【正文】 所有寄存器都映射到上述的存儲器中， 同時對 DS2438的操作都是通過寄存器進行的。 DS2438的存儲空間內包括一些特殊功能寄存器和供 用戶使用的存儲單元，它 們通常位于存儲空間的第 0頁。 DS2438存儲空間 1） DS2438存儲結構 DS2438上的 64字節(jié)的存儲空間分成 8頁，每頁 8個字節(jié)，該內存空間從數據訪問方式上可以分成 RAM(高速暫存 )和 SRAMIEEPROM(非易失 ROM)兩部分。 3） DS2438 內部結構框圖 DS2438作為一款專門用于采集多種電池狀態(tài)參數的集成芯片，其內部結構框圖如圖： 圖 DS2438內部結構框圖 由圖 DS2438內部結構框圖可知 DS2438由單總線接口、電壓電流 A/D轉換器、溫 9 度傳感器、時鐘電路、 40字節(jié)的 EEPROM及與上述硬件相關的寄存器組成。 1） DS2438的管腳圖及功能 DS2438采用 SOIC表面貼裝封裝形式，其外形及引腳排列如圖 ，表 DS2438各引腳的功能。 DS2438芯片介紹 DS2438是 Dallas公司推出的智能電池監(jiān)視器芯片。 信號采集 單元 本單元采用 DS2438單總線智能電池監(jiān)測芯片完成對電池當前各種信號狀態(tài)的監(jiān)測，包括當前電池的電壓、電流、溫度、剩余電量等參數。手動復位就是通過按下按鈕開關 S，使單片機進入復位狀態(tài)。在通電瞬間，電容 C 通過電阻R2 充電， RST 端出現正脈沖，用以復位。P0 口線內無固定上拉電阻，由兩個 MOS 管串接，即可開漏輸出，又可處于高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài) I/O 口。 P3 口： 8位準雙向 I/O 口，雙工能復用口。 P1 口： 8位準雙向 I/O 口，可帶 4個 LSTTL 負載。當 EA接低電平時，則只訪問外部程序存儲器，而不管是否有內部程序存儲器。 PSEN 可以驅動（吸收或輸出電流） 8個 LSTTL 負載。在由外部存儲器取指令（或常數）期間，每個機器周期 PSEN 兩次有效。 ALE 端可以驅動（吸收或輸出電流）8個 TTL 負載。但是，每當訪問外部數據存儲器時（即從程序存儲器取來 MOVX 類指令），在兩個機器周期中 ALE 只出現一次，即丟失一個 ALE 脈沖。 ALE/PROG（ 30 腳）：當訪問單片機外部存儲器時， ALE（地址鎖存器）輸出脈沖的負跳沿用于 16 位地址的低 8 位的鎖存信號。此引腳與 VSS 引腳之間連接一個約 10KΩ的下拉電阻，與引腳之間連接一個約10μ F的電容，以保證可靠的復位。 3）控制引腳 7 此類引腳提供控制信號，有的還具有復用功能。在片內，它是振蕩電路反相放大器的輸入端。若須采用外部時鐘電路，則該引腳懸空。 XTAL2（ 18腳）：接外部晶體和微調電容的一端。 2）時鐘引腳 XTAL XTAL2 時鐘引腳外接晶體與片內的反相放大器構成一個振蕩器，它提供單片機的時鐘控制信號。 圖 AT89C51封裝圖 1）電源引腳 VCC 和 VSS VCC(40 腳 )：電源端，為 5V。一塊芯片就是外加 振蕩電路和復位電路就是一個完整的最小微機系統(tǒng)，連線圖如圖 。 下面對硬件電路作具體的設計。 6 3 系統(tǒng)硬件設計 針對 12V 蓄電池系統(tǒng)進行設計，考慮到應盡量降低成本和避免復雜的硬件電路，主控器采用低功耗、高性能 CMOS8 位單片機 AT89C51；信號采集單元采用專用的蓄電池監(jiān)測芯片 DS2438,芯片為單總線結構，大大簡化了采樣電路；工作所需要的 +5V 電源是通過蓄電池單體電壓通過三 端穩(wěn)壓器 LM7805 得到；顯示器選用 1602 字符型液晶顯示器；選用發(fā)光二極管和蜂鳴器實現報警輸出，操作人員可以通過系統(tǒng)中的鍵盤來設定報警限值，以及顯示數據的切換；看門狗電路選用 X25045 芯片；單片機可以將采集到的數據通過串行接口電路送到 PC 機進行數據顯示。 結構框圖如圖 。信號采樣電路選用 DS2438蓄電池監(jiān)測專用芯片，對單體電池電壓、電流、 溫度等信號參數進行測量；單片機通過連接的鍵盤，可以設置產生報警的限值，同時能夠實現顯示數據的切換；當參數值超限時，自動進行聲光報警。 根據系統(tǒng)的需求分析， 設計主要分為兩部分：數據采集和數據處理，這兩部分都需要硬件和軟件的相互配合才能完成。 設計過程中要有理論的分析，選擇合適的器件；運用 Protel 繪制電路；編輯相應的程序；通過仿真器來測試系統(tǒng)的可行性；按照學校有關文件的要求完成畢業(yè)設計前期材料。本設計是基于單片機的蓄電池在線監(jiān)測 電路 系統(tǒng) 的設計。蓄電池是 UPS系統(tǒng)的重要組成部分，它的優(yōu)劣直接關系到整個 UPS 系統(tǒng)的可靠性。 3)剩余電量的估計和故障診斷 電池組監(jiān)測系統(tǒng)應具有對剩余電量的估計和故障診斷的功能，能夠有效地反應和顯示剩余電量，可以早期預報動力電池組的故障和隱患。