【《锂离子电池加热的PLC系统硬件和软件设计案例》2800字】

锂离子电池加热的PLC系统硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u43991.1单片机模块 150861.2温度检测与温度控制 2182061.2.1数据采集和执行机构动作 2158451.2.2按键电路设计 383641.3显示屏 3309611.5模块连接与集成 4113961.6本章小结 5251072软件设计 6632.1总体方案 666922.2总体程序流程图 672722.3温度检测模块 7241152.4屏幕显示 8219512.5按键输入模块 8133772.6温度控制模块 91硬件设计锂离子电池加热系统的硬件设计主要以STC89C52为基础，由温度采集和温度控制，按键设置，显示屏这些部分组成，在以上模块设计成功后再进行这些模块之间的联合设计。1.1单片机模块主控制器需要连接一块LCD1602液晶显示屏，一个数模转换器，两个继电器等硬件资源，在保证运算速度快的前提下，选择功耗低的控制器是比较合适的选择。一般大家会在意法半导体32位系列微控制器芯片和51系列之间做选择，在查阅资料后了解到，STC89C52共有40个引脚，内核是经典的MCS-51，实际应用在生产中的频率可以到达48MHz，内部硬件资源有8k字节的FLASH，三个16位计数器/定时器，看门狗定时器，2个数据指针等等，STC89C52完全可以满足本系统的设计需求，另外，考虑到学习时间有限和能力无法短时间极快提升，51系列单片机相对来说容易上手学习，所以最终决定采用STC89C52作为锂离子电池加热系统的主控制器，常用管脚如图5-1所示。图5-1STC89C52单片机最小系统核心电路1.2温度检测与温度控制锂离子电池加热系统的温度控制电路主要由以下两个部分组成，第一部分：数据采集和执行机构动作；第二部分：按键阈值设置。1.2.1数据采集和执行机构动作该部分由NTC温度传感器，PTC加热片和风扇组成。单片机的引脚P10-P12外接ADC0832数模转换器,数模转换器的CH0脚接热敏电阻R3，即可实现温度采集功能。负温度系数热敏电阻是电阻阻值随着温度呈现线性变化趋势的电阻，从零下30摄氏度到240摄氏度，每一个温度都一一对应不同的阻值，具体表现为：随着温度的上升电阻阻值变小，根据厂家所提供的热敏电阻的重要参数B值以及换算公式即可求出温度T1。热敏电阻阻值计算公式为：Rx其中，Rb为常温条件T2（25摄氏度）下的电阻阻值，又被叫做标称电阻数值；Rx为待测温度T1下的阻值，可以通过数模转换器测量到的电压值转换成电阻值得到，得到的当前电阻值还需要加上Rxrevise（误差校正），减少测量的精度问题；B值为厂家所给参数。最后通过转换可以得到所求当前系统的当前温度T1，计算公式如下：T1温度检测电路的设计如图5-2所示：图5-2热敏电阻温度传感器实现电路单片机引脚P13接NPN型三极管8550，通过高低电平输出控制三极管的开启与关闭，进而用三极管控制继电器的开启与关闭，继电器1再控制PTC加热片，单片机引脚P14控制风扇办法同上所述，实现温度控制，具体实现如图5-3所示。图5-3PTC加热片和风扇控制电路图1.2.2按键电路设计STC89C52单片机P35引脚定义为设置按键，通过按键是否按下来确定是否进入按键设置阶段，单片机P36引脚定义为加按键和P37引脚定义为减按键，按键电路的设计如图5-4。图5-4按键电路设计1.3显示屏STC89C52单片机引脚P00到P07接入16×2个字符的LCD1602液晶模块，实时显示热敏电阻温度传感器读取到的数据、预设的温度阈值。显示屏引脚如图5-5。