【文章內(nèi)容簡介】 等等。這些場合都是要求蓄電池的要求很高的，要求它的運行絕對可靠，這樣一來就對蓄電池的檢測和維護提出了很高的要求。如果這些領(lǐng)域在蓄電池方面出現(xiàn)了故障，沒有及時發(fā)現(xiàn)和解除，那么造成的嚴重后果是無法估量的。因此蓄電池檢測儀表對蓄電池的正常運行，提高蓄電池的使用壽命，減少應(yīng)用領(lǐng)域事故發(fā)生，降低財產(chǎn)損失有著重要的意義，應(yīng)用前景廣闊。第二章 芯片部分的介紹 單片機 AT89C51選用 AT89C51 單片機作為電路控制的核心。AT89C51 是一種低功耗/低電壓、功能強、靈活性高且價格合理的 8 位單片機。片內(nèi)有 128 B 的 RAM 數(shù)據(jù)存儲器,4 KB 的 ROM 程序存儲器,4 個 I/O 口,1 個串口,2 個定時/計數(shù)器,5 個中斷源,無內(nèi)置看門狗,也無 A/D 轉(zhuǎn)換。根據(jù)在片外擴展 A/D 轉(zhuǎn)換接口。引腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。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。P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。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。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 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(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。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） /INT0（外部中斷0） /INT1（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。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX ，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP） 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)器件，XTAL2 應(yīng)不接。由于輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。下圖 2 為單片機 89C51 的引腳圖：圖 2 AT89C51 的引腳圖 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC549TLC549 基本參數(shù) CMOS 技術(shù)，8 位轉(zhuǎn)換結(jié)果，與微處理器或外圍設(shè)備接口，差分基準電壓輸入，轉(zhuǎn)換時間：最大 17us，每秒訪問和轉(zhuǎn)換次數(shù)：達到 40000，片上軟件控制采樣和保持功能，全部非校準誤差，寬電壓供電，3～6V 。封裝及引腳簡單，低功耗：最大15mW，5V 供電時輸入范圍：0～5V，輸入輸出完全兼容 TTL 和 CMOS 電路，全部非校準誤差，工作溫度范圍：0℃～70℃（TLC549） 、40℃～85℃（TLC549I） 。TLC549 引腳圖如下圖 3：圖 3 TLC549 的引腳圖TLC549 內(nèi)部含有系統(tǒng)時鐘。當(dāng) CS 為高時，數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時 I/O CLOCK 不起。這種控制作用允許用多片 TLC549 時，共用 I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D 并用是的 I/O 控制端口。一組通常的控制時序為:(1)將/CS 置低。內(nèi)部電路在測得/CS 下降沿后，再等待兩個內(nèi)部時鐘上升沿和一個下降沿后，然后確認這一變化，最后自動將前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)輸出到 DATA OUT端上。(2)前四個 I/O CLOCK 周期的下降沿依次移出第 2，3，4 和第 5 個位(D6，DS，D4，D3)，片上采樣保持電路在第 4 個 I/O CLOCK 下降沿開始采樣模擬輸入。(3)接下來的 3 個 I/O CLOCK 周期的下降沿將移出第 6，7，8(D2，Dl，D9)個轉(zhuǎn)移位。(4)最后一片上采樣保持電路在第 8 個 I/O CLOCK 周期下降沿將移出第6，7，8(D2，D1，D0) 個轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù) 4 個內(nèi)部時鐘周期，然后開始進行 32 個內(nèi)部始終周期的 A/D 轉(zhuǎn)換。第 8 個 I/O CLOCK 后，/CS 必須為高，或 I/O CLOCK 保持一個低電平，這種狀態(tài)需要維持 36 個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。 溫度傳感器 DS18B20DS18B20 數(shù)字溫度計是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。（1）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。（2）在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。（3）實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。（4）測量溫度范圍在－55。C到＋125。C之間。（5）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。（6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見底視圖，其引腳功能描述見表1。底視圖表1 DS18B20詳細引腳功能描述序號 名稱 引腳功能描述1 GND 地信號2 DQ 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3 VDD 可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 的復(fù)位時序圖 4 DS10B20 的復(fù)位時序圖 的讀時序?qū)τ贒S18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。圖 5 DS18B20 的讀時序圖 的寫時序?qū)τ贒S18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。圖 6 DS18B20 的寫時序圖第三章 設(shè)計的主要框架 在線監(jiān)測的主要任務(wù)鉛酸蓄電池檢測系統(tǒng)是能夠?qū)崟r在線檢測蓄電池的端電壓，電解液溫度、電流，并能估算蓄電池的剩余電量。鉛酸蓄電池檢測系統(tǒng)由三個大部分組成:檢測模塊，用以測量單個蓄電池的端電壓，電解液溫度，電流等參數(shù)。上位機模塊，用于人機交互作用，可以根據(jù)人為的操作來完成某項具體任務(wù)。通信模塊，由于電池所處環(huán)境惡劣的特殊性，從機和主機常常是分離的，它們之間的數(shù)據(jù)交換靠通信來完成。測量模塊主要有以下幾部分:溫度傳感器，是能夠感知環(huán)境溫度的一種器件，把鉛酸蓄電池的電解液溫度轉(zhuǎn)化為電量，以方便計算機的檢測。電流測量，測量鉛酸蓄電池的電流，電壓測量，測量鉛酸蓄電池的端電壓。LCD 顯示模塊，可以把測量模塊測量出來的數(shù)據(jù)直接顯示出來，方便進行系統(tǒng)維護和管理。同時 LED 顯示模塊所顯示的數(shù)據(jù)可以通過按鍵進行切換。并且直接把測量所的數(shù)據(jù)輸入上位機。我們設(shè)計的系統(tǒng)要滿足系統(tǒng)的需要，要求系統(tǒng)要足夠的穩(wěn)定和可靠，可以在相對惡劣的環(huán)境中正常運行。因此我們設(shè)計的系統(tǒng)，應(yīng)用運行穩(wěn)定的配件，數(shù)據(jù)。由上述目前鉛蓄電池的測量方法可以知道本畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是測量蓄電池的溫度，電流，電壓。通過這三個量的測量來對蓄電池進行在線監(jiān)測。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計單片機要想工作必須要在 XTAL1 和 XTAL2 端口加晶振電路，單片機工作速度也是由晶振電路決定的。典型的晶振電路如下圖所示。圖 7 晶振電路 圖 8 微分型復(fù)位電路在晶振電路中，電路中電容 C3 和 C4 對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍30177。10pF；石英晶體選擇 6MHz 或 12MHz 都可以。其結(jié)果只是機器周期時間不同，影響記數(shù)器的記數(shù)初值和運算速度。單片機最小系統(tǒng)包括晶振電路、復(fù)位電路、電源、接地。晶振電路已經(jīng)在上一節(jié)介紹了，下面簡單介紹下復(fù)位電路、電源、接地。(1) 復(fù)位電路論文采用微分型復(fù)位電路，電路圖如圖 8 所示。工作原理：高電平為例，電源上電時，V CC 可以認為一階躍信號復(fù)位端電壓是由于下拉電阻 R1 在 CPU 復(fù)位端引起的電壓值，一般為 以下。但在實際應(yīng)用中，V CC 不可能為理想的階躍信號。其主要原因有兩點：（1）穩(wěn)壓電源的輸出開關(guān)特性；（2）我們通常在設(shè)計電路時，為保證電源電壓穩(wěn)定性，往往在電源的輸入端并聯(lián)一個大電容，從而導(dǎo)致了 VCC 不可能為階躍信號特征。從而影響了的復(fù)位電壓的復(fù)位特性。(2) 電源、接地單片機 AT89C51 所選用的是+5V 的電源，可直接由穩(wěn)壓電源提供，接地直接接GND。(3) 單片機最小系統(tǒng)由以上晶振電路、復(fù)位電路、電源、接地即可組成單片機最小系統(tǒng)如圖 9 所示。圖 9 單片機最小系統(tǒng) 系統(tǒng)框圖由于電池檢測的特殊性，因此要求檢測系統(tǒng)的體積相對比較小，結(jié)構(gòu)比較簡單，方便安裝調(diào)試和維護，如下圖 10 所示，電池的三個檢測參數(shù)，電池的電壓，電流，以及溫度分別被檢測后輸入到主控制器，由主控制器送到 LCD 進行數(shù)據(jù)顯示留出的數(shù)據(jù)輸出端口用于連接上位機。圖 10 系統(tǒng)框圖第四章 系統(tǒng)采樣部分電路設(shè)計 電壓采集部分蓄電池的電壓采集電路如下圖 11 經(jīng)精密電阻 R6，R7 分壓后由電容 C12 濾波，然后送入 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換集成電路 TLC549 的模擬信號輸入端 AIN 進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓的數(shù)字量通過 TLC549 的 DOUT 送入單片機 AT89C51 的 腳，并由單片機的 、 控制 TLC549 的讀寫， 提供片選信號， 提供時鐘信號，TLC549 的基準電壓 VREF接+5 伏，REF接地，通過單片機 AT89C51 計算后得到蓄電池的實際電壓，送入 LCD 進行顯示。本文選擇的檢測方法和常用幾種方法的對比如下表 2，如果選用隔離運放和繼電器的方法進行電壓檢測，繼電器電壓范圍寬，但是價格比較高，不適合我們的多系統(tǒng)，因為我們檢測下位機可能要每節(jié)蓄電池中放置一個，同理隔離運放的價格相對更高，并且繼電器檢測不適合高速檢測，因此我們只能采用光藕或者是電阻分壓的方式，因為我們