【正文】 測(cè)定的參數(shù)包括電池組電壓、單體電壓、(浮充電)維持電流、電池內(nèi)部溫度、電池組環(huán)境溫度、電解液比重、電解液液面高度以及電極利用情況等。11989年美國電力研究所與國家電能研究公司合作，共同研究了無人值守場(chǎng)站PWBC鉛酸蓄電池綜合在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。如果在蓄電池組上有一定量的紋波電壓，在許多情況下，必須采取離線測(cè)試或采取措施消除紋波。測(cè)試方法是用交流發(fā)電裝置向電池單體或蓄電池組注入一個(gè)低頻20～30HZ或60HZ的交流信號(hào)，測(cè)量通過電池的交流電流和每只電池兩端的交流電壓，則得出電池的電導(dǎo)或電阻值，并顯示這個(gè)值。國外蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)研究，由于內(nèi)阻與電池的性能密切相關(guān)，國際上有許多公司一起進(jìn)行電池內(nèi)阻測(cè)量的開發(fā)工作，以便通過內(nèi)阻來有效監(jiān)測(cè)蓄電池的狀況。國內(nèi)研制并投產(chǎn)的ZXJZ4/21型蓄電池智能監(jiān)測(cè)儀，采用浮動(dòng)技術(shù)測(cè)量蓄電池組中各單電池電壓，測(cè)量的參數(shù)還包括電池組電壓、Z路電流、Z路溫度。關(guān)于在線測(cè)量單只電池電壓的方法，還有人提出用光電隔離器件和大電解容器構(gòu)成采樣，保持電路來測(cè)量蓄電池組中單只電池電壓。在解決如何測(cè)量單電池電壓?jiǎn)栴}上，人們進(jìn)行了大量的研究工作，曾有人設(shè)想在多路輸入信號(hào)的選擇上采用模擬開關(guān)進(jìn)行選通，在模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換上采用可編程定時(shí)器的V/F轉(zhuǎn)換器。在電壓的測(cè)量方法上，對(duì)單個(gè)電壓量的測(cè)量方法非常簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)就是利用MAX485和單片機(jī)AT89C52組合成的一個(gè)RS485通訊電路。在開發(fā)一般的單片應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，人們都希望能用簡(jiǎn)單的電路和通訊協(xié)議完成數(shù)據(jù)交換。200mA，RS485標(biāo)準(zhǔn)還允許雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)32個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。另外，RS485最大的優(yōu)點(diǎn)在于它的多點(diǎn)總線互連功能，它可以連接1臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)終端同時(shí)通信，由于它是半雙工的方式，只能有一方發(fā)送，一方接收，而且它采用差動(dòng)電平接收的方法提高抗干擾能力，適合在比較惡劣的環(huán)境下工作。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制定的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)。在串行通訊中，數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信之間的連接要符合一定的接口標(biāo)準(zhǔn)。串行通訊又有同步和異步之分。這就涉及了單片機(jī)與上位機(jī)的通訊問題。由于芯片內(nèi)的8K程序存儲(chǔ)器可在線或用編程器重復(fù)編程，受到了應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎，并得到較為廣泛的應(yīng)用。它是一個(gè)低功耗，高性能的含有8K字節(jié)快擦寫可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)的8位CMOS單片機(jī)，時(shí)鐘頻率從024MHZ，與8031的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。目前蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)是蓄電池端電壓、電池內(nèi)阻、溫度、充放電電流等。但是，因?yàn)閂RLA蓄電池進(jìn)入市場(chǎng)初期就被稱為“免維護(hù)”電池，很多用戶在使用中未能像對(duì)防酸隔爆蓄電池那樣，對(duì)VRLA蓄電池予以足夠的重視，致使電池的運(yùn)行壽命達(dá)不到預(yù)期值甚至失效的現(xiàn)象發(fā)生，給各系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅?？梢?，蓄電池在工業(yè)系統(tǒng)中具有特殊的作用和意義。平時(shí)，直流系統(tǒng)中的蓄電池組處于浮充電備用狀態(tài)，當(dāng)交流電失電時(shí)，蓄電池便向執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)裝置提供能量，同時(shí)也為控制裝置、信號(hào)發(fā)生裝置、自動(dòng)裝置、保護(hù)裝置及通信裝置等提供能量。[研究的背景，目的及意義]在電力系統(tǒng)中，如電廠、變電站都擁有直流電力供應(yīng)系統(tǒng)，此系統(tǒng)的主要作用是為繼電保護(hù)裝置、信號(hào)裝置、照明裝置等重要負(fù)載提供直流電源。