【正文】 文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) 4第2章 鉛酸蓄電池 5 工作原理 5 放電中的化學(xué)變化 5 充電中的化學(xué)變化 5 蓄電池的容量 6 放電中電壓下降 6 蓄電池之容量表示 6 蓄電池溫度與容量 7 放電量與壽命 7 放電量與比重 7 放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗 7 放電中的溫度 8 影響鉛酸蓄電池容量的因素 8 蓄電池生產(chǎn)工藝對(duì)電池容量的影響 8 蓄電池使用時(shí)的因素對(duì)電池容量的影響 10第3章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介 13 AT89C51簡(jiǎn)介 13 主要特性 13 管腳說明 13 時(shí)鐘振蕩器 15第4章 硬件設(shè)計(jì) 17 采樣電路的設(shè)計(jì) 17 設(shè)計(jì)思路 17 設(shè)計(jì)方案 17 原理圖 18 恒流放電電路的設(shè)計(jì) 18 設(shè)計(jì)思路 18 設(shè)計(jì)方案 18 原理圖 19 工作原理 19 數(shù)字顯示電路的設(shè)計(jì) 20 設(shè)計(jì)思路 20 設(shè)計(jì)方案 20 原理圖 20 A／D接口電路的設(shè)計(jì) 21 設(shè)計(jì)思路 21 ADC0809簡(jiǎn)介 21 設(shè)計(jì)方案 22 原理圖 23第5章 軟件設(shè)計(jì) 24 主要算法 24 電壓 24 電流 24 容量 24 主程序設(shè)計(jì) 26 A／D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì) 27 數(shù)字顯示程序設(shè)計(jì) 28第6章 結(jié)論與展望 31參考文獻(xiàn) 32致 謝 33附 錄 34石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論 課題研究的目的及意義鉛酸蓄電池經(jīng)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(xué)電源，具有良好的可逆性、電壓特性平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)、適用范圍廣、原材料豐富(且可再生使用)及造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)檢部門的監(jiān)督檢驗(yàn)及仲裁檢驗(yàn)，工商部門市場(chǎng)監(jiān)測(cè)，教學(xué)研究等工作，務(wù)求對(duì)蓄電池容量檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。不過它的缺點(diǎn)也很突出，主要表現(xiàn)為：(1)放電時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)大，電池組須脫離系統(tǒng)，蓄電池組所存儲(chǔ)的化學(xué)能全部以熱能形式消耗掉，既浪費(fèi)了電能又費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低；少數(shù)放電系統(tǒng)采用逆變技術(shù)可以將化學(xué)能予以回收利用。密封蓄電池的使用壽命是否終結(jié)的主要判據(jù)為，電池的剩余容量是否滿足機(jī)房工作要求，或者滿足有關(guān)維護(hù)規(guī)程的要求。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小，并可以快速查找落后電池。采用電導(dǎo)法測(cè)試電池的內(nèi)阻或電導(dǎo)是判定蓄電池好壞的一種有價(jià)值的參考思路，但是問題如下：(1)對(duì)于電池的好壞程度，還不能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)；不足以準(zhǔn)確地測(cè)算出電池的實(shí)際性能指標(biāo)，尤其是容量指標(biāo)；不能判斷(SOC)容量50%以上的蓄電池的好壞；不能到達(dá)國(guó)標(biāo)的要求。使用Ah容量法記錄的電能量，需要知道蓄電池的初始狀態(tài)和終點(diǎn)SOC；但是初始狀態(tài)和終點(diǎn)SOC受到下述多種因素的影響，在一般情況下，并不是一個(gè)常數(shù)。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。(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。其次，應(yīng)該改進(jìn)目前的電導(dǎo)法(內(nèi)阻法)、電壓測(cè)量法等快速測(cè)量法，使之提高測(cè)量精度，以滿足現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師的要求。第2章 鉛酸蓄電池 工作原理所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，在必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。 + (3)放電時(shí)，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強(qiáng)，完全充電時(shí)若為1倍，則當(dāng)完全放電時(shí)，即會(huì)增強(qiáng)23倍。 (2)特別是使用于冷凍庫(kù)的蓄電池由于放電量大，而使一天的實(shí)際使用時(shí)間顯著減短。白色硫酸鉛化 蓄電池放電，則陰、陽(yáng)極板同時(shí)產(chǎn)生硫酸鉛(PbS04)，若任其持續(xù)放電，不予充電，則最后會(huì)形成安定的白色硫酸鉛結(jié)晶(即使再充電，亦難再恢復(fù)原來的活性物質(zhì))此狀態(tài)稱為白色硫化現(xiàn)象。