蓄電池電池組監(jiān)測系統(tǒng)一般采用先進的微處理器進行控制，通過標準通訊接口和控制模塊對電池組進行管理，它的基本功能包括以下幾個方面的內容： 1)蓄電池電池組管理 監(jiān)視電池組的雙向的總電壓和電流、電池組的溫升，并通過液 晶或其他顯示裝置，動態(tài)顯示總電壓、電流、溫升的變化，避免電池組過放，使電池組不會受到人為的損壞。 蓄電池組管理系統(tǒng)的功能 蓄電池電池組監(jiān)測系統(tǒng)要承擔電池組的系統(tǒng)管理，一方面保證電池組的正常運做，顯示電池的動態(tài)響應并及時報警，使操作人員隨時都能掌握蓄電池的情況。 VMS中包含了 BMS，它是在監(jiān)測的基礎上 對蓄電池進行分析，并進行管理和控制。因為恒壓充電的方法不能滿足不同蓄電池所需的不同充電電流。這個管理系統(tǒng)不是簡單的監(jiān)測蓄電池，而是設計成具有管理和控制蓄電池的功能。根據單電壓和電流的關系，通過連續(xù)測量 3 內部電阻以監(jiān)測電池的老化趨勢。電解液的比重是通過數字比重計測量。每一個被選擇的單電池電壓使用一個便攜式數據采集系統(tǒng)監(jiān)測。鉛酸蓄電池作為獨立光伏系統(tǒng)的能量的儲存設備，可防止過度放電和過度充電，對延長整個系統(tǒng)的服務壽命非常重要。此 BMS通過獲得電池的數據來分析電池和車輛的運行狀況。 A/D采樣速率是每秒 40個采樣點，精度好于%。這里使用的電池單電壓是 12V。BMS能夠向操作人員提供有關剩余電量的信息及電池性能接近極限狀態(tài)時的報警狀態(tài)。在圣巴巴拉某區(qū)的電車上，使用了 VRLA蓄電池作為電源。 關于 BMS蓄電池的監(jiān)測有多種監(jiān)測目的。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。電池內部溫度的測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測量，并且同外部環(huán)境如氣流和陽光這樣的熱效應隔離。電池組 電壓的測量是用一個與電池組連接的滑動變阻器和帶有穩(wěn)壓參考的 A/D轉換器（由電池組供電）。 [3]其主要特征是運用特定傳感器對電池組的每個電池進行獨立監(jiān)測。遠程控制中心通過 MODEMS和公用電話線對電池組監(jiān)測器進行監(jiān)測，可監(jiān)測的電池組監(jiān)測器的數量不受限制。其方法是采用安裝 在每一只電池上的多傳感器電池監(jiān)測模塊（叫“電池監(jiān)測器”，是真空密封的）。經過 4年的研究與開發(fā)，耗資 200萬美元，于 1994年完成樣機的現場試驗。 美國 BMS蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)技術發(fā)展于電力應用工業(yè)。此電路的缺點是：在 A/D轉換過程中，電容上的電壓能發(fā)生變化，使其精度趨低，而且電容充放電時間及晶體管和隔離芯片等器件動作延遲等因素，決定采樣時間長 等缺點。其缺點是響應速度慢、在小信號范圍內線性度差、精度低。用觸點式繼電器切換的缺點是：體積大、成本高、壽命短、速度慢，且其電壓值計算比較麻煩；有人提出另外一種方法：在多路輸入信號的選擇上采用模擬開關進行選通，在模擬信號的轉換上采用可編程定時器的 V/F轉換器。在解決如何測量單體電池電壓問題上，人們進行了大量的研究工作。在電壓的測量方法上，對單個電壓量的測量方法非常簡單。蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)中，主要內容是 對單電池電壓的監(jiān)測。 國內外發(fā)展狀況 隨著科學技術的發(fā)展，特別是單片機和計算機在智能化控制方面的應用，以及在變電站綜合自動化系統(tǒng)等方面研究的深入，關于蓄電池的自動化監(jiān)測問題也提到日程上來。而蓄電池組作為直流系統(tǒng)向外供電的唯一設備，為電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)中的信號裝置、繼電保護裝置和控制裝置等重要負載提供工作電源，其性能的好壞直 接關系到電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的安全可靠性。 本課題研究的意義 蓄電池作為一種化學電源， 1860 年普蘭特首次發(fā)明了實用的蓄電池以來，蓄電池以其價格低 廉、易于浮充使用、電能效率高、電源獨立性好、可移動等優(yōu)點被廣泛應用于發(fā)電廠、變電站、郵電通訊系統(tǒng)、汽車、船舶、鐵路客車等各個領域。 1 基于單片機的 蓄電池檢測系統(tǒng)設計 1 引言 蓄電池作為一種供電方便、安全可靠的直流電源廣泛應用于電力、石化、通訊等領域，為獲得較高的電壓，常用多節(jié)蓄電池串聯工作方式。