該系統(tǒng)利用集抗外干擾復(fù)位熱啟動(dòng)的看門狗、電源監(jiān)測(cè)電路和串行存儲(chǔ)于一身的XICOR公司生產(chǎn)的可編程看門狗定時(shí)器X25043，為整個(gè)系統(tǒng)提供了安全保障，同時(shí)，通訊電路可進(jìn)行RS485的通訊，通過單片機(jī)串行通訊接口，可以執(zhí)行與上位機(jī)或PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，供維護(hù)人員對(duì)檢測(cè)參數(shù)做進(jìn)一步的分析。本系統(tǒng)可以測(cè)量10路或20路蓄電池端電壓、電池端電壓、電池溫度、充放電電流等，數(shù)據(jù)采集電路采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)蓄電池個(gè)數(shù)確定模塊數(shù)量，每個(gè)模塊可測(cè)量一組，對(duì)測(cè)量的值采用慣性濾波法和積分、微分等控制理論進(jìn)行濾波和校準(zhǔn)。[主題]該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以AT89C52單片機(jī)為核心，其芯片是采用CMOS工藝以及面向寄存器結(jié)構(gòu)的單片機(jī)。朱老師充分運(yùn)用相關(guān)學(xué)科的知識(shí)分析研究，從他那里我不僅學(xué)到了許多專業(yè)知識(shí)技能，而且從朱老師的身上學(xué)到了為人師表、嚴(yán)謹(jǐn)工作的優(yōu)良作風(fēng)，雖然朱老師工作繁忙，但在整個(gè)論文的寫作過程中給予了我認(rèn)真的指導(dǎo)和答疑。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，該系統(tǒng)還應(yīng)向網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展，可以說其前景非常廣闊。盡管在此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還有很多地方不夠完善，但整個(gè)設(shè)計(jì)給了我一個(gè)使用和擴(kuò)展所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，可以說受益匪淺。在完成這個(gè)過程之后，還要考慮到所使用的芯片是否合適、流行、可擴(kuò)展等問題。通過這次蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我對(duì)常用芯片、硬件接口電路和軟件規(guī)劃方面的知識(shí)有了更深入的了解。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)51型單片機(jī)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制方面的應(yīng)用，分析蓄電池的電動(dòng)勢(shì)、端電壓、內(nèi)阻、充放電電流、溫度等參數(shù)測(cè)量監(jiān)測(cè)實(shí)例。同時(shí)，系統(tǒng)具有通訊功能，又適用于遠(yuǎn)距離的控制。 本章小結(jié)本蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是為了檢測(cè)應(yīng)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(shè)計(jì)的。如果程序運(yùn)行錯(cuò)誤，則對(duì)子程序和主程序的兼容性，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)緩沖單元是否沖突、堆棧是否溢出等進(jìn)行排查。(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(jìn)行整體程序調(diào)試。調(diào)試時(shí)可根據(jù)軟件的提示，修正程序。光靠人工編程時(shí)的檢查，很難將其全部修正。利用該軟件可以對(duì)程序進(jìn)行編譯，改錯(cuò)和調(diào)試，該軟件的模擬調(diào)試器支持單片機(jī)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)試軟件調(diào)試并非用實(shí)際調(diào)試，而是在仿真軟件上進(jìn)行模擬調(diào)試。(5) 設(shè)計(jì)中單片機(jī)使用上電復(fù)位電路。然后斷開電源，接上單片機(jī)、傳感器和其它各單元器件，再次通電，查看各元件運(yùn)行狀況。(4) 檢查各元件的電氣功能是否正常。(3) 連接電路時(shí)，核對(duì)元器件型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合。(2) 確認(rèn)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。 系統(tǒng)調(diào)試 電路集成硬件調(diào)試主要是針對(duì)電路中各元器件的設(shè)計(jì)缺陷、連接錯(cuò)誤和器件故障進(jìn)行排除。第5章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試在設(shè)計(jì)完成后，必須進(jìn)行系統(tǒng)的硬件及軟件調(diào)試，修改設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。次設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是方便在主程序中進(jìn)行調(diào)用，大大地增強(qiáng)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(hù)和擴(kuò)展。通訊程序流程圖及中斷服務(wù)程序如圖410所示。當(dāng)通訊協(xié)議選擇好后，通訊雙方都要遵守協(xié)議。在單片機(jī)與上位機(jī)通訊時(shí)，要遵循一定的通訊協(xié)議。方式3是11位異步收發(fā)，波特率由定時(shí)器l控制，在使用前要設(shè)置波特率，而且方式3適用于多機(jī)通訊。