【導讀】蓄電池作為電力系統(tǒng)的后備電源，其維護工作對保證電力系統(tǒng)的安全運行具有重要的意義，對蓄電池實施在線監(jiān)測并及時發(fā)現(xiàn)失效蓄電池，是蓄電池維護工作的重中之重，本課題的主要任務就是重新設計一種新型蓄電池在線智能監(jiān)測儀，能實現(xiàn)對蓄電池無論在浮充狀態(tài)還是在充放電過程中的狀態(tài)監(jiān)測。該監(jiān)測系統(tǒng)是以AT89C52單片機為核心，其芯片是采用CMOS工藝以及面向寄存器結構的單片機。本系統(tǒng)可以測量10路或20路蓄電池端電壓、蓄電池端電壓、蓄電池溫度、充放電電流等，數(shù)據(jù)采集電路采用模塊化設計，可根據(jù)蓄電池個數(shù)確定模塊數(shù)量，每個模塊可測量一組，對測量的值采用慣性濾波法和積分、微分等控制理論進行濾波和校準。該系統(tǒng)采用了大連東臺電子有限公司生產(chǎn)的EDMl2864-09圖形點陣液晶顯示模塊，能直觀了解失效的蓄電池信息。新的蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)自動化程度高、人機界面友好，又易于操作，并且整體結構可靠性好，精度高，具有很高的推廣使用價值。

　　

【正文】 ，包括序列號的讀取、尋址和搜索等。暫存器命令是對DSl8B20中便箋式存儲器的相關操作，包括溫度的轉換、讀取、上下限值的操作等。DSl8B20若想實現(xiàn)某一動作，需ROM命令和暫存器命令的配合使用。該測溫程序的流程如圖46所示。開始設置程序入口設置定時入口初始化DS18B20N判斷DS18B20是否存在?Y延時溫度轉換初始化DS18B20N判斷DS18B20是否存在?Y延時溫度讀取將溫度四舍五入后保存將溫度轉換成BCD碼返回圖46 測溫程序流程圖在芯片選擇CS無效情況下，TLCl549的最初被禁止且DATA OUT處于高阻狀態(tài)。當串行接口把CS拉至有效時，轉換時序開始允許I/O CLOCK工作，并使DATA OUT脫離高阻狀態(tài)，串行接口然后把I/O CLOCK序列提供給I/O CLOCK，并從DATA OUT接收前次轉換的結果。I/O CLOCK從單片機接口接收長度在10和16個時鐘之間的輸入序列。開始10個I/O時鐘提供采樣模擬輸入的控制時序。在CS下降沿前次轉換的MSB出現(xiàn)在DATA OUT端。10位數(shù)據(jù)通過DATA OUT被發(fā)送到單片機的接口。為了開始轉換，最少需要lO個時鐘脈沖。如果I/O CLOCK傳送大于10個時鐘長度，那么在10個時鐘的下降沿內(nèi)部邏輯把DATA OUT拉至低電平，以確保其余位的值為零。在正常進行的轉換周期內(nèi)，規(guī)定時間內(nèi)CS端高電平至低電平的跳變可終止該周期，器件返回初始狀態(tài)(輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容保持為前次轉換結果。A/D轉換的程序流程圖如圖47所示。開始選通A/D轉換器輸出10個I/O脈沖，延時輸出轉換結果高2位，保存在R6中。輸出轉換結果低8位，保存在R7中。返回 圖47 A/D轉換流程圖 控制程序設計當測量程序得到端電壓UiUi2。晶體管導通時電壓Uc、電流II2經(jīng)A/D轉換器轉換后的數(shù)字量后，計算程序將按照一定的算法完成蓄電池電動勢和內(nèi)阻的計算，這也是體現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的原理的地方。因根據(jù)實際情況設計的數(shù)據(jù)結構為雙字節(jié)，所以計算程序中處理的數(shù)據(jù)基本上都是雙字節(jié)的，雖然雙字節(jié)乘法的結果應為四字節(jié)，但是考慮到實際量的范圍，在此計算程序中數(shù)據(jù)不會超過雙字節(jié)。在程序中要用到一般的運算，像加、減、乘、除。這些程序都很簡單。計算程序流程圖如圖48所示。開始取出R的值調(diào)用除法程序，計算I21=Uc/R調(diào)用減法程序，計算I22=I21I21調(diào)用減法程序，計算I1I22調(diào)用減法程序，計算Ui1Ui2調(diào)用除法程序，計算Ri=(Ui1Ui2)/(I1I22)調(diào)用乘法和減法程序，計算Ei=Ui1I1*Ri保存計算的結果返回圖48 計算程序流程圖 顯示程序設計顯示程序的設計主要是對EDMl286409液晶顯示模塊的編程。