因?yàn)榈舱f額定容量，都要確定放電電流值，并且也通常約定了放電的終止電壓。一般說來，極板表面的活性物質(zhì)能夠直接和硫酸電解液接觸起反應(yīng)，而極板深處的活性物質(zhì)就不然，以較大的電流放電時(shí)，由于表層生成的硫酸鉛會(huì)堵塞活性物質(zhì)的孔隙，致使極板深層的活性物質(zhì)得不到電解液的及時(shí)補(bǔ)充而中斷反應(yīng)，導(dǎo)致極板越厚，深處極板上活性物質(zhì)反應(yīng)的利用率就越少。所謂極板的孔率是指極板上活性物質(zhì)中孔的總體積與鉛膏的表觀總體積之比的百分?jǐn)?shù)。所謂真實(shí)表面積，也就是能夠與電解液直接接觸的活性物質(zhì)的表面積，它要比按照極板幾何尺寸計(jì)算出來的面積大的多，一方面包括極板的片數(shù)，另一方面還包括極板細(xì)孔的表面積。極板中心距的大小對(duì)電池的容量也有一定的影響，這個(gè)影響可以從兩個(gè)方面來分析，一是要考慮電解液量對(duì)電池容量的影響；二是通過極板中心距的改變影響內(nèi)阻，進(jìn)而影響電池放電時(shí)放出電量的多少。此外，放電電流密度大時(shí)，鉛離子的數(shù)量在電極附近增加很快，使硫酸鉛的過飽和度增大，生成晶粒細(xì)小而又致密的薄層硫酸鉛鹽層，它會(huì)在電解液來不及擴(kuò)散進(jìn)入活性物質(zhì)內(nèi)部時(shí)堵塞孔道，造成電極內(nèi)部活性物質(zhì)更加不易反應(yīng)，利用率更低，放電容量更少。超過終止電壓的容量最多也不能超過總?cè)萘康?0%左右。在鉛酸蓄電池中，硫酸電解液密度的變化直接影響其放電的容量。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年低功耗的閑置和掉電模式P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。石英晶體振蕩和陶瓷振蕩均可采用。10pF。 設(shè)計(jì)方案電壓采樣時(shí)，電路采用分壓形式。Q2與Q3三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)。由于檢查不同種類的蓄電池時(shí)，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(diào)的，該電路中調(diào)節(jié)基準(zhǔn)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。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低；但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。：(1)8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。下面說明各引腳功能。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。ADC0809芯片內(nèi)部沒有時(shí)鐘脈沖源，可以利用單片機(jī)提供的地址鎖存控制輸入信號(hào)ALE，作為ADC0809的時(shí)鐘輸入。 原理圖圖44 A/D接口電路原理圖第5章 軟件設(shè)計(jì) 主要算法 電壓 (51a) (51b)式中： —A／D轉(zhuǎn)換IN1輸入端的8位輸出； —IN1輸入端的模擬電壓值； U —蓄電池的端電壓。每次累加到360000A。(2)設(shè)置A/D中斷。開中斷 SETB IT1 。選通通道1 CLR MOVX DPTR,AAA: POP DPLPOP DPHPOP ACCPOP PSWRERI 數(shù)字顯示程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示方式，LED為共陰極。數(shù)字轉(zhuǎn)換成顯示碼(中間) ADD A,80H 。顯示最后一位 SETB CALL DELAY MOV A,0 MOV P1,A RETLEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H。蓄電池的放電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)化變?yōu)榛瘜W(xué)能的的過程。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中得到了同學(xué)們的幫助，提出了許多寶貴的意見，在這里我要感謝你們的幫助。但鉛酸蓄電池由于其技術(shù)成熟、成本低、安全可靠、跟隨負(fù)荷輸出特性好等優(yōu)點(diǎn)，正成為近期及過渡時(shí)期電動(dòng)車用動(dòng)力源的理想選擇，它克服了燃油汽車尾氣排放造成的大氣污染而被稱為交通工具的綠色能源，因此，對(duì)其容量檢測(cè)方法的探討會(huì)不斷深化，其具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[15]。特別對(duì)于廣大現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師而言，這種需求更顯迫切。顯示最左邊一位八段管SETB CALL DELAYCLR MOV P1,72H 。數(shù)字轉(zhuǎn)換成顯示碼(最高位) MOV 71H,A 。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL MOV DPTR,0BFFFH MOVX A,DPTR 。A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)子程序：。程序流程如圖51所示。 (54)開始上電端電壓調(diào)A/D轉(zhuǎn)換子程序讀入電壓和電流啟動(dòng)主電路顯示出錯(cuò)調(diào)顯示子程序顯示電壓求和運(yùn)算，結(jié)果轉(zhuǎn)換，送顯示RAM調(diào)顯示子程序顯示容量端電壓10報(bào)警閃爍顯示最終容量端電壓1V1V圖51 主程序框圖式中： I為測(cè)量的負(fù)載電流；為單片機(jī)采樣周期(即1ms)。