【正文】 原理圖 圖 44 A/D接口電路原理圖 石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 24 第 5 章 軟件設計 主要算法 電壓 255D5U 11s ?? (51a) 8876s R RRRUU ???? (51b) 式中： 1D — A／ D轉(zhuǎn)換 IN1輸入端的 8位輸出； 1sU — IN1輸入端的模擬電壓值； U — 蓄電池的端電壓。 (2)設置 A/D中斷。選通通道 1 CLR MOVX DPTR,A AA: POP DPL POP DPH POP ACC POP PSW RERI 數(shù)字顯示程序設計 本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式， LED 為共陰極。顯示碼填入顯示緩沖 73H CLR CLR CLR 。延時 10us SETB EX1 。如此反復，則能實現(xiàn)容量 Q以 ，進而顯示成。地址選通端分別與三個地址線相連，用于選通 IN0— IN7中的某一通道。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 (5)模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準。 石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 20 數(shù)字顯示電路的設計 設計思路 靜態(tài)顯示亮度高，編程容易，管理也比較簡單，但占用的 I/O口資源較多，為了簡化電路，降低成本，數(shù)字顯示采用動態(tài)顯示方式。 石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 18 原理圖 圖 41 采樣電路原理圖 恒流放電電路的設計 設計思路 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。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 31。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個TTL門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。三級程序存儲器鎖定 雖然低密度的電解液會對電池容量產(chǎn)生不利的影響，但是電解液密度也不能太高，如果電解液密度超過一定限度時，電解液的固有電阻增加，粘度變大，同時電池的自放電也增大，對電池容量反而不利。這種鹽層雖然也遮蓋了電極表面，但是硫酸電解液仍然可以通過它的孔隙擴散到極板深處與活性物質(zhì)接觸、反應，當然能石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 11 夠放出較多的容量。并且鉛酸蓄電池活性物質(zhì)的粒子都很小，因此它們做出的極板的真實表面積要比極板的表觀表面積大幾百到幾千倍。這兩種方式都相當于擴大了電解液擴散的表面積，如果把極板變薄，則相當于減小了擴散的厚度。放電時的溫度高，會提高充電完成時溫度，因此， 將放電終了時的溫度控制在 40℃ 以下為最理想。 蓄電池之容量表示 在容量試驗中，放電率與容量的關(guān)系如下： 5HR....3HR....1HR....嚴禁到達上述電壓時還繼續(xù)放電，放電愈深，電瓶內(nèi)溫會升高 ， 則活性物質(zhì)劣化愈嚴重，進而縮短蓄電池壽命。采用恒流放電技術(shù)，使放電電流基本恒定，對電流和時間進行積分，也就是對放電電流進行求和運算，最終得到放出的容量值。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”。根據(jù)國家有關(guān)電源維護規(guī)程以及蓄電池維護效果要求，電池組荷電容量達不到 80%便應整組淘汰。國家有關(guān)電源維護規(guī)程中的核對放電試驗目前仍是唯一被公認的測試剩余容量的最有效方法，它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時刻能否發(fā)揮作用，確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。務必使試驗溫度保持在標準要求范圍內(nèi)，才能減少系統(tǒng)誤差，得出精確數(shù)據(jù)，真實反映產(chǎn)品的質(zhì)量水平。 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的準確。通過測量電解液的密度可判斷蓄電池的充放電程度。 四、應收集的資料及參考文獻 51 單片機方面的知識及其接口技術(shù)。 實時顯示電池容量 （安時） 。 近年來，鉛酸蓄電池技術(shù)不斷發(fā)展，產(chǎn)品日臻成熟。