【導(dǎo)讀】鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)最有發(fā)展前。近年來，鉛酸蓄電池技術(shù)不斷發(fā)展，產(chǎn)品日臻成熟。起動電池結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化升級，免維護。生產(chǎn)國起到重要支撐作用。鉛酸蓄電池行業(yè)大有可為。隨著鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用，如何判定蓄電池的容量成為廣大用戶極為關(guān)注的問題。由于電解液擴散速度較慢，在充電或放電后較長時間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。高電率放電法是通過測量大負(fù)荷下的端電壓來判斷蓄電池的剩余容量。池，因其電能消耗大，有一定危險。但濕度傳感器目前尚無應(yīng)用實例。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。顯示方便、直觀、價格低廉。

　　

【正文】 電壓 Us與基準(zhǔn)電壓 E的差值 (Us— E)減小。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。恒流過程表示為： Ei↓→ IL↓→ US↓→ (Us— E)↓→ Ub=K(US— E)↑ → Us↑。 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(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。 電路元器件的參數(shù) [9]: RL ： (Emin3)/IL，其中 Emin為蓄電池的 放電終止電壓， IL為放電電流。 蓄電池的終止電壓為 ， IL為 ，取 RL=2Ω。 RS： ； R1： ； R2： 1K； R3： 16K； R4： 1K； R5： 100K； R6： 1K。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 20 數(shù)字顯示電路的設(shè)計 設(shè)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。所謂動態(tài)顯示，就是單片機定時地對顯示器件掃描。在這種方法中，顯示器件分時工作，每次只能有一個器件顯示。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。這種顯示方法的優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低；但占用機時多，只要單片機不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。動態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān) [10]。 設(shè)計方案 圖 43為 89C51單片機和三位共陰極顯示器的接口電路。 89C51的 、 、 口作為掃描口，經(jīng)反相驅(qū)動器 7406接顯示器公共陰極； P1口作為段數(shù)據(jù)口，接顯示器的各個陽極。 原理圖 圖 43 數(shù)字顯示電路原理圖 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 21 A／ D 接口電路的設(shè)計 設(shè)計思路 本設(shè)計要進(jìn)行電壓采樣和電流采樣，因此涉及到 A/D 轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。 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。 ADC0809 簡介 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 。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(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ： (1)8 路 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位。 (2)具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 (3)轉(zhuǎn)換時間為 100μs。 (4)單個 ＋ 5V 電源供電 。 (5)模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 (6)工作溫度范圍為 40～＋ 85℃ 。 (7)低功耗，約 15mW。 ： ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位 開關(guān)樹型 D/A 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 (引腳功能 )： ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說明各引腳功能。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 21～ 28： 8 位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 。 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平 (轉(zhuǎn)換期間一直為低電平 )。 OE：數(shù)據(jù)輸出允 許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率 范圍是 101280kHz。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 22 REF(+)、 REF()：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 GND：地。 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。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng) OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上 [11]。 設(shè)計方案 ADC0809 與單片機的硬件接口方式有：查詢方式、中斷方式和等待延時方式。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。考慮到本次設(shè)計要求同時進(jìn)行容量計算及電壓和容量顯示，因此選用中斷方式。 ADC0809 與單片機 AT89C51 的接口電路，如圖 44 所示。 ADC0809 芯片內(nèi) 部沒有時鐘脈沖源，可以利用單片機提供的地址鎖存控制輸入信號 ALE，作為 ADC0809的時鐘輸入。 ALE 端信號的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6。 AT89C51 單片機的時鐘頻率是 6MHz，則 ALE 端輸出信號的頻率為 1MHz，符合 ADC0809 對時鐘頻率的要求。由于 ADC0809 具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，其 8 位數(shù)據(jù)輸出端可直接與數(shù)據(jù)總線相連。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。 