【正文】 比較，從而得出其容量大小。蓄電池的充電狀態(tài)能反映它所能輸出能量的大小。同時(shí)對(duì)電路板、原理圖進(jìn)行繪制。(4) 采用AT89C52單片機(jī)編程，實(shí)現(xiàn)控制思想。(2) 設(shè)計(jì)蓄電池監(jiān)測(cè)控制算法。本課題主要分為以下幾個(gè)具體實(shí)現(xiàn)步驟： 1. 整理要運(yùn)用的知識(shí)： (1) 掌握單片機(jī)的基本工作原理及指令系統(tǒng)；(2) 掌握MCS51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方法；(3) 熟練應(yīng)用Protel軟件繪制原理圖及印刷電路板圖。在硬件電路設(shè)計(jì)上，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的正確設(shè)計(jì)及連接。利用相關(guān)知識(shí)對(duì)VRLA蓄電池的工作原理和失效機(jī)理進(jìn)行理論分析。 本課題來(lái)源及技術(shù)指標(biāo)（1）設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的新型蓄電池在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；（2）該系統(tǒng)應(yīng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)、測(cè)量電路、RS485通訊電路、液晶顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路；（3）完成功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池?zé)o論在浮充狀態(tài)還是充放電狀態(tài)過(guò)程中的監(jiān)測(cè)；（4）硬件電路的設(shè)計(jì)及硬件電路圖繪制；（5）軟件編程及功能調(diào)試。新的蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、人機(jī)界面友好，又易于操作，并且整體結(jié)構(gòu)可靠性好，精度高，具有很高的推廣使用價(jià)值。該系統(tǒng)采用了大連東臺(tái)電子有限公司生產(chǎn)的EDMl286409圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，能直觀了解失效的電池信息。在這種情況下，本課題擬設(shè)計(jì)一種新型蓄電池在線智能監(jiān)測(cè)儀，能實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池?zé)o論在浮充狀態(tài)還是在充放電過(guò)程中的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)。因此，針對(duì)閥控式鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)的特殊性，充分發(fā)揮蓄電池作為后備電源的作用，在運(yùn)行中可靠檢測(cè)蓄電池性能，以便對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行變得十分困難又十分迫切，必須對(duì)蓄電池組進(jìn)行有效的全面監(jiān)測(cè)。但是，從目前VRAL蓄電池的使用和維護(hù)狀況來(lái)看，存在著諸多的缺點(diǎn)和問(wèn)題。蓄電池作為電力系統(tǒng)的后備電源，其維護(hù)工作對(duì)保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要的意義。此外，蓄電池還被廣泛應(yīng)用于郵電、通信、交通、船舶、航空航天、應(yīng)急照明等諸多領(lǐng)域中，作為儲(chǔ)存電能的裝置。由于這些重要負(fù)載絕對(duì)不允許斷電情況發(fā)生，而單靠電網(wǎng)供電無(wú)法保證做到這一些，因此作為后備電源的蓄電池便成為確保設(shè)備正常運(yùn)行的最后一道防線。隨著信息、能源、電子技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的場(chǎng)合都需要保證不間斷的供電，閥控式鉛酸電池（Value Regulated LeadAcid）簡(jiǎn)稱VRAL，VRAL蓄電池的使用已經(jīng)趨于廣泛，與普通的鉛酸蓄電池相比VRAL電池由于采用了內(nèi)部氧復(fù)合技術(shù)，大大緩解了電解液的損耗，而且具有體積小防爆、電壓穩(wěn)定、無(wú)污染、重量輕、放電性能高、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，所以深受各個(gè)行業(yè)的青睞，尤其是在電力系統(tǒng)中，VRAL蓄電池作為電廠、變電站都擁有直流電力供應(yīng)系統(tǒng)。國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及研究成果對(duì)我國(guó)進(jìn)一步進(jìn)行有關(guān)部門蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面的研究，可以起到借鑒作用?？梢哉f(shuō)，國(guó)外蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)比較成熟，并且研究發(fā)展了蓄電池管理系統(tǒng)。它是在監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)蓄電池進(jìn)行分析，并進(jìn)行管理和控制。因?yàn)楹銐撼潆姷姆椒ú荒軡M足不同蓄電池所需的不同充電電流。這個(gè)管理系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)蓄電池，而是設(shè)計(jì)成具有管理和控制蓄電池的功能。