過程繁瑣，所以這種方法用得較少。隨著鉛酸蓄電池的廣泛應用，如何精確檢測蓄電池容量成為廣大用戶極為關(guān)注的問題。 (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。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。 快速容量測試技術(shù)的難點分析 針對目前的實際情況，就蓄電池制造廠家、蓄電池測試技術(shù)研究機構(gòu)，以及廣大蓄電池維護人員而言，都在積極探索一種快速、準確、可靠、安全的蓄電池測試技術(shù)。而且，對于蓄 電池組，使用時間越長，蓄電池個體之間的差異性和離散性越大，會出現(xiàn)兩極分化。經(jīng)由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。 放電量與比重 蓄電池之電解液比重幾乎與放電量成比例。 蓄電池生產(chǎn)工藝對電池容量的影響 活性物質(zhì)量的多少是影響鉛酸蓄電池容量的主要因素，一個電池活性物質(zhì)的量確定以后，因為電解液硫酸的量通常是夠用的，因此它的理論容量也就確定了，其他因素對容量的影響，就是對活性物質(zhì)利用率的影響了?；钚晕镔|(zhì)的孔率決定于鉛膏的視比重及涂板時的壓板操作，鉛膏視比重小，壓板時壓力小，則孔率大，反之則孔率小。而在當今比較流行的閥控密封型鉛酸蓄電池的設計原則中，不僅不允許有游離態(tài)的電解液存在，還要求電池隔板中的酸液量不能夠飽和，必須留下 5%～ 10%的孔來作為氧復合的通道。 電解液溫度對鉛酸蓄電池在一定放電率和終止電壓條件下可供給的容量值有很大的影響，電解液溫度升高，放電容量增加；溫度降低，放電容量減小。 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 [5]。 P0口： P0口為一個 8位漏級開 路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。 P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) 0INT (外部中斷 0) 1INT (外部中斷 1) T0(記時器 0外部輸入 ) T1(記時器 1外部輸入 ) WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 原理圖 圖 42b 恒流放電電 路原理圖 工作原理 若由于輸入電壓 Ei的減小而使負載電流減小，則取樣電壓必然減小，從而使取樣電壓 Us與基準電壓 E的差值 (Us— E)減小。 AT89C51單片機內(nèi)無 A/D 轉(zhuǎn)換器，要外接 A/D，這里選用 8 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。采用中斷方式不浪費 CPU的等待時間，但如果 A/D 轉(zhuǎn)換時間較短，也可以用程序查詢方式和等待延時方式。 積分運算是通過求和 運算來實現(xiàn)的。 程序框圖如圖 52 所示 [14]。, 為三位數(shù)碼管的控制位 DISPLAYLED: MOV A,51H MOV DPTR,LEDMAP MOVC A,A+DPTR 。顯示碼填入顯示緩沖 71H MOV A,52H MOV DPTR,LEDMAP 開始 查表顯示碼送緩沖 輸出段碼數(shù)據(jù) 置 ，選通第二位數(shù)碼管 置 為高，選通一位數(shù)碼管 關(guān)所有數(shù)碼管 延時 關(guān)數(shù)碼管 輸出段碼數(shù)據(jù) 延時 置 ，選通第三位數(shù)碼管 關(guān)數(shù)碼管 輸出段碼數(shù)據(jù) 延時 返回 圖 53 3位數(shù)碼管顯示子程序框圖 石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 30 MOVC A,A+DPTR 。轉(zhuǎn)換結(jié)果存入 60H,61H ADST: PUSH ACC SETB EA 。 開始 上電 端電壓 調(diào) A/D 轉(zhuǎn)換 子程序讀入電壓和電流 啟動主電路 顯示出錯 調(diào)顯示子程序顯示電壓 求和運算，結(jié)果轉(zhuǎn)換，送顯示 RAM 調(diào)顯示子程序顯示容量 端電壓 1 0 報警閃爍顯示最終容量 端電壓 1V 1V 圖 51 主程序框圖 石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 26 容量顯示的最小單元為 ， t? =1ms=1/3600000h；當 ?I =360000A時，Q=。 ADC0809 與單片機 AT89C51 的接口電路，如圖 44 所示。