產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)START和地址鎖存控制信號(hào)ALE；。考慮到本次設(shè)計(jì)要求同時(shí)進(jìn)行容量計(jì)算及電壓和容量顯示，因此選用中斷方式。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。(7)低功耗，約15mW。 ADC0809簡(jiǎn)介ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。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。由于U5A為反相放大器，因此其輸出電壓Ub必然升高，從而使Us升高，保證了放電電流的恒定。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補(bǔ)償降低的電壓，使電流基本恒定。第4章 硬件設(shè)計(jì) 采樣電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路對(duì)蓄電池進(jìn)行容量檢測(cè)，需要大電流恒流放電，并且要測(cè)量出電流值，通過積分和累加計(jì)算出蓄電池容量，因此必須有電流取樣電路。對(duì)外接電容CC2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)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。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。RST：復(fù)位輸入。 在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。5個(gè)中斷源 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 第3章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介 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，俗稱單片機(jī)。另外，溫度低時(shí)，硫酸鉛在電解液中的飽和度降低，這就必然造成鉛離子在極板附近的過飽和度增加，形成致密的硫酸鉛層，阻礙活性物質(zhì)與電解液接觸，同樣也導(dǎo)致電池容量降低。終止電壓是根據(jù)實(shí)際需要而定的，一般小電流放電時(shí)，終止電壓高些，大電流放電時(shí)，終止電壓低些。反之，放電電流密度小時(shí)，放電容量增大。但需要注意的是小孔易被堵塞，造成這一部分表面積不能發(fā)揮作用。這是因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)放電后，體積要增加，孔太小時(shí)很容易被堵塞而使活性物質(zhì)不能被充分利用，孔太大時(shí)又會(huì)影響活性物質(zhì)之間的連接，在閥控密封鉛酸蓄電池中，還會(huì)因影響氣體復(fù)合時(shí)的通道而影響氣體的復(fù)合效率。有研究表明：盡管極板越薄，活性物質(zhì)利用率越高，但是當(dāng)極板厚度減薄到2mm以下時(shí)，再減薄極板厚度，活性物質(zhì)利用率也變化不大。但是對(duì)于閥控密封型鉛酸蓄電池，由于氧復(fù)合反應(yīng)的要求，使電池在設(shè)計(jì)之初就要求電池的負(fù)極容量大于正極的容量。通常說影響鉛酸蓄電池容量的因素，都是指對(duì)電池實(shí)際容量的影響。因此，定期性的測(cè)定使用后的比重，以避免過度放電，測(cè)比重的同時(shí)，亦側(cè)電解液的溫度，以20℃所換算出的比重，切勿使其降到80%放電量的數(shù)值以下。 (B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降，蓄電池的5HR容量會(huì)隨蓄電池溫度下降而減少。 蓄電池的容量電動(dòng)車用蓄電池的容量以下列條件表示之： ◎ 電解液比值　　　　　　℃ ◎ 放電電流　　　　　　　5小時(shí)的電流 ◎ 放電終止電壓　　　　　◎ 放電中的電解液溫度　　30177。2H2O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。不能適用于各種規(guī)格的電池以及同一個(gè)電池在不同的使用條件[1]?；瘜W(xué)能隨著使用次數(shù)和使用時(shí)間、儲(chǔ)存時(shí)間而衰減。從電化學(xué)的角度，不能對(duì)于使用者提供更多的內(nèi)部的信息。對(duì)于動(dòng)力蓄電池，蓄電池需要頻繁的充電、放電。電導(dǎo)是頻率的函數(shù)，不同的測(cè)試頻率下有不同的電導(dǎo)值，電池的容量越小，電池電阻越大，電導(dǎo)值越小。原因是多方面的，其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因，有蓄電池電化學(xué)特性的原因，即容量相同的蓄電池的負(fù)載電壓本身具有離散性。但是間隔時(shí)間過長(zhǎng)，兩次核對(duì)之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用了新型的等效的電子負(fù)載，以保證電池組恒流放電。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。 2, measuring dynamic value of voltage, 3, may switch display the battery capacity / voltage。指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間 2008 年3月10日摘 要本設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)