【正文】 2021 年 2期收錄的由高玉峰、劉亞龍、李春安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 平所著的《 基于改進(jìn)型 Boost 電路的鉛酸蓄電池容量檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 》， 針對(duì)鉛酸蓄電池容量檢測(cè)的特點(diǎn) ,提出了一種以 Boost 電路為主電路 ,應(yīng)用 PI 調(diào)節(jié)和PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒流放電的方案 .對(duì)傳統(tǒng) Boost電路進(jìn)行改進(jìn) ,解決 了啟動(dòng)浪涌電流大和蓄電池誤接自保護(hù)的問(wèn)題 .闡述了放電電阻的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 ,給出了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 .仿真和實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性 。近年來(lái)，致力于研究蓄電池 容量檢測(cè)儀的研制，鉛酸蓄電池技術(shù)不斷發(fā)展，一些產(chǎn)品日臻成熟。務(wù)必使試驗(yàn)溫度保持在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，才能減少系統(tǒng)誤差，得出精確數(shù)據(jù)，真實(shí)反映產(chǎn)品的質(zhì)量水平。2 ℃ 范圍較為精確，且規(guī)定電池、水浴之間的距離，使之在反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)相互影響。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通訊、電力、鐵路、礦山、港口、國(guó)防、計(jì)算機(jī)、科研等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類(lèi)生活中不可缺少的產(chǎn)品。 關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池 ， 容量檢測(cè) ， 恒流放電 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II DESIGN OF THE AUTOMATIC DETECT CAPACITY OF STORAGE BATTERY INSTRUMENTATION Abstract The design is battery measurement system, of which AT89C51 micro controller as the core, through the software programming of AT89C51 SCM can achieve the following basic requirements: 1, battery capacity measurement by battery discharge。 該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測(cè)的準(zhǔn)確。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的 設(shè)計(jì) DESIGN OF THE AUTOMATIC DETECT CAPACITY OF STORAGE BATTERY INSTRUMENTATION 學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的 設(shè) 計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)是以 AT89C51單片機(jī)為核心的蓄電池容量檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì) AT89C51單片機(jī)軟件編程可以實(shí)現(xiàn)以下基本要求 ： 通過(guò)蓄電池放電測(cè)量電池容量； 測(cè)量電壓動(dòng)態(tài)值； 可切換顯示電池容量 /電壓； 測(cè)量結(jié)束后有報(bào)警提示 。實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示電壓，放電到 。 2, measuring dynamic value of voltage, 3, may switch display the battery capacity / voltage。隨著鉛酸蓄電池的廣泛 應(yīng)用，如何精確檢測(cè)蓄電池容量成為廣大用戶(hù)極為關(guān)注的問(wèn)題。因?yàn)樾铍姵胤烹娙萘颗c溫度的關(guān)系密切，標(biāo)準(zhǔn)才規(guī)定177。研制蓄電池容量檢測(cè)系統(tǒng)很有必要。 2021 中國(guó)儀器儀表與測(cè)控技術(shù)報(bào)告大會(huì)論文集 中由 楊明欣 佘勇 孟 芳高 國(guó)富 等人提出的《全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)》 以陶瓷加熱器 (PTC)作為蓄電池放電負(fù)載，對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流放電測(cè)試，通過(guò)計(jì)算得到待測(cè)蓄電池的實(shí)際電容量。 另外，在學(xué)術(shù)期刊《工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置》 2021 年 4 期中收錄的由 賈承謐 所著的《 全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的研制 》。遺憾的是，蓄電池是實(shí)現(xiàn)化學(xué)與電能之間轉(zhuǎn)換的一種非常復(fù)雜的裝置。由于目前多是密封蓄電池，型號(hào)和規(guī)格千變?nèi)f化，性能也不盡相同，外部只有兩個(gè)電極接頭。 (2)蓄電池化學(xué)能本身是一個(gè)變量。 (4)容量相同的密封蓄電池的負(fù)載電壓和內(nèi)阻本身具有離散性。一般來(lái)說(shuō)，不能使用線性元器件或者其任意的組合來(lái)等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2℃ 的水浴中 ”。 水浴恒溫控制部分，由于 整個(gè)試驗(yàn)期間 要求 蓄電池均放置在溫度 25177。首先根據(jù)蓄電池的型號(hào)和容量檢測(cè)的要求計(jì)算出放電電流，然后選擇合適恒流負(fù)載器中繼電器的開(kāi)關(guān)，在測(cè)量期間對(duì)多路電壓、電流的檢測(cè)，經(jīng)過(guò)高速多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi) 關(guān)和 A/D轉(zhuǎn)換器，將轉(zhuǎn)換的數(shù)字用數(shù)碼管顯示，單片機(jī)根據(jù)鍵盤(pán)的輸入值來(lái)控制橫流負(fù)載器的繼電器開(kāi)關(guān)。傳統(tǒng)的核對(duì)放電設(shè)備普遍采用電阻絲進(jìn)行核對(duì)放電，并且是人工操作，程序繁瑣，存在一定的人身危險(xiǎn)，這種傳統(tǒng)的核對(duì)放電試驗(yàn)方式正在逐步被淘汰。 (2)進(jìn)行核對(duì)性放電試驗(yàn)，必須具備一定條件，首先，盡可能在市電基本保障的條件下進(jìn)行；其次，必須 有備用電池組。全深度循環(huán)放電的次數(shù)是 有限的，所以，不宜對(duì)鉛酸蓄電池頻繁進(jìn)行深放電。國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程中的恒流 放電試驗(yàn)?zāi)壳叭允俏ㄒ槐还J(rèn)的測(cè)試剩余容量的最有效方法，它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時(shí)刻能否發(fā)揮作用，確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。以前有廠家根據(jù)客戶(hù)的需求特點(diǎn)，推出一系列在線測(cè)試電池容量的設(shè)備與儀器，即在線檢測(cè)儀或在線巡檢儀，但是除了少數(shù)情況外，一般都達(dá)不到一個(gè)很理想的效果。不過(guò)最大的缺點(diǎn)還是測(cè)試精度低，只能作為電池落后狀態(tài)判定依據(jù)，不能準(zhǔn)確測(cè)算電池的好壞程度及電池容量指標(biāo)。 交流法電導(dǎo)測(cè)量是向蓄電池 兩端加一個(gè)已知頻率和振幅的交流電壓信號(hào)，測(cè)量出與電壓同相位的交流電流值，其交流電流分量與交流電壓的比值即為電池的電導(dǎo)。根據(jù)國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程以及蓄電池維護(hù)效果要求，電池組荷電容量達(dá)不到 80%便應(yīng)整組淘汰。電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)雖然測(cè)試工作比較簡(jiǎn)單，但是，由于內(nèi)阻與容量安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 是非線性的，所以，測(cè)試結(jié)果不能很好地反映蓄電池的真實(shí)健康狀況。所以安時(shí) Ah容量法僅能紀(jì)錄已經(jīng)使用或 通過(guò)電量計(jì)的電量，而不能較為準(zhǔn)確 地預(yù)測(cè)終點(diǎn) SOC。 （ 1） 儲(chǔ)備容量試驗(yàn) 1） 整個(gè)試驗(yàn)期間，蓄電池均放置在溫度為 25 ℃ 177。 2 ℃ 時(shí)，以 25 A 電流放電到蓄電池電壓達(dá)（ 177。 2） 蓄電池在完全充電結(jié)束后 1 ～ 5 h 內(nèi)，當(dāng)電解液溫度達(dá)到 25 ℃ 177。 恒流放電電路的介紹 為了檢測(cè)蓄電池的容量，需要對(duì)電池進(jìn)行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。一般而言，在 40攝氏度以下溫度范圍內(nèi)，溫度越低，蓄電池的容量也越小歐；在大于 40 攝氏度的溫度范圍內(nèi)，蓄電池的放電容量會(huì)有一個(gè)峰 值，溫度高于該峰值時(shí)蓄電池的放電容量同樣趨于降低。 水浴溫度控制 PID 算法介紹 電加熱溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后性和時(shí)變性的特點(diǎn)。 如圖 為原理框圖。而三個(gè)環(huán)節(jié)在實(shí)際控制中的作用： 比例調(diào)節(jié)作用：比例反映系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即 產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，用于減少偏差。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成 PI 調(diào)節(jié)或 PID 調(diào)節(jié)； 微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能 預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)。在為時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 大多數(shù)溫度控制系統(tǒng)均建立在模型上，難以滿(mǎn)足加工工藝要求， 運(yùn)用AT89C51 單片機(jī)對(duì)電阻爐溫度實(shí)現(xiàn)智能控制，可以解決 上述種種不足，從而實(shí)現(xiàn)高精度的控制。硬件電路包括溫 度采集模塊、時(shí)鐘電路、雙向可控硅控制電路、過(guò)零檢測(cè)電路、 +5V穩(wěn)壓電源電路、 +12V 穩(wěn)壓電源電路、恒流控制電路、AD轉(zhuǎn)換電路、 DA轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、鍵盤(pán)電路、報(bào)警電路、復(fù)位電路、通信模塊以及 IO口的擴(kuò)展電路等 . AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 (FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱(chēng) 單片機(jī) 。