【正文】 圖51 主程序框圖式中： I為測(cè)量的負(fù)載電流；為單片機(jī)采樣周期(即1ms)。Q= (53)式中： I— — 電池的放電電流；t—— 電池的放電時(shí)間。 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)。 原理圖圖44 A/D接口電路原理圖第5章 軟件設(shè)計(jì) 主要算法 電壓 (51a) (51b)式中： —A／D轉(zhuǎn)換IN1輸入端的8位輸出； —IN1輸入端的模擬電壓值； U —蓄電池的端電壓。產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)START和地址鎖存控制信號(hào)ALE；。地址選通端分別與三個(gè)地址線相連，用于選通IN0—IN7中的某一通道。AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘頻率是6MHz，則ALE端輸出信號(hào)的頻率為1MHz，符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。ADC0809芯片內(nèi)部沒有時(shí)鐘脈沖源，可以利用單片機(jī)提供的地址鎖存控制輸入信號(hào)ALE，作為ADC0809的時(shí)鐘輸入?？紤]到本次設(shè)計(jì)要求同時(shí)進(jìn)行容量計(jì)算及電壓和容量顯示，因此選用中斷方式。 設(shè)計(jì)方案ADC0809與單片機(jī)的硬件接口方式有：查詢方式、中斷方式和等待延時(shí)方式。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 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。 Vcc：電源，單一＋5V。要求時(shí)鐘頻率范圍是101280kHz。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。21～28：8位數(shù)字量輸出端。下面說明各引腳功能。(7)低功耗，約15mW。(5)模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 (3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。：(1)8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 ADC0809簡(jiǎn)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。 原理圖圖43 數(shù)字顯示電路原理圖 A／D接口電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)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。 設(shè)計(jì)方案圖43為89C51單片機(jī)和三位共陰極顯示器的接口電路。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低；但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示。 數(shù)字顯示電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路靜態(tài)顯示亮度高，編程容易，管理也比較簡(jiǎn)單，但占用的I/O口資源較多，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，數(shù)字顯示采用動(dòng)態(tài)顯示方式。，取RL=2Ω。由于檢查不同種類的蓄電池時(shí)，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。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。該電壓與基準(zhǔn)電壓比較并經(jīng)放大環(huán)節(jié)放大后，經(jīng)控制調(diào)整環(huán)節(jié)使電路電流恒定[8]。電壓隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。Q2與Q3三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補(bǔ)償降低的電壓，使電流基本恒定。 原理圖圖41 采樣電路原理圖 恒流放電電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路為了檢測(cè)蓄電池的容量，需要對(duì)電池進(jìn)行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。而蓄電池容量檢測(cè)需要對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流放電，因此在電流采樣電路中加入了恒流放電裝置，；由繼電器控制放電電路的通斷，繼電器的選取應(yīng)符合大電流的要求。 設(shè)計(jì)方案電壓采樣時(shí)，電路采用分壓形式。第4章 硬件設(shè)計(jì) 采樣電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路對(duì)蓄電池進(jìn)行容量檢測(cè)，需要大電流恒流放電，并且要測(cè)量出電流值，通過積分和累加計(jì)算出蓄電池容量，因此必須有電流取樣電路。