图5-5LCD1602整体引脚图1.5模块连接与集成电路原理图选择用AltiumDesigner来绘制，AltiumDesigner的功能十分强大，完全可以满足本系统PCB设计的要求。原理图主要有：主控制器、时钟电路、复位电路、按键电路、传感器接口、LCD1602液晶显示电路。在提高系统的完整性的和保证电路的稳定性的同时，使得设计面更加美观，将主控器51单片机与各模块连接在一起，整体原理图实现如图5-6所示。图5-6整体原理图为了简单方便，选择使用原理图直接生成PCB文件的办法，首先在原理图中通过封装管理器这个功能检查每个元器件的封装是否选择正确，然后新建PCB文件，通过原理图对应的菜单栏设计者一栏中的更新PCB文件导入元器件到PCB文件；接着验证是否有错误，如果有错误就选择错误项，选择交叉调查回到之前原理图出错的位置。1.6本章小结该部分主要由本章首先分析了锂离子电池加热系统的硬件构成，系统的硬件控制部分分为三个环节：传感器、控制器、执行器。基于这个三个环节将系统的硬件设计分为了三个模块：热敏电阻温度传感器、单片机模块和温控电路模块，详细阐明了各个部分的作用和各模块连接原理图。

2软件设计2.1总体方案锂离子电池加热系统涉及到的软件部分主要是温度控制部分，LCD显示部分，按键部分及模块之间的相互连结部分，各模块的主要介绍如下所示。温度采集模块：本模块通过热敏电阻经过AD数模转换和计算公式后得到实时温度。温度控制模块：该模块主要由PTC加热片和风扇组成，系统通过判断检测到的数据来控制PTC加热片和风扇的动作。按键模块：该模块主要由判断按键是否按下进入阈值设置模式。显示模块：该模块主要由LCD1602液晶显示屏配合信息处理核心组合而成，用来显示获取到的实时温度和设置的阈值温度。KeilμVersion是单片机程序开发的集成开发环境，集成了C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器。因为该系统要实现的功能逻辑清晰明了，并且网络上可以找到一些用C语言编写的代码例程，所以用较为熟悉的C语言编写程序是我的第一选择。分模块编写函数，然后再等到整体编译成功，没有错位之后通过使用下载器将程序烧录进单片机，之后就可以开始测试系统功能是否可以完整实现。2.2总体程序流程图总体程序首先定义各种函数和变量，主要由以下几个部分组成：对电子显示屏LCD1602相关函数的定义，温度采集模块数模转换的定义，温度控制函数的定义，和按键模块的定义。主函数首先进行初始化配置，然后读取EEPROM中存储的温度阈值，在判断数据没有错误之后，读取AD数据计算出当前热敏电阻阻值，接着调用温度计算函数求出当前系统的温度；然后调用显示函数，在屏幕上显示实时温度和温度阈值；接着调用温度控制函数，通过继电器控制风扇和PTC加热片对系统进行温度控制；最后，调用按键处理方便用户按需求改变温度阈值和调用系统指示灯函数直接给出温度预警灯。锂离子电池加热系统的总体程序流程如图6-1所示：图6-1加热系统的总体程序流程图2.3温度检测模块本系统采用热敏电阻温度传感器（NTC）为锂离子电池加热系统的温度采集模块。热敏电阻温度传感器初始化后复位，通过数模转换计算电压值，然后得到该温度下的电阻值，最后通过公式和厂家给的热敏电阻的重要参数计算出阻值对应的环境温度，并且返回浮点型温度值。具体实现温度采集的流程如图6-2所示。图6-2温度采集运行图2.4屏幕显示LCD1602经过初始化之后，进行功能运行模式，屏幕上显示实时温度和预设的温度阈值，当按键模式下设置温度阈值时进行闪烁控制，调用LCD1602的运行流程如图6-3所示。图6-3屏幕显示逻辑2.5按键输入模块按键控制和检测模块，判断按键是否按下，如果按下进入设置模式，判断当前设置项，如果是上限按键设置按下保存上限值，如果是下限按键设置按下保存下限值，具体按键模