因此，監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)也有差異，在監(jiān)測(cè)的方法和手段上人們進(jìn)行了大量的研究和探索。此項(xiàng)研究成果應(yīng)用于電廠、變電站、通信、電動(dòng)車輛及醫(yī)療領(lǐng)域。電池組溫度的測(cè)量是用同樣的裝置來(lái)測(cè)量。電池內(nèi)部溫度的測(cè)量通常是用直接與電池壁接觸的固態(tài)集成電路溫度傳感器來(lái)測(cè)量。其主要特征是運(yùn)用特定傳感器對(duì)電池組的每個(gè)電池進(jìn)行獨(dú)立的監(jiān)測(cè)。可能測(cè)的電池組監(jiān)測(cè)器的數(shù)量不受限制。其方法是采用安裝在每一只電池上的多傳感器電池檢測(cè)模塊(叫“電池監(jiān)測(cè)器”，是真空密封的)這種模塊通過(guò)光纜將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫铍姵亟M監(jiān)測(cè)器，每一電池組監(jiān)測(cè)器可能測(cè)256個(gè)單電池。經(jīng)過(guò)4年的研究與開發(fā)，耗資200萬(wàn)美元，于1994年完成樣機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。美國(guó)BMS(Battery Monitoring System)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展于電力應(yīng)用工業(yè)?？傊畠煞N測(cè)試裝置都是向蓄電池注入一個(gè)交流信號(hào)，測(cè)量電池兩端的交流電壓和通過(guò)電池的電流。目前國(guó)際上主要有兩家公司在進(jìn)行電池內(nèi)阻測(cè)量?jī)x器的開發(fā)工作，它們是MIDTRONICS和AVO公司。另外，在對(duì)蓄電池內(nèi)阻測(cè)量的問(wèn)題上，人們也進(jìn)行了諸多的研究與實(shí)驗(yàn)。此電路的缺點(diǎn)是，在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電容上的電壓能發(fā)生變化，使其精度趨低，而且電容充放電時(shí)間是晶體管和隔離芯片等器件動(dòng)作延遲等因素，決定了采樣時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。其中，在解決輸入信號(hào)電壓高于芯片的最大工作電壓的問(wèn)題上存在技術(shù)難點(diǎn)，且采用V/F轉(zhuǎn)換器作為A/D轉(zhuǎn)換器其缺點(diǎn)是影響速度慢，在小信號(hào)范圍內(nèi)線性度差、精度低。其中，最關(guān)鍵的是如何測(cè)量電池組中串聯(lián)在一起的單電池電壓。 國(guó)內(nèi)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)單體電池電壓的監(jiān)測(cè)成為主要內(nèi)容，關(guān)于溫度和電流的測(cè)量都屬常規(guī)測(cè)量，而且在這些方面的測(cè)量技術(shù)都已成熟。(4) 內(nèi)阻鉛酸蓄電池的內(nèi)阻分為金屬性電阻和電化學(xué)性電阻。當(dāng)蓄電池處于充電狀態(tài)時(shí)，它的端電壓就是充電電源加在正負(fù)極上的電壓，其值大于電動(dòng)勢(shì)，等于電動(dòng)勢(shì)加上內(nèi)部電壓降，即U=E+IR。當(dāng)蓄電池不工作，即不向用電設(shè)備供電時(shí)，蓄電池的端電壓等于它的電動(dòng)勢(shì)。(3) 端電壓蓄電池的端電壓是在正負(fù)極上實(shí)際測(cè)得的電壓。蓄電池靜止時(shí)，極板微孔內(nèi)部與容器中的電解液的密度相同。電極材料確定后，電動(dòng)勢(shì)可用經(jīng)驗(yàn)公式占鈕85+d15決定。蓄電池的電動(dòng)勢(shì)與電解液密度有關(guān)，一般電解液密度越大，電動(dòng)勢(shì)就越高。固定型鉛蓄電池的規(guī)定工作條件為：10小時(shí)率電流放電，電解液溫度為25℃。蓄電池進(jìn)行放電時(shí)，容量等于放電電流和放電時(shí)間的乘積。蓄電池的容量通常定義為：蓄電池在特定的放電速率下有效的安時(shí)數(shù)。實(shí)際電量只是理論電量的50%左右。容量的計(jì)算單位為安培每小時(shí)。去年中國(guó)及其他新興市場(chǎng)汽車銷量超過(guò)預(yù)期。在蓄電池應(yīng)用中，鉛酸蓄電池目前使用的最為廣泛。純電動(dòng)汽車還帶動(dòng)車載電池、電池充電站等多個(gè)配套產(chǎn)業(yè)，并成為未來(lái)智能城市構(gòu)想的重要一環(huán)。以汽車制造行業(yè)為例，采用相對(duì)清潔能源為動(dòng)力的新一代環(huán)保汽車正在成為日本汽車業(yè)發(fā)展新方向。特別是在金融和經(jīng)濟(jì)危機(jī)之后，各國(guó)都在努力尋找經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)，提升經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。新的環(huán)保能源將是未來(lái)幾年中國(guó)發(fā)展的重頭戲，我國(guó)今后的能源總的目標(biāo)應(yīng)該是建設(shè)能源生態(tài)體系，促進(jìn)能源生態(tài)文明，能源生態(tài)體系是社會(huì)生態(tài)文明建設(shè)的重要基礎(chǔ)。