圖31 內(nèi)部振蕩電路和外部振蕩電路由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的。采用外部時(shí)鐘的電路如圖31右圖所示。10pF。對(duì)外接電容CC2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF177。這個(gè)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。輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石英晶體振蕩和陶瓷振蕩均可采用。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。RST：復(fù)位輸入。 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：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。GND：接地。低功耗的閑置和掉電模式5個(gè)中斷源 32位可編程I/O線三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 主要特性由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。第3章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介 AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。除能增加自放電外，還會(huì)加速電池中隔板和正極板柵的腐蝕。雖然低密度的電解液會(huì)對(duì)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(shí)，電解液的固有電阻增加，粘度變大，同時(shí)電池的自放電也增大，對(duì)電池容量反而不利。在鉛酸蓄電池中，硫酸電解液密度的變化直接影響其放電的容量。另外，溫度低時(shí)，硫酸鉛在電解液中的飽和度降低，這就必然造成鉛離子在極板附近的過飽和度增加，形成致密的硫酸鉛層，阻礙活性物質(zhì)與電解液接觸，同樣也導(dǎo)致電池容量降低。電池容量隨著溫度降低而減小，與溫度對(duì)電解液粘度和電阻有嚴(yán)重影響密切相關(guān)。而大電流放電時(shí)，電壓沒有平坦部分，這時(shí)主要是擴(kuò)散跟不上，形成的PbSO4較細(xì)，再充電時(shí)容易還原成金屬鉛，所以終止電壓可以定得高些。超過終止電壓的容量最多也不能超過總?cè)萘康?0%左右。終止電壓是根據(jù)實(shí)際需要而定的，一般小電流放電時(shí)，終止電壓高些，大電流放電時(shí)，終止電壓低些。比如，針對(duì)固定型的閥控密封鉛酸蓄電池，各種標(biāo)準(zhǔn)基本都規(guī)定，3小時(shí)率放電的容量只要達(dá)到10小時(shí)率放電容量的75%即判為合格。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(kuò)散到極板深處與活性物質(zhì)接觸、反應(yīng)，當(dāng)然能夠放出較多的容量。此外，放電電流密度大時(shí)，鉛離子的數(shù)量在電極附近增加很快，使硫酸鉛的過飽和度增大，生成晶粒細(xì)小而又致密的薄層硫酸鉛鹽層，它會(huì)在電解液來(lái)不及擴(kuò)散進(jìn)入活性物質(zhì)內(nèi)部時(shí)堵塞孔道，造成電極內(nèi)部活性物質(zhì)更加不易反應(yīng)，利用率更低，放電容量更少。反之，放電電流密度小時(shí)，放電容量增大。并且鉛酸蓄電池中電解液硫酸的利用率通常也只有75%左右，這就要求電池在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要有足夠活性物質(zhì)反應(yīng)的電解液量，而且又要極板的面間距盡可能的小，這樣可以減小電池的內(nèi)阻，放電容量同樣也會(huì)上升。大家都知道，極板中活性物質(zhì)孔內(nèi)的酸液量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠活性物質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)的需要，據(jù)報(bào)道鉛酸電池極板中的酸液量?jī)H夠活性物質(zhì)總量的10%參加電化學(xué)反應(yīng)。極板中心距的大小對(duì)電池的容量也有一定的影響，這個(gè)影響可以從兩個(gè)方面來(lái)分析，一是要考慮電解液量對(duì)電池容量的影響；二是通過極板中心距的改變影響內(nèi)阻，進(jìn)而影響電池放電時(shí)放出電量的多少。但需要注意的是小孔易被堵塞，造成這一部分表面積不能發(fā)揮作用。因此對(duì)于體積、重量一定的鉛酸蓄電池來(lái)說，要想提高其放電容量，可以通過增大極板的真實(shí)表面積來(lái)得到。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(shí)表面積要比極板的表觀表面積大幾百到幾千倍。所謂真實(shí)表面積，也就是能夠與電解液直接接觸的活性物質(zhì)的表面積，它要比按照極板幾何尺寸計(jì)算出來(lái)的面積大的多，一方面包括極板的片數(shù)，另一方面還包括極板細(xì)孔的表面積。