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高 效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。 外接石英晶體 (或陶瓷振蕩器 )及電容 C C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 Y6 M HC23 3 P FC33 3 P FG N DCRYX T A L 2X T A L 1 圖 時(shí)鐘振蕩電路 為確保微機(jī)系統(tǒng)中 電 路 穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。這種模擬數(shù)字混合電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，濾波消噪難度大系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，鑒于這些考慮， 本設(shè)計(jì)采用 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20。DS18B20 為 3 引腳， DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； GND為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端。 123D S 18 20 G N DV C CDSR14. 7KV C CP 1. 4 圖 溫度采樣電路 DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12位轉(zhuǎn)化為例 :用 16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位 。由此可見(jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)溫度的要求 25177。只有在相同的環(huán)境條件下的試驗(yàn)結(jié)果才具有可比性，可重復(fù)性；另外， 在放電過(guò)程中，蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，是放出能量，蓄電池要從環(huán)境中吸熱，蓄電池溫度下降，為避免影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，需要有恒溫水浴向蓄電池補(bǔ)充熱能使其溫度恒定。輸入與輸出采用光電隔離，絕緣電壓可達(dá) 7500V，觸發(fā)電流為 15mA?？刂瓶煽毓璧膶?dǎo)通和關(guān)斷。經(jīng)過(guò)斯密特觸發(fā)器 TC4584 整形并反相輸出到單片機(jī)外部中斷 INT1 引腳上，作為中斷觸發(fā)信號(hào)。在定時(shí) 器定時(shí)結(jié)束后才改變雙向可控硅的控制端的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開(kāi)啟可控硅。 電源穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精確度和避免測(cè)試過(guò)程中的電源之間的影響，所各個(gè)芯片或者模塊必須要用穩(wěn)壓電源經(jīng)行供電。 變壓部分其實(shí)就是一個(gè)變壓器，變壓器作用是將 220V的交流電壓變換成我們所需的電壓 9V。一般的整流有全波整流、單相半流整流、橋式整流、及 變 壓整流。其中整流部分采用了由四個(gè)二極管組成的橋式整流器 成品 (也叫整流堆 ,型號(hào)為 2W06),當(dāng)然也可以自已用四個(gè)速流二極管 (如 ,IN4001)組成。 1234D1B R I D G E 1C92 2 0 0C31 0 0T1T R A N S 1C20 . 1C40 . 1A C 2 2 0 V5VG N DGND+ 5 VV i nL1L M 7 8 0 5 圖 基于 LM7812 的穩(wěn)壓電源電路 5V 的穩(wěn)壓電源電路于此類(lèi)似，采用了集成穩(wěn)壓器 LM7805，電容的選取上有些不同，但原理是相同的。 電路原理圖如圖 ，比較放大環(huán)節(jié)由兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成 (1片 324)，采用+12V，單電源供電， Ra為負(fù)載電阻， Rs為取樣電阻。它經(jīng)過(guò)負(fù)載電阻、調(diào)整環(huán)節(jié)后在取樣電阻上形成取樣電壓。恒流過(guò)程表示為：Ei↓→ IL↓→ US↓→ (Us— E)↓→ Ub=K(US— E)↑ → Us↑。 RS： ； Ri： ； Rg： 1K； Rj： 16K； Re： 1K； Rf： 100K； Rh： 1K。這在大多數(shù)應(yīng)用中是不夠的，因此，大部分 MCS51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)都不可避免的需要對(duì) P0口進(jìn)行擴(kuò)展。如 8255 可編程 并行 P0口擴(kuò)展芯片、 8155 可編程并行 P0 口擴(kuò)展芯片等。在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 Q29 0 1 5Q39 0 1 5Q49 0 1 5R 2 01KR 1 91KR 2 11KG N D P A 4P A 5P A 6P B 0P B 1P B 2P B 3P B 4P B 5P B 6P B 7P B 0P B 1P B 2P B 3P B 4P B 5P B 6P B 7P B 0P B 1P B 2P B 3P B 4P B 5P B 6P B 7abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpGND9D S 1D P Y _ 7 S E G _ D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpGN