【正文】 ...................................... 41 致 謝 .............................................................. 43 安徽理工大學畢業(yè)設計 1 1 緒論 課題研究的目的與意義 鉛酸蓄電池經過百余年的發(fā)展與完善已成為世界上廣泛使用的一種化學電源，具有良好的可逆性、電壓特性平穩(wěn)、使用壽命長、適用范圍廣、原材料豐富(且可再生使用 )及造價低廉等優(yōu)點。 采用了 Atmel公司的 AT89C51單片機，該單片機片內有 4K的 ROM，不需外接ROM，由它設計制成的數(shù)字顯示的蓄電池容量檢測系統(tǒng)，其整個系統(tǒng)呈現(xiàn)單片化結構， 硬件電路構成簡單，主要功能均由軟件編程實現(xiàn)，因此 體積小、可靠性高、測量 顯示方便、直觀、價格低廉。系統(tǒng)的恒流放電電路由集成運算放大器構成，結構簡單，調整 方 便。 為了檢測蓄電池的端電壓，以便顯示電壓，要進行電壓采樣，并且采樣電路為小電流放電，使所測試的電壓值比較準確；為了檢測蓄電池的容量，要進行電流采樣，并且為大電流放電，放電電流為 ，還要求放電電流盡可能恒定。 實時顯示當前所放出的容量，積分計算出容量，不須人工計算。 4, alarm after the end of a measure. In order to detect the battery voltage, show that voltage, we must sample voltage, and sampling circuit is small current discharge so that test the voltage more accurate。 “整個試驗期間蓄電池均放置在溫度 25177。 2℃的要求，第一，只有在相同的環(huán)境條件下的試驗結果才具有可比性，可重復性；第二，在放電過程中，蓄電池將化學能轉換成電能，是放出能量，蓄電池要從環(huán)境中吸熱，蓄電池溫度下降，為避免影響化學反應的進行，需要有恒溫水浴向蓄電 池補充熱能使其溫度恒定。 國內外研究狀況 電池工業(yè)是新能源領域的重要組成部分，是全球經濟發(fā)展的一個新熱點，是社會生產經營活動和人類生活中不可或缺的產品。本設計以單片機作為核心，采用 PID 算法，實現(xiàn)對負載 (陶瓷加熱器 PTC)阻抗的精確控制，以保證放電電流的恒定。文章介紹 研制的全自動蓄電池容量檢測儀 ,該機配有光電隔離型模入、 I/O 信號數(shù)據(jù)采集模塊 ,提供了 USB接口 ,方便與 PC機相聯(lián) ,操作系統(tǒng)用目前流行的 Windows,對 4路蓄電池容量并行檢測 ,每路可檢測單個 6/12/24 V 蓄電池 ,放電電流從 ～ 80 A 實現(xiàn)程序可控 ,能精確檢測每個蓄電池的容量 . 在 2021 年 3期的《電源技術》學術期刊中由 儲開斌 、 陳樹越 、 何寶祥 所著的《 基于 DSP 的蓄電池容量性能測試儀的設計 》中 提出了一種基于 DSP 的蓄電池容量性能測試儀的設計方案 .以 DSP 為核心 ,多種控制模塊為主要結構 ,用于測試 蓄電池的容量、壽命及配組等相關指標 .其中 ,充放電模塊采用線性方案 ,高精度數(shù)據(jù)采集采用 DSP 內置 A/D 芯片 ,實現(xiàn)高精度測量 ,符合國標對蓄電池的測試要求 .可為研究分析和改善使用的蓄電池性能和壽命提供科學依據(jù) .該儀器可單機 ,也可通過 RS485 進行組網(wǎng)測試 ,具有較好的市場應用前景 . 雖然上述的研究已經逐步實現(xiàn)對蓄電池容量檢測的合理化，也有部分已經成為產品，但是由于這種技術的限制以及電池內部能量的不可量化性，其產品仍不能滿足要求。蓄電池的放電過程是化學能轉變?yōu)殡娔艿倪^程，蓄電池的充電過程是電能轉化變?yōu)榛瘜W能的的過程。對于使用者來說，從外部來看，密封蓄電池是一個“黑箱”，至少是一個“灰箱”。由于化學反應不完全可逆。即使對于同一個廠、同期生產的、同型號的蓄電池也是如此，無法避免。退一步說，使用非線性元器件的組合，可以等效蓄電池的內部結構，也僅適用于特定的電池和特定的條件。所以全自動容量檢測儀工作時必須 包括二部分，即蓄電池容量檢測部分和水浴恒溫控制部分。2℃ 的水浴中 ，所以控制過程中必須及時對溫度進行精確控制。如此可實現(xiàn) 4路蓄電池容量的高精度檢測。目前，國內外普遍采用了新型的等效的電子負載，以保證電池組恒流放電。 (3)目前，核對放電只能測試整組電池容量，不能測試每一節(jié)單體電池容量，以容量最低的一節(jié)作為整組容量，而其他部分電池由于放電深度不夠，其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來。但是間隔時間過長，兩次核對之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。 