ADC0809 作為單片機的一個外部擴展并行 I/O 口，口地址為 BFFFH。 與 WR相或非，產(chǎn)生啟動信號 START 和地址鎖存控制信號 ALE； 與 RD 相或非產(chǎn)生輸出允許控制信號 OE。 OE 為高電平時，打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，將轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換 [12]。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 23 原理圖 圖 44 A/D 接口電路原理圖 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 24 第 5 章 軟件設(shè)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。 電流 255D5U 22s ?? (52a) s2s RUI? (52b) 式中： 2D — A／ D轉(zhuǎn)換 IN0輸入端的 8位輸出； 2sU — IN0輸入端的模擬電壓值； I — 蓄電池放電的電流值。 容量 蓄電池作為備用電源廣泛用于電力、通訊、電子設(shè)備等行業(yè)。在使用過程中人們需要了解蓄電池的實際容量，蓄電池的容量 Q是以 “ Ah” 為單位來計量的。 Q=?t0 Idt (53) 式中： I— — 電池的放電電流； t—— 電池的放電時間。 積分運算是通過求和運算來實現(xiàn)的。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 25 tIQ ???? (54) 式中： I為測量的負(fù)載電流； t? 為單片機采樣周期 (即 1ms)。 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(xué)院畢業(yè)設(shè)計 26 容量顯示的最小單元為 ， t? =1ms=1/3600000h；當(dāng) ?I =360000A時，Q=。 ?I 每次累加到 360000A，則容量 Q加上 。 由于數(shù)據(jù)存儲器的容量問題，將 ?I 累加值的高八位存入 82H，低八位存入 81H。當(dāng) ?I =36000時， 83H為 1，然后 82H， 83H的數(shù)據(jù)清零。當(dāng) ?I 再次累加到 36000時，83H的數(shù)據(jù)加 1，當(dāng) 83H的數(shù)據(jù)為 10時，即證明已經(jīng)加了 10次， ?I 的值已經(jīng)為 360000A，則容量 Q應(yīng)加上 。如此反復(fù)，則能實現(xiàn)容量 Q以 ，進(jìn)而顯示成。 主程序設(shè)計 首先將程序所需用的 A／ D轉(zhuǎn)換、 Ah計算、 Ah累加及十進(jìn) 制 (BCD)碼轉(zhuǎn)換、顯示制成模塊，確定其出口條件和入口條件，以方便調(diào)用。程序流程如圖 51所示。 開始 初始化 啟動 AD AD 轉(zhuǎn)換完 數(shù)據(jù)輸出 清標(biāo)志位 否 是 開中斷 中斷入口 讀 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 置讀數(shù)標(biāo)志位 中斷返回 返回 圖 52 A/D 轉(zhuǎn)換子程序和中斷服務(wù)程序 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 27 A／ D 轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計 A/D功能模塊分 6步驟完成 [13]： (1)設(shè)置 A/D功能模塊： 選擇模擬輸入口、參考電壓源、 數(shù)字輸出； 選擇 A/D輸入通道； 選擇 A/D轉(zhuǎn)換時鐘，選用外部時鐘。 (2)設(shè)置 A/D中斷。 (3)等待 A/D采樣完成 (等待 1個 tAD時間 )。 (4)啟動 A/D轉(zhuǎn)換。 (5)等待 A/D轉(zhuǎn)換完成。 (6)讀 A/D結(jié)果寄存器。 程序框圖如圖 52 所示 [14]。 A/D 轉(zhuǎn)換啟動子程序： 。轉(zhuǎn)換結(jié)果存入 60H,61H ADST: PUSH ACC SETB EA 。開中斷 SETB IT1 。外中斷 1 定義為跳變觸發(fā) MOV DPTR,87FFH 。選通通道 0 SETB MOV @DPTR,A 。啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 NOP NOP NOP NOP NOP 。延時 10us SETB EX1 。開外中斷 1 POP ACC RET A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷處理程序： ADINT1: PUSH PSW 。保護現(xiàn)場 PUSH ACC PUSH DPH 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 28 PUSH DPL MOV DPTR,0BFFFH MOVX A,@DPTR 。讀 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 JB ,IN0 MOV 61H,A SJMP AA IN0: MOV 60H,A MOV DPTR,0A7FFH 。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(shè)計 本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式， LED 為共陰極。 表 51 共陰極七段 LED 顯示字型編碼表 顯示字符 共陰極段選碼 顯示字符 共陰極段選碼 0 3FH B 7CH 1 06H C 39H 2 5BH D 5EH 3 4FH E 79H 4 66H F 71H 5 6DH P 73H 6 7DH U 3EH 7 07H R 31H 8 6FH Y 6EH 9 6FH 8. FFH A 77H 不顯示 00H 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 29 程序框圖如圖 53。 數(shù)字顯示子程序： 。51H,52H,53H 中為待顯示的十進(jìn)制數(shù) 。71H,72H,73H 中為查表得到的顯示碼 。, 為三位數(shù)碼管的控制位 DISPLAYLED: MOV A,51H MOV DPTR,LEDMAP MOVC A,@A+DPTR 。數(shù)字轉(zhuǎn)換成顯 示碼 (最高位 ) MOV 71H,A 。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 為高，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 為高，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(xué)院畢業(yè)設(shè)計 30 MOVC A,@A+DPTR 。數(shù)字轉(zhuǎn)換成顯示碼 (中間 ) ADD A,80H 。顯示小數(shù)點 MOV 72H,A 。顯示碼填入顯示緩沖 72H MOV A,53H MOV DPTR,LEDMAP MOVC A,@A+DPTR 。數(shù)字轉(zhuǎn)換成顯示碼 (最低位 ) MOV 73H,A 。顯示碼填入顯示緩沖 73H CLR CLR CLR 。關(guān)所有數(shù)碼管 MOV P