首先要對液晶模塊進行初始化，然后才可以顯示。在隨后的顯示中將不再進行初始化。系統(tǒng)使用時若不進行任何操作，默認顯示第一路的狀態(tài)，要觀察其他路的狀態(tài)通過鍵盤操作完成。顯示哪一路狀態(tài)是通過判斷一個標志位確定的。若是出現(xiàn)不正常情況報警時，將顯示不正常的那一路狀態(tài)。并在屏幕右上角顯示報警。若是系統(tǒng)在通訊狀態(tài)，在屏幕上也將顯示。報警和通訊顯示都是通過判斷報警標志位和通訊標志位是否置位才進行操作的。開始該系統(tǒng)的液晶顯示屏上要求顯示蓄電池的路號，端電壓，電動勢，蓄電池溫度，充放電電流等信息。這些項目是固定顯示的，而所顯示的數(shù)字信息則是按一定周期刷新的。當系統(tǒng)進入設定狀態(tài)時，屏幕的下方會出現(xiàn)相應的設置信息畫面。系統(tǒng)使用時若不進行任何操作，默認顯示第一路的狀態(tài)；要觀察其他路蓄電池的狀態(tài)可通過鍵盤操作完成。顯示哪一路狀態(tài)是通過判斷一個標志位確定的。若是出現(xiàn)報警時，將顯示報警的那一路蓄電池的狀態(tài)，并在屏幕右上角顯示報警。若系統(tǒng)處于通訊狀態(tài)，在屏幕上也有所顯示。報警和通訊顯示是通過判斷報警標志位和通訊標志位來進行操作的。根據(jù)液晶模塊的指令可完成對它的編程。顯示程序流程圖如圖49所示。開始Y顯示初始化標志位為1?N液晶模塊初始化設置置顯示初始化標志位狀態(tài)顯示標志位為1?NYY顯示標志位為1?將靜態(tài)顯示內(nèi)容寫到顯示緩沖區(qū)N置顯示標志位標志位顯示動態(tài)數(shù)據(jù)判斷各顯示畫面標志位，進行相應的顯示返回圖49 顯示程序流程圖 通訊程序設計該蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)要求可以與上位機實現(xiàn)通訊。單片機有4種串行通訊方式。在蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)中選擇使用方式3，串行口控制器SCON來設置。方式3是11位異步收發(fā)，波特率由定時器l控制，在使用前要設置波特率，而且方式3適用于多機通訊。在方式3下，通訊時的串行幀格式為：l位起始位，8位數(shù)據(jù)位，l位可編程的低9位，1個停止位。在單片機與上位機通訊時，要遵循一定的通訊協(xié)議。通訊協(xié)議中要規(guī)定幀格式、波特率、數(shù)據(jù)差錯檢查、聯(lián)絡信號等。當通訊協(xié)議選擇好后，通訊雙方都要遵守協(xié)議。蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)的通訊主要是由中斷引發(fā)，但是由于系統(tǒng)的重點在于對蓄電池的狀態(tài)監(jiān)測，因而不能在中斷程序中完成所有的事情，通訊程序則設計為當上位機發(fā)數(shù)據(jù)時，單片機響應中斷并在中斷程序中接收數(shù)據(jù)，但不馬上進行處理，在主程序中判斷是否接受了數(shù)據(jù)，若接收到數(shù)據(jù)，再進行相應的處理。通訊程序流程圖及中斷服務程序如圖410所示。開始N是否接受了數(shù)據(jù)?Y判斷命令內(nèi)容，完成相應操作清除接受標志位(a)主程序流程開始保護現(xiàn)場接受地址符合本機地址?接受字符，并放入緩沖區(qū)，置通訊標志位內(nèi)回送本機地址恢復現(xiàn)場置接受標志位，清除通訊標志位接受完數(shù)據(jù)？開始NYNY (b)中斷服務程序流程圖 本章小結本設計的軟件設計部分也采用了功能模塊化設計方法，為硬件電路設計了相應的子程序。次設計的優(yōu)點是方便在主程序中進行調(diào)用，大大地增強了程序的可讀性，降低了調(diào)試的難度，使程序變得更加易于維護和擴展。由于子電路和子程序是相對應的，所以，很好的實現(xiàn)了系統(tǒng)軟硬件之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。