對于電池組采用 1%～ 5%C的淺度放電；機房可以沒有備用電池組。原因是多方面的，其中有蓄電池的生產制造工藝的原因，有蓄電池電化學特性的原因，即容量相同的蓄電池的負載電壓本身具有離散性。同時測試要求較高，測試情況還不是很理想，尤其是容量測試準確度較低。電導是頻率的函數(shù)，不同的測試頻率下有不同的電導值，電池的容量越小，電池電阻越大，電導值越小。 (2)不同型號的儀表測量結果的差異性較大，由于各種交流法測量儀的測量頻率 (15Hz～ 1000Hz)、測量方法 (相位差法、有效值法、調制解調法、比較法等等 )和測量電流 (1A～ 10A)相差較大，讓使用不同的測量儀對于同一塊電池的測量結果相差較大，有時相 差一倍。 Ah容量法 對于動力蓄電池，蓄電池需要頻繁的充電、放電。 而本設計采用恒流放電，該電路由集成運算放大器構成，結構簡單，調整方便。2 ℃ 的水浴中 ， 電 池 上緣露出水面不得超過 25 mm，蓄電池之間和蓄電池與水浴壁之間的距離 ，均不得少于 25 mm。 ） V 時終止 ， 記錄放電持續(xù)時間 t（ min） 。 5 ℃ 時，以 I20電流放 電到蓄電池 端電壓達（ 177。隨著放電的進行，蓄電池的電壓必然要降低，如不加入恒流放電裝置而是進行定電阻放電，則放電電流也會隨著電壓的降低而降低。因此，為準備描述一只蓄電池的標準容量，通常在有關標準規(guī)定：也就是說， 我 國 電動自行車蓄電池國家規(guī)定：若蓄電池在 25攝氏度時的相對放電容量為 100%，則 10攝氏度時的放電容量不得低于 70%。例如：其升 溫 單向 性是由于電加熱的升溫 、保溫主要是通過電阻加熱；降溫則通常是依靠自然冷卻，當溫度一旦超調，就無法用控制手段使其降溫，因而很難負載電阻 RL 比較放大 調整環(huán)節(jié) 取樣電阻 RS 基準環(huán)節(jié) E Ei + 安徽理工大學畢業(yè)設計 9 用數(shù)字方法建立精確的模型，并確定參數(shù)。 PID 控制技術在現(xiàn)在最為成熟，控制結構簡單，參數(shù)容易調整，不必求出被控對象的數(shù)學模型就可以調節(jié)，所以在恒溫控制系統(tǒng)中通常采用 PID算法。比例作用大，可以加快調節(jié)，減少誤差，但過大的比例使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定； 積分調節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除靜態(tài)誤差，提高無差度。因此能產生超前的控制作用。微分作用對噪音干擾有放大作用，因此過強的加微分環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其 結構 簡單、穩(wěn)定 圖 PID 溫度控制原理框圖 鍵盤設定溫度值PID 控制器（ AT 89 C 51 ）雙向可控硅加熱器（ 水溫 ）水溫檢測（ DS 18 B 20 ）+安徽理工大學畢業(yè)設計 10 性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。 AT89C51是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。 AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。對外接電容 C C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、 起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。 單片機在啟動時都需要復位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 如圖 所示。 安徽理工大學畢業(yè)設計 14 DS18B20 支持“一線總線”接口，測量溫度的范圍為 55176。 溫度采集電路模塊如圖 所示。數(shù)據(jù)轉換如下表 。2 ℃ 范圍較為精確，且規(guī)定電池、水浴之間的距離，使之在反應過程中不會相互影響。 所以對水浴溫度必須經行精確的控制，本設計通過單片機控制雙向可控硅的導通 角來控制加熱器的電壓，從而實現(xiàn)對水浴為溫度的精確控制。該系列可以用來驅動工作電壓為 220V 的交流雙向可控硅。如圖 所示，在加熱回路中，可控硅的導通角變化會改變加熱器端的電壓， V2 是外供交流 220V 電源的接入口。單片機由此信號獲得每個正弦周期內的二個過零點。假設定時器的定時時間為 T，則在交流電壓的一個正弦周期 20ms 內。設計用的 AT89C51 和 DS18B20 的供電電壓均為 5V，另外反相放大器的供電電壓為 12V，所以本設計基于 LM7805 和LM7812 實現(xiàn) 5V 和 12V 的電源模塊。然后再送去整流和濾波 。穩(wěn)壓電路中我使用的是“三端固定輸出集成穩(wěn)壓器”，穩(wěn)壓電路的作用是當輸入交流電源電壓波動、負載和溫 度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。