说明AT89C4051具有以4K字节闪存(可编程只读存储器EPROM )的低电压高效操作的8位微处理器。 该装置采用AMTEL的非易失性存储技术和工业标准与MCS-51兼容。通过比较通用的8位CPU和单片集成电路的闪存就能够知道。 对于许多嵌入式控制系统，ATMEL的AT89C4051具有更高的灵活性和效率。AT89C4051是1)4K字节闪存2)128字节RAM 3)15条I/O线4)16位计时器/计数器5)5矢量2水平中断系统6 )一个双向串行信道7 )一个精确模拟比较器8 )芯片中的振荡器此外，在AT89C4051频率为零的情况下运行的静态逻辑提供了两种软件的节能模式以供使用。 Idle Mode空闲模式会停止CPU的工作，但是可以继续RAM、计数器/计时器、串行接口和中断系统的工作。 Power Down Mode保存RAM的内容，但停止振荡器的动作，直到芯片的其他功能重新启动为止。图-2所示基本引脚1 )针脚的基本功能VCC :供电电源GND :接地端口1 :端口1是8位双向I/O端口。 P1.2-P1.7端口被上拉。 P1.0-P1.1需要外部上拉。 P1.0-P1.1始终是正向输入和反向输入，这两个输入分别是芯片内的精度比较模拟器。 端口1输出缓冲器降低20MA，能够直接驱动LED显示器。 将气口1设为1时为输入，将销P1.2-P1.7作为输入向外部拉伸时，由于内部的拉动阀成为电流源。 端口1也在闪存编程和变更时接收代码数据。Port3:针脚P3.0-P3.5和P3.7为7个双向I/O端口、存储器内部上拉阀、P3.6为比较器的输入输出端口，但不能作为通用I/O端口发挥作用。 端口3的输出缓冲区将降低20MA。 在端口3设置为1时，端口3被提升到内部的拉阀，可以视为同时输入。 作为输入，当端口3的销被向外拉时，端口3为I1L，它们全部由内拉阀决定。同时，端口3也可以作为AT89C4051的各种特殊功能使用P3.0:RXD P3.1:TXD P3.2: (作为外部中断0 )P3.3:(作为外部中断1) P3.4:T0定时器0的外部输入P3.5:T1定时器1的外部输入RST :当输入被复位时，所有I/O端子都被设置为1，RST变为高电平。 将R