第5章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試在設計完成后，必須進行系統(tǒng)的硬件及軟件調(diào)試，修改設計中的錯誤。調(diào)試應針對所設計的系統(tǒng)的自身特點。 系統(tǒng)調(diào)試 電路集成硬件調(diào)試主要是針對電路中各元器件的設計缺陷、連接錯誤和器件故障進行排除。本設計中主要硬件調(diào)試內(nèi)容如下：(1) 檢查各元件的實際封裝和設計時PCB板中的封裝是否一致，一致則連接線路，如不一致則需要修改電路或重新選擇器件。(2) 確認各電源部分大小和元器件的規(guī)格說明相符，如高于元器件額定電壓，則需要加裝穩(wěn)壓管。并且注意電源的正負極位置，以防電源短路和錯接極性。(3) 連接電路時，核對元器件型號、規(guī)格和安裝是否符合。對照圖紙確認電路連接正確，對出現(xiàn)的錯誤進行及時修正。(4) 檢查各元件的電氣功能是否正常。焊板通電后用萬用表電壓檔測量各元件引腳的電壓數(shù)據(jù)是否正確。然后斷開電源，接上單片機、傳感器和其它各單元器件，再次通電，查看各元件運行狀況。對各芯片輸以電平，查看其輸出電平確認邏輯關系正確性。(5) 設計中單片機使用上電復位電路。有時電容值過小會造成復位時間太短，出現(xiàn)無法正常復位的現(xiàn)象，在實際接線過程中檢查電容大小是否足夠，出現(xiàn)上述情況則改變電容大小。 軟件調(diào)試軟件調(diào)試并非用實際調(diào)試，而是在仿真軟件上進行模擬調(diào)試。軟件開發(fā)環(huán)境： 。利用該軟件可以對程序進行編譯，改錯和調(diào)試，該軟件的模擬調(diào)試器支持單片機匯編語言源代碼調(diào)試，其匯編程序支持宏匯編及模塊化編程，使用方便。軟件調(diào)試內(nèi)容主要由以下內(nèi)容：(1) 在編寫匯編程序的時候，經(jīng)常會不可避免的出現(xiàn)語句拼寫錯誤、定義重復等問題。光靠人工編程時的檢查，很難將其全部修正。在輸入程序后，它可以自動發(fā)現(xiàn)錯誤，并提供錯誤的位置和原因。調(diào)試時可根據(jù)軟件的提示，修正程序。(2) 在模擬調(diào)試器中調(diào)試各子模塊，設置單片機運行方式和入口條件，檢查各芯片運行狀態(tài)，確定子程序運行結果與設計中的預定目標相符。(3) 各子模塊調(diào)試正常后再將各子模塊及主模塊連接起來進行整體程序調(diào)試。確定整體程序能完成預先設計的系統(tǒng)功能。如果程序運行錯誤，則對子程序和主程序的兼容性，如數(shù)據(jù)存儲緩沖單元是否沖突、堆棧是否溢出等進行排查。最后全部匯編連接成目標文件，最后將目標代碼下載到單片機中并連接智能儀表進行統(tǒng)調(diào)。 本章小結本蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)是為了檢測應用在變電站等電力系統(tǒng)中的鉛酸蓄電池的健康狀態(tài)而設計的。該系統(tǒng)可同時測量10或20個鉛蓄電池蓄電池的電動勢、端電壓、內(nèi)阻、充放電電流、溫度等多個參數(shù)，便于現(xiàn)場控制和維護。同時，系統(tǒng)具有通訊功能，又適用于遠距離的控制。結 論本次畢業(yè)設計是基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)的設計，它是最常見的和最典型的單片機控制系統(tǒng)。本設計主要針對51型單片機在實時監(jiān)測控制方面的應用，分析蓄電池的電動勢、端電壓、內(nèi)阻、充放電電流、溫度等參數(shù)測量監(jiān)測實例。設計中涉及控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、運算及控制各個部分，涵蓋知識面廣，實用性強。通過這次蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)的設計，使我對常用芯片、硬件接口電路和軟件規(guī)劃方面的知識有了更深入的了解。