濾波電容 C C2 一般選取幾百～幾千微法。 1234D2B R I D G E 1C5100C7100T2T R A N S 1C60. 33C80. 1GNDV i n + 12VL2L M 781212VA C 220VG N D 安徽理工大學畢業(yè)設計 18 圖 基于 LM7805 的穩(wěn)壓電源電路 恒流放電電路的設計 為了檢測蓄電池的容量，需要對電池進行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。 Q5與 Q6三極管構成調整環(huán)節(jié)。該電壓與基準電壓比較并經放大環(huán)節(jié)放大后，經控制調整環(huán)節(jié)使電路電流恒定。 安徽理工大學畢業(yè)設計 19 由于檢查不同種類的蓄電池時，要求放電電流的大小不同，因此電路的放電電流值必須是可調的，該電路節(jié)基準電壓 E是由單片機 8位的 DA轉換器 DAC0832，在 經過同相放大器放大作為基準電壓，所以通過單片機調節(jié)基準電壓 E，則改變了 Us與 E的比較值，從而就改變了恒流放電的電流值。 Rm： 1k， Rn： 2k。 由于 MCS51單片機的外部 RAM 和 I/O 口是統(tǒng)一編址的，因此，可以把單片機外部 64K 字節(jié) RAM空間的一部分作為擴展外圍 I/O口的地址空間。 本設計采用的是 8155 經行的擴展 ，如圖 所示。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺到所有的器件都在“同時”顯示。 8155的 PA PA PA6口作為掃描口，由于單片機 I/O口的驅動能力有限，所以要通過三極管 9015經行電流放大，然后接顯示器公共端，同時起著開關控制的作用；經過 IO的擴展 8155芯片的 B口作為段數(shù)據(jù)口。顯示按鍵信息 省下了很多的 I/O 端口為他用 相反 獨立式按鍵雖編程簡單 但占用 I/O 口資源較多 不適合在按鍵較多的場合應用。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就為 N*N 個。把單片機的 擴展芯片 8155 的 A口 連接到“ 4*4行列式鍵盤 ”其中 PA0PA3 作為行 線 ， PC0PC3 作為列 線 ， 把 8155 的 PB 端口連接到共陰極“靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中對應的 a 到 g 端口上 系統(tǒng)首先通過 CPU 對全部鍵盤進行掃描 ， 即把第一根行線置為“ 0”狀態(tài) 其余行線置于“ 1”狀態(tài) 讀入輸入緩沖器的狀態(tài) ， 若其狀態(tài)全為“ 1”表明該行無鍵按下 ， 再將第二根行線置為“ 0”狀態(tài) 同樣讀入輸入緩沖器的狀態(tài)如其狀態(tài)也全為“ 1” 則置第一根行線置為“ 0”狀態(tài) 以此類推 。當蓄電池的的放電電壓達到 ， 如圖 ， 單片機的 ，經過三極管 9015驅動蜂鳴器經行報警。使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。 串行通信又可以分為異步通信和同步通信。字符幀由發(fā)送端逐幀發(fā)送，通過傳輸線被接收設備逐幀接收。必須實行電平轉換， 232 電平轉換采用 MAX232 芯 片把 TTL 電平轉換為 RS232 電平格式，可用于單品機與微機通信，具體電路原理如圖 所示。 ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模 數(shù)轉換的器件。 (3)轉換時間為 100μs 。 (7)低功耗，約 15mW。下降沿啟動 A/D 轉換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉換安徽理工大學畢業(yè)設計 25 正在進行。 IN0 輸入第一路蓄電池的電壓信號， IN1 輸入第一路蓄電池的電流信號， IN2 輸入第二路蓄電池的電壓信號， IN3 輸入第二路蓄電池的電流信號， IN4 輸入第三 路蓄電池的電壓信號， IN5 輸入第三路蓄電池的電流信號， IN6 輸入第四路蓄電池的電壓信號， IN7 輸入第 ,四路蓄電池的電流信號。 OE為高電平時，打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，將轉換后的數(shù)據(jù)量輸送到數(shù)據(jù)總線上，同時啟動下一次轉換。若需要相應的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。 (3)IOUT2 ：模擬電流輸出端 2， IOUT2 與 IOUT1 的和為一個常數(shù)，即 IOUT1＋ IOUT2＝常數(shù)。 (6)Vcc ：芯片供電電壓，范圍為 (+5~ 1