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論 1 課題背景 1 電池的主要性能指標(biāo) 1 國(guó)內(nèi)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀 3 國(guó)外蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 3 蓄電池技術(shù)的發(fā)展與方向 5 本課題來(lái)源及技術(shù)指標(biāo) 6 本文所做的主要工作 6第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與算法確定 8 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理 8 主控芯片的選擇 9 AT89C52單片機(jī)的概述 10 AT89C52單片機(jī)的主要特性 10 AT89C52單片機(jī)的引腳功能 10 本系統(tǒng)控制算法的確定 13 內(nèi)阻與電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量 14 電池溫度的測(cè)量 16 電池組端電壓的測(cè)量 16 本章小結(jié) 16第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 17 總體硬件電路設(shè)計(jì) 17 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì) 19 電壓、電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 20 溫度測(cè)量電路 22 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 23 鍵盤輸入電路 23 液晶顯示電路 24 液晶顯示的接口電路 24 RS485通訊電路 25 本章小結(jié) 27第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 28 引言 28 蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件總體程序設(shè)計(jì) 28 初始化程序設(shè)計(jì) 29 讀鍵程序設(shè)計(jì) 30 鍵處理程序設(shè)計(jì) 31 測(cè)量程序設(shè)計(jì) 32 對(duì)測(cè)量程序的說(shuō)明 32 測(cè)溫程序 33 34 控制程序設(shè)計(jì) 35 顯示程序設(shè)計(jì) 36 通訊程序設(shè)計(jì) 38 本章小結(jié) 39第5章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 40 系統(tǒng)調(diào)試 40 電路集成 40 軟件調(diào)試 40 本章小結(jié) 41結(jié) 論 42致 謝 43參 考 文 獻(xiàn) 44附錄A 譯文 45基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 45附錄B 外文原文 54附錄C 層次原理圖 65附錄D 部分源程序 69 73 第1章 緒論 課題背景　當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)面臨破解新舊問(wèn)題的重大挑戰(zhàn)，形勢(shì)發(fā)展更趨復(fù)雜。再觀中國(guó)，經(jīng)過(guò)30多年高速增長(zhǎng)，原有的增長(zhǎng)模式已顯后勁不足和不可持續(xù)。在這個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，思考發(fā)展規(guī)律，甄別問(wèn)題根源，做到趨利避害對(duì)今后發(fā)展至關(guān)重要。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬上任伊始就推出了大規(guī)模經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃，力爭(zhēng)將新能源、電動(dòng)汽車等新興產(chǎn)業(yè)打造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)的新支柱產(chǎn)業(yè)，計(jì)劃在10年內(nèi)投入1500億美元用于新能源開發(fā)。日本各大汽車公司相繼推出純電動(dòng)汽車，市場(chǎng)反響良好。電動(dòng)汽車還給日本智能電網(wǎng)建設(shè)帶來(lái)新思路，即把汽車蓄電池同樣用于智能電網(wǎng)的蓄電功能。世界第三大鉛酸蓄電池制造商湯淺公司（GS Yuasa Corp）稱，因中國(guó)、印度、南非汽車銷售量增加，%。 電池的主要性能指標(biāo)(1) 容量鉛酸蓄電池的容量是指其在一定條件下所能放出的電量，它是衡量一只蓄電池優(yōu)劣的主要指標(biāo)，它標(biāo)志著蓄電池儲(chǔ)存能量的多少。電池容量一般分為兩種：一是理論容量，是根據(jù)法拉第電解定理計(jì)算的容量，即假設(shè)極板活性物質(zhì)全部反應(yīng)所能放出的電量；二是實(shí)際容量，即在一定條件下，蓄電池實(shí)際能放出的電量。另外，不同的使用條件下，蓄電池容量也不同。當(dāng)蓄電池放電至終了電壓時(shí)，可以認(rèn)為其有效電量已全部消耗。在實(shí)際的應(yīng)用中還經(jīng)常涉及到額定容量的概念，額定容量是指在規(guī)定的工作條件下，蓄電池能放出的最低電量。(2) 靜止電動(dòng)勢(shì)蓄電池靜止(即不充電也不放電)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間后，其內(nèi)部電解液擴(kuò)散過(guò)程停止，極板附近的電解液濃度于其他各部分的濃度相等，此時(shí)電池處于開路狀況，用高阻抗電壓表(沒有電流通過(guò)電池)在常溫下測(cè)得的正負(fù)極板間的電位差就是蓄電池的靜止電動(dòng)勢(shì)。另外蓄電池電動(dòng)勢(shì)還和電解液的溫度有關(guān)，但是溫度的影響不是很大。