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 個單段 模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。恒流過程表示為： Ei↓→ IL↓→ US↓→ (Us— E)↓→ Ub=K(US— E)↑ → Us↑。電流采樣電路為大電流放電電路，因此放電回路上的電阻應為大功率電阻，其他器件也要符合大功率和大電流的要求；需要對電池放電進行自動控制，放電到 ，顯示閃爍最后數(shù)據(jù)，因此要有放電控制電路；系統(tǒng)要求實時電壓顯示，因此必須有電壓取樣電路。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。與 MCS51兼容 溫度低時，電解液粘度增大，離子運動受到較大阻力，電解液擴散能力降低，濃差 極化急劇增加；同時溫度低時，電解液的歐姆電阻也增大，導致電化學極化和歐姆極化也增加，容量同樣減小。 蓄電池使用時的因素對電池容量的影響 對于同種規(guī)格和數(shù)量的極板制成的蓄電池來說，放電電流密度大時，放電容量減小。需要注意的是，不僅要注意孔率，還要注意孔的大小及其分布。一般情況下，在常溫及放電電流不太大時，電池的實際容量都受正極容量的限制，在低溫及放電電流比較大時，電池容量通常受負極容量控制。 測定鉛蓄電池之電解液比重為得知放電量的最佳方式。 充電中的化學變化 由于放電時在陽極板，陰極板 上所產(chǎn)生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸 ，石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 6 鉛及過氧化鉛，因此電池內(nèi)電解液的濃度逐漸增加 ,亦即電解液之比重上升，并逐漸回復到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質(zhì)時，即等于充電結(jié)束，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽極板則產(chǎn)生氧，充電到最后階段時，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會減少，此時應以純水補充之。一般來說，不能使用線性元器件或者其任意的組合來等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。遺憾的是，蓄電池是實現(xiàn)化學與電能之間轉(zhuǎn)換的一種非常復雜的裝置。從測試技術(shù)分為交流法和直流法，使用95%以上的電導 (內(nèi)阻 )測量儀屬于交流法。由于蓄電池的內(nèi)部化學反應不是完全可逆的。2℃ 的水浴中”，由此可見，標準對于試驗溫度的要求 25177。 通過放電方法測試電池容量 ， 測量放電電流，電流與時間積分為安時。閥控電池、膠體電池等作為備用電源、大型儲備電源的核心部件，其生產(chǎn)已成為國民經(jīng)濟發(fā)展中重要的基礎性產(chǎn)業(yè)。 測量結(jié)束后有報警提示 。 實時測量電壓，放電到 ，顯示閃 爍最后數(shù)據(jù)。 二、國內(nèi)外研究 現(xiàn)狀 目前，蓄電池剩余容量的檢測方法很多，如檢測電解液密度法、高電率放電法、濕度法、利用蓄電池阻抗法等。 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。 2℃ 的要求，第一，只有在相同的環(huán)境條件下的試驗結(jié)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(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。我們會面臨兩難的選擇。電導法能準確查出完全失效的電池，根據(jù)大量的實驗分析及研究結(jié)果證明，電池的容量只有降低到 50%時，內(nèi)阻或者電導會有所變化，降低到 40%以后，會有明顯變化，所以，根據(jù)電池電導值或者內(nèi)阻值，可以在一定程度上確定電池的性能。對它進行快速準確的容量測試是非常困難的。 容量測試技術(shù)解決的方向 基于蓄電池本身的性能和技術(shù)特點，必須保留核對放電技術(shù)，它可以定量測試，是其他測試技術(shù)的基礎。 (3)放電時，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強，完全充電時若為 1倍，則當完全放電時，即會增強 23倍。 白色硫酸鉛化 蓄電池放電，則陰、陽極板同時產(chǎn)生硫酸鉛 (PbS04)，若任其持續(xù)放電，不予充電，則最后會形成安定的白色硫酸鉛結(jié)晶 (即使再充電，亦難再恢復原來的活性物質(zhì) )石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 8