在硬件電路的設計過程中，我首先要考慮到使用什么器件才能實現(xiàn)該系統(tǒng)的功能。在完成這個過程之后，還要考慮到所使用的芯片是否合適、流行、可擴展等問題。在軟件編程過程中，我接觸到了單片機開發(fā)系統(tǒng)，學到了許多軟件編程的技巧，使我對大型系統(tǒng)的程序編制流程有了實際的體驗。盡管在此系統(tǒng)的設計中還有很多地方不夠完善，但整個設計給了我一個使用和擴展所學知識的機會，可以說受益匪淺。本課題的研究對象不是一個很大的系統(tǒng)，由于控制電路原器件少、電路簡單、低功耗、自動化程度高、人機界面友好，易于安裝和操作，并且整體結構穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性強，同時具有良好的性能價格比，因此具有較高的推廣價值。隨著科學技術的發(fā)展，該系統(tǒng)還應向網(wǎng)絡化和智能化發(fā)展，可以說其前景非常廣闊。致 謝本文是在朱樹先老師的指導下完成的，衷心感謝朱老師在論文寫作期間給予的精心指導。朱老師充分運用相關學科的知識分析研究，從他那里我不僅學到了許多專業(yè)知識技能，而且從朱老師的身上學到了為人師表、嚴謹工作的優(yōu)良作風，雖然朱老師工作繁忙，但在整個論文的寫作過程中給予了我認真的指導和答疑。在此，我真誠地說一聲：朱老師，您辛苦了，謝謝您!同時，我也十分感謝同學和其他老師的關心、支持和幫助他們對我的工作提出了許多寶貴的意見，解決了諸多問題，在此，一并向他們表示感謝!參 考 文 獻1 王建、[J].華東地址學院學報，1999，22(4)：3093132 陳劍、[J].電源技術，1999，23(6)：3323343 張紅潤，[M].4 [M].5 [M].6 [M].7 馬忠梅，籍順心，（第三版）[M].8 徐薇莉， 曹柱中．控制理論與設計[M].上海交大出版社，2003：74829 先鋒工作室．單片機程序設計實例[M].清華大學出版社，2003：104110 10 [M].11 徐薇莉 曹柱中．控制理論與設計[M].上海交大出版社，2003：748212 李立偉，[J].電工技術雜志，2002，11：79 13 [M].北京航空航天大學出版社，1990 14 [M].北京航空航天大學出版社，1999 15 周凱，[J].應用科技2003，30（3）：272916 張鍔，賈文德，[J]，哈爾濱師范大學自然不科學學報，2002，18（6）：5458附錄A 譯文基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)設計[前言]蓄電池作為電力系統(tǒng)的后備電源，其維護工作對保證電力系統(tǒng)的安全運行具有重要的意義，對蓄電池實施在線監(jiān)測并及時發(fā)現(xiàn)失效蓄電池，是蓄電池維護工作的重中之重，本課題的主要任務就是重新設計一種新型蓄電池在線智能監(jiān)測儀，能實現(xiàn)對蓄電池無論在浮充狀態(tài)還是在充放電過程中的狀態(tài)監(jiān)測。[主題]該監(jiān)測系統(tǒng)是以AT89C52單片機為核心，其芯片是采用CMOS工藝以及面向寄存器結構的單片機。它含有8K字節(jié)快檫寫可編程/檫除只讀存儲器(EEPROM)，具有256字節(jié)的內(nèi)部RAM；3個16位定時記數(shù)器；32個可編成程的I/O口線；6個中斷源；可編程的串行編口，還具有空閑和掉電方式，它的集成度高、速度快、功耗低，特別適合于多路數(shù)據(jù)采集的控制系統(tǒng)中。本系統(tǒng)可以測量10路或20路蓄電池端電壓、蓄電池端電壓、蓄電池溫度、充放電電流等，數(shù)據(jù)采集電路采用模塊化設計，可根據(jù)蓄電池個數(shù)確定模塊數(shù)量，每個模塊可測量一組，對測量的值采用慣性濾波法和積分、微分等控制理論進行濾波和校準。該系統(tǒng)采用了大連東臺電子有限公司生產(chǎn)的EDMl286409圖形點陣液晶顯示模塊，能直觀了解失效的蓄電池信息。該系統(tǒng)利用集抗外干擾復位熱啟動的看門狗、電源監(jiān)測電路和串行存儲于一身的XICOR公司生產(chǎn)的可編程看門狗定時器X25043，為整個系統(tǒng)提供了安全保障，同時，通訊電路可進行RS485的通訊，通過單片機串行通訊接口，可以執(zhí)行與上