d15是在15℃時(shí)極板微孔內(nèi)部電解液的密度。上式才準(zhǔn)確。蓄電池的工作狀態(tài)不同，端電壓也不同。當(dāng)蓄電池向外供電時(shí)，它的端電壓將小于電動(dòng)勢(shì)，等于電動(dòng)勢(shì)減去內(nèi)部電壓降，即U=EIR。蓄電池的端電壓不僅和電池的電動(dòng)勢(shì)有關(guān)，而且與充放電電流、內(nèi)阻和充放電時(shí)間有關(guān)。金屬性電阻包括終端、夾板、柵格以及柵格與涂膠之間的電阻，電化學(xué)性電阻包括涂膠、電解液和隔板的電阻。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。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。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(lái)測(cè)量蓄電池組中單只電池電壓。國(guó)內(nèi)研制并投產(chǎn)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。 國(guó)外蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀由于內(nèi)阻與電池的性能密切相關(guān)，國(guó)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(guò)內(nèi)阻來(lái)有效監(jiān)測(cè)蓄電池的狀況。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20～30HZ60H的交流信號(hào)，測(cè)量通過(guò)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。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。11989年美國(guó)電力研究所與國(guó)家電能研究公司合作，共同研究了無(wú)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)。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。遠(yuǎn)程控制中心通過(guò)MODEMS和公司電話線對(duì)電池組監(jiān)測(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？刂浦行腜C機(jī)能定期查詢所有運(yùn)行組的監(jiān)測(cè)器，下載并處理儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)和顯示電池狀態(tài)及其趨勢(shì)的信息，能獲得每一節(jié)電池的參數(shù)。單電池電壓的測(cè)量是使用傳統(tǒng)的一個(gè)直接帶有A/D穩(wěn)壓的轉(zhuǎn)換器(由電池組供電)電池組電流的測(cè)量用霍爾效應(yīng)磁域傳感器來(lái)測(cè)量。并且同外部環(huán)境如氣流和陽(yáng)光這樣一來(lái)的熱效應(yīng)隔離。為了描述電池組周圍空氣的平均溫度，傳感器一般位于電池組支架上。關(guān)于BMS蓄電池的檢測(cè)有多種檢測(cè)目的。國(guó)外還研究開發(fā)了VMS(VRLA Battery Management System)閥控密封鉛酸蓄電池管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)的目的是改變蓄電池“恒壓充電”的方法。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括：?jiǎn)坞姵仉妷?、電池?nèi)部溫度、放電電流及放電過(guò)程中的電池組總的電壓，VMS中包含了BMS。這樣更有利于對(duì)蓄電池的維護(hù)，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命。在蓄電池管理系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)的電池參數(shù)有所不同，研究的方法更為復(fù)雜。 蓄電池技術(shù)的發(fā)展與方向除環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用之外，其他很多特殊場(chǎng)合也都用到鉛酸蓄電池。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。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?？梢?，蓄電池在工業(yè)系統(tǒng)中具有特殊的作用和意義。對(duì)蓄電池實(shí)施在線監(jiān)測(cè)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)失效電池，是蓄電池維護(hù)工作的重中之重。主要表現(xiàn)在對(duì)其維護(hù)保養(yǎng)方面重視不足，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，致使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，導(dǎo)致了電池的運(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(lái)嚴(yán)重威脅。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。按照對(duì)本課題設(shè)想，預(yù)期達(dá)到以下性能測(cè)試結(jié)果：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)。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X2