單片機(jī)有4種串行通訊方式。顯示程序流程圖如圖49所示。報(bào)警和通訊顯示是通過判斷報(bào)警標(biāo)志位和通訊標(biāo)志位來進(jìn)行操作的。若是出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，將顯示報(bào)警的那一路電池的狀態(tài)，并在屏幕右上角顯示報(bào)警。系統(tǒng)使用時(shí)若不進(jìn)行任何操作，默認(rèn)顯示第一路的狀態(tài)；要觀察其他路電池的狀態(tài)可通過鍵盤操作完成。這些項(xiàng)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。報(bào)警和通訊顯示都是通過判斷報(bào)警標(biāo)志位和通訊標(biāo)志位是否置位才進(jìn)行操作的。并在屏幕右上角顯示報(bào)警。顯示哪一路狀態(tài)是通過判斷一個(gè)標(biāo)志位確定的。在隨后的顯示中將不再進(jìn)行初始化。開始取出R的值調(diào)用除法程序，計(jì)算I21=Uc/R調(diào)用減法程序，計(jì)算I22=I21I21調(diào)用減法程序，計(jì)算I1I22調(diào)用減法程序，計(jì)算Ui1Ui2調(diào)用除法程序，計(jì)算Ri=(Ui1Ui2)/(I1I22)調(diào)用乘法和減法程序，計(jì)算Ei=Ui1I1*Ri保存計(jì)算的結(jié)果返回圖48 計(jì)算程序流程圖 顯示程序設(shè)計(jì)顯示程序的設(shè)計(jì)主要是對(duì)EDMl286409液晶顯示模塊的編程。這些程序都很簡(jiǎn)單。因根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為雙字節(jié)，所以計(jì)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(jié)果應(yīng)為四字節(jié)，但是考慮到實(shí)際量的范圍，在此計(jì)算程序中數(shù)據(jù)不會(huì)超過雙字節(jié)。返回 圖47 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 控制程序設(shè)計(jì)當(dāng)測(cè)量程序得到端電壓UiUi2。開始選通A/D轉(zhuǎn)換器輸出10個(gè)I/O脈沖，延時(shí)輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果高2位，保存在R6中。在正常進(jìn)行的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，規(guī)定時(shí)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(zhuǎn)換結(jié)果。為了開始轉(zhuǎn)換，最少需要lO個(gè)時(shí)鐘脈沖。在CS下降沿前次轉(zhuǎn)換的MSB出現(xiàn)在DATA OUT端。I/O CLOCK從單片機(jī)接口接收長度在10和16個(gè)時(shí)鐘之間的輸入序列。開始設(shè)置程序入口設(shè)置定時(shí)入口初始化DS18B20N判斷DS18B20是否存在?Y延時(shí)溫度轉(zhuǎn)換初始化DS18B20N判斷DS18B20是否存在?Y延時(shí)溫度讀取將溫度四舍五入后保存將溫度轉(zhuǎn)換成BCD碼返回圖46 測(cè)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)。DSl8B20若想實(shí)現(xiàn)某一動(dòng)作，需ROM命令和暫存器命令的配合使用。ROM命令負(fù)責(zé)對(duì)DS18B20內(nèi)部ROM的一切操作，包括序列號(hào)的讀取、尋址和搜索等。鑒于此原因，有多個(gè)DSl8B20的系統(tǒng)需要在系統(tǒng)正常運(yùn)行前，對(duì)系統(tǒng)中所有DSl8B20的序列號(hào)進(jìn)行讀取并將它們保存在系統(tǒng)的EEPROM中。開始根據(jù)測(cè)量的路數(shù)標(biāo)志，選通相應(yīng)373輸出控制信號(hào)，測(cè)量基準(zhǔn)電壓輸出控制信號(hào)，測(cè)量電壓Ui1輸出控制信號(hào)，測(cè)量電壓Ui2輸出控制信號(hào)，測(cè)量電壓Uc輸出控制信號(hào)，測(cè)量電流I1輸出控制信號(hào)，測(cè)量電流I2測(cè)量溫度返回圖45 測(cè)量程序流程圖 測(cè)溫程序數(shù)字式溫度傳感器DSl8820可將測(cè)量到的溫度以兩個(gè)字節(jié)的形式存放在芯片內(nèi)部的便箋式存儲(chǔ)器中。在測(cè)量程序中要調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序，以將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量如圖45所示。根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)選通相應(yīng)多路開關(guān)CD4051的控制輸入端選通要測(cè)量的量。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)多路進(jìn)行測(cè)量，在硬件設(shè)計(jì)已經(jīng)介紹了系統(tǒng)是由單片機(jī)的4個(gè)控制信號(hào)來完成對(duì)多路的選擇及對(duì)測(cè)量參數(shù)的選擇。鍵處理流程圖如圖44所示。系統(tǒng)處于什么狀態(tài)是通過狀態(tài)標(biāo)志位來判斷的。系統(tǒng)對(duì)校準(zhǔn)參數(shù)包括基準(zhǔn)電壓、電流量程的輸入；波特率的修改；密碼的輸入或修改；報(bào)警上下限包括電壓上下限、溫度上限、內(nèi)阻上限的輸入；本機(jī)地址的輸入；溫度序列號(hào)的讀取等功能都在這里完成。