這是因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)放電后，體積要增加，孔太小時(shí)很容易被堵塞而使活性物質(zhì)不能被充分利用，孔太大時(shí)又會(huì)影響活性物質(zhì)之間的連接，在閥控密封鉛酸蓄電池中，還會(huì)因影響氣體復(fù)合時(shí)的通道而影響氣體的復(fù)合效率。一般正極板孔率控制在55%左右，負(fù)極板控制在60%左右。因此極板孔率應(yīng)在極板生產(chǎn)時(shí)合理選擇工藝過程，并且要嚴(yán)格控制過程保障能力，以生產(chǎn)出適合不同使用條件要求的最佳孔率的極板。所謂極板的孔率是指極板上活性物質(zhì)中孔的總體積與鉛膏的表觀總體積之比的百分?jǐn)?shù)。有研究表明：盡管極板越薄，活性物質(zhì)利用率越高，但是當(dāng)極板厚度減薄到2mm以下時(shí)，再減薄極板厚度，活性物質(zhì)利用率也變化不大。伴隨著放電過程表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象是，電池端電壓下降的慢，電池的放電容量增加，而厚極板則是情況相反。這兩種方式都相當(dāng)于擴(kuò)大了電解液擴(kuò)散的表面積，如果把極板變薄，則相當(dāng)于減小了擴(kuò)散的厚度。一般說來(lái)，極板表面的活性物質(zhì)能夠直接和硫酸電解液接觸起反應(yīng)，而極板深處的活性物質(zhì)就不然，以較大的電流放電時(shí)，由于表層生成的硫酸鉛會(huì)堵塞活性物質(zhì)的孔隙，致使極板深層的活性物質(zhì)得不到電解液的及時(shí)補(bǔ)充而中斷反應(yīng)，導(dǎo)致極板越厚，深處極板上活性物質(zhì)反應(yīng)的利用率就越少。但是對(duì)于閥控密封型鉛酸蓄電池，由于氧復(fù)合反應(yīng)的要求，使電池在設(shè)計(jì)之初就要求電池的負(fù)極容量大于正極的容量。這里需要著重說明的是通常正極和負(fù)極的活性物質(zhì)的理論容量是不一樣的，并且在任何情況下，電池的實(shí)際容量都要以電池中容量相對(duì)較小電極的實(shí)際容量為準(zhǔn)，這就要看不同放電條件分別對(duì)正負(fù)極實(shí)際容量的影響程度了。影響電池容量的因素很多，大致可以分為兩類：一是生產(chǎn)工藝方面的因素，包括活性物質(zhì)量、極板厚度、活性物質(zhì)孔率、活性物質(zhì)的真實(shí)表面積、極板的中心距、活性物質(zhì)的組成；二是使用時(shí)的因素，包括放電的電流密度、放電的終止電壓、電解液的溫度和電解液的密度。因?yàn)榈舱f額定容量，都要確定放電電流值，并且也通常約定了放電的終止電壓。通常說影響鉛酸蓄電池容量的因素，都是指對(duì)電池實(shí)際容量的影響。鉛酸蓄電池容量有理論容量、實(shí)際容量和額定容量之分。放電時(shí)的溫度高，會(huì)提高充電完成時(shí)溫度，因此，將放電終了時(shí)的溫度控制在40℃以下為最理想。白色硫酸鉛化 蓄電池放電，則陰、陽(yáng)極板同時(shí)產(chǎn)生硫酸鉛(PbS04)，若任其持續(xù)放電，不予充電，則最后會(huì)形成安定的白色硫酸鉛結(jié)晶(即使再充電，亦難再恢復(fù)原來(lái)的活性物質(zhì))此狀態(tài)稱為白色硫化現(xiàn)象。因此，定期性的測(cè)定使用后的比重，以避免過度放電，測(cè)比重的同時(shí)，亦側(cè)電解液的溫度，以20℃所換算出的比重，切勿使其降到80%放電量的數(shù)值以下。因此，根據(jù)蓄電池完全放電時(shí)的比重及10%放電時(shí)的比重，即可推算出蓄電池的放電量。 放電量與壽命每日反復(fù)充放電以供使用時(shí)，則電池壽命將會(huì)因放電量的深淺，而受到影響。 (2)特別是使用于冷凍庫(kù)的蓄電池由于放電量大，而使一天的實(shí)際使用時(shí)間顯著減短。 (B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降，蓄電池的5HR容量會(huì)隨蓄電池溫度下降而減少。 蓄電池溫度與容量當(dāng)蓄電池溫度降低，則其容量亦會(huì)因以下理由而顯著減少。 蓄電池之容量表示在容量試驗(yàn)中，放電率與容量的關(guān)系如下： 5HR....3HR....1HR....嚴(yán)禁到達(dá)上述電壓時(shí)還繼續(xù)放電，放電愈深，電瓶?jī)?nèi)溫會(huì)升高，則活性物質(zhì)劣化愈嚴(yán)重，進(jìn)而縮短蓄電池壽命。 (3)放電時(shí)，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強(qiáng)，完全充電時(shí)若為1倍，則當(dāng)完全放電時(shí)，即會(huì)增強(qiáng)23倍。 蓄電池的容量電動(dòng)車用蓄電池的容量以下列條件表示之： ◎ 電解液比值　　　　　　℃ ◎ 放電電流　　　　　　　5小時(shí)的電流 ◎ 放電終止電壓　　　　　◎ 放電中的電解液溫度　　30177。所消耗之成份與放電量成比例，只要測(cè)得電解液中的硫酸濃度，亦即測(cè)其比重，即可得知放電量或殘余電量。PbSO4 PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充電反應(yīng)) (硫酸鉛) (水) (硫酸鉛) 放電中的化學(xué)變化蓄電池連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì)與陰、陽(yáng)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生