讀鍵程序流程圖如圖43所示。為了解決這個(gè)問題，將讀鍵程序和鍵處理程序分開寫，而且對(duì)每個(gè)按鍵設(shè)置標(biāo)志位。初始化程序流程圖如圖42所示。開始初始化讀鍵予程序鍵處理子程序測(cè)量子程序計(jì)算子程序通訊子程序顯示予程序圖4l 主程序流程圖 初始化程序設(shè)計(jì)在蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，初始化程序主要是對(duì)各種緩沖區(qū)清零，包括測(cè)量緩沖區(qū)、計(jì)算緩沖區(qū)、顯示緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)保存緩沖區(qū)、通訊緩沖區(qū)：設(shè)置標(biāo)志位；設(shè)置中斷并設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)；初始化定時(shí)器，設(shè)置初值；另外系統(tǒng)中加了看門狗芯片，在初始化程序里要判斷單片機(jī)是上電復(fù)位還是看門狗復(fù)位，若是上電復(fù)位要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行上述的初始化操作，并對(duì)看門狗芯片進(jìn)行初始化；若是看門狗復(fù)位則不進(jìn)行上述的初始化操作，直接進(jìn)入下面的程序。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序流程圖如圖41所示。根據(jù)實(shí)際情況，選擇蓄電池的各參數(shù)值均用雙字節(jié)數(shù)表示。系統(tǒng)還要具有與上位機(jī)通訊的功能。因系統(tǒng)可以測(cè)量多路，選擇顯示哪一路通過鍵盤完成。這些功能由鍵盤操作完成。 蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件總體程序設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)軟件之前首先要明確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)完成的功能。要想使系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)預(yù)想那樣高效的工作，我們必須對(duì)已構(gòu)建完畢的硬件部分進(jìn)行編程，這便是軟件設(shè)計(jì)。硬件部分只能提供一個(gè)最基本的功能平臺(tái)，由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以89C52單片機(jī)為核心，許多功能是由單片機(jī)來完成。利用Protel制圖軟件繪制城市原理圖，建立起工程的概念，詳見附錄B：總體原理圖及PCB圖和3D圖。 GND：電源地單片機(jī)的串行輸入和輸出1：3與MAX485芯片的接收器輸出端和驅(qū)動(dòng)器輸入端經(jīng)過高速光耦隔離后連接，其連接電路如圖312所示。A：同相接收器輸入和同相接收器輸出。 DI：驅(qū)動(dòng)器輸入。 RE：接收器輸出使能端。芯片采用單一電源+5V工作，額定電流為300mA，采用半雙工通訊方式，它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS485電平的功芯片中包含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。本系統(tǒng)就是利用MAX485和單片機(jī)AT89C52組合成的一個(gè)RS485通訊電路。在開發(fā)一般的單片應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，人們都希望能用簡(jiǎn)單的電路和通訊協(xié)議完成數(shù)據(jù)交換。200mA，RS485標(biāo)準(zhǔn)還允許雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)32個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)發(fā)送器、接收器或收發(fā)器。另外，RS485最大的優(yōu)點(diǎn)在于它的多點(diǎn)總線互連功能，它可以連接1臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)終端同時(shí)通信，由于它是半雙工的方式，只能有一方發(fā)送，一方接收，而且它采用差動(dòng)電平接收的方法提高抗干擾能力，適合在比較惡劣的環(huán)境下工作。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制定的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)。在串行通訊中，數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信之間的連接要符合一定的接口標(biāo)準(zhǔn)。串行通訊又有同步和異步之分。但在本次設(shè)計(jì)中我沒有建立上位機(jī)模塊，只是留出了端口，便于以后更深層次的探討分析。 RS485通訊電路在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，單片機(jī)通常是在現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的控制，而在控制室中也要了解現(xiàn)場(chǎng)的情況，并能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的單片機(jī)下達(dá)命令，以完成一定的操作。圖310 單片機(jī)與液晶顯示接口電路。EMDl2864—09與單片機(jī)通過雙向總線收發(fā)器74LS245連接。EDMl286409內(nèi)部自帶了字型產(chǎn)生RO