由于單體蓄電池特性的差異，在運行一段時間后，電池組中個別電池性能變差，進而失效，造成電池組整體性能下降，導致整個系統(tǒng)的可靠性降低，且蓄電池是一種化學反映裝置，內部的化學反映不易及時發(fā)現，因此有必要對蓄電池的運行狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測。 隨著經濟的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)發(fā)揮著越來越重要的作用，由蓄電池組、充電浮充電裝置以及饋電支路開關和熔斷器等組成的直流系統(tǒng)是發(fā)電廠、變電站和通信基站中的一個重要組成部分，其工作狀況的好壞直接影響到電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的安全、可靠和高效運行。因此為了確保用電設備即使在交流電源全部中斷的情況下也能正常安全連續(xù)運行，必須保證蓄電池組的運行狀態(tài)性能良好，在發(fā)生火電中斷時能夠有足夠的放電容量，所以重視和加強對蓄電池的維護工作，特別是對蓄電池實施實時在線監(jiān)測意義重大。近幾年以來，很多人開始研究蓄電池的自動化監(jiān)測。其中，關于溫度和電流的測量都屬常規(guī)測量，而且在這些方面的測量技術都已成熟。其中，最關鍵的是如何測量電池組中串聯在一起的單體電池電壓。有人提出用繼電器來切換電池組中的每只電池。其中， 在解決輸入信號電壓高于芯片的最大工作電壓的問題上存在技術難點，且采用 V/F 轉換作為 A/D轉換器。關于在線測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電容器構成采樣，保持電路來測量蓄電池組中單只 2 電池電壓。國內研制并投產的 ZXJ24/21型蓄電池組智能監(jiān)測儀，采用浮動地技術測量蓄電池組中各單體 電池電壓，測量結果比較準確，但也存在模擬開關切換以及各器件的不一致性問題對浮動地的電位的影響，從而使測量結果偏差加大 [2]。 1989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站（ PBWC）鉛酸蓄電池綜合在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。測定的參數包括：電池組電壓、單體電壓、（浮充電）維持電流、電池內部溫度、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。這種模塊通過光纜將狀態(tài)數據傳輸到蓄電池組監(jiān)測器，每一電池組監(jiān)測器可監(jiān)測 256個單電池?？刂浦行?PC機能定期查詢所有運行組的監(jiān)測器，下載并處理儲存的數據，存儲和顯示電池狀態(tài)及其趨勢的信息，能獲得每一節(jié)電池的參數。單電池電壓的測量是使用傳統(tǒng)的一個直接帶有穩(wěn)壓的 A/D轉換器。電池組電流的測量用霍爾效應磁域傳感器來測量。電池組溫度的測量是用同樣的裝置來測量。此項研究成果應用于電廠、變電站、通信、電動車輛及醫(yī)療等領域。因此，監(jiān)測的重點也有差異，在監(jiān)測的方法和手段上人們進行了大量的 研究和探索。 [4]同時在蓄電池上安裝有 BMS蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)，以評價蓄電池的運行狀況。同樣重要的是，為對電池狀態(tài)進行分析和維護，將數據進行記錄。此 BMS的數據采集系統(tǒng)包括 16路單電壓通道、測量一個顯示電池溫度及環(huán)境溫度的 4路溫度通道、電池組電壓和電流通道。電源供電部分使用了 DC/DC變換器。 在韓國，有人研究光伏系統(tǒng)中的蓄電池狀態(tài)的監(jiān)測。蓄電池組的監(jiān)測內容有：單電池電壓、電池組電壓、通過電池組的電流及電解液的比重等。這個系統(tǒng)中有一個20個通道的掃描器、一個數字多路選擇器及一個筆記本電腦。研究的監(jiān)測系統(tǒng)不僅要監(jiān)測以上這些內容，而且采用了一種“電流中斷技術”，以 測量電池組充電時電池的內部電阻。 [5] 國外有人研究 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)測的內容包括：單電池電壓、電池內部溫度、放電電流及放電過程中測量電池組總電壓。這樣更有利于對蓄電池的維護，延長蓄電池使用壽命 [6]。另一方面要避免出現意想不到的各種事故。 2)單節(jié)電池管理 對電池組中的單節(jié)電池的管理，可以及時發(fā)現單節(jié)電池的電狀態(tài)，對單節(jié)電池動態(tài)電壓和溫度的變化進行實時測量，以便及時發(fā)現單節(jié)電池存在的問題，并采取有效的防范措施。 4 2 設計要求及系統(tǒng)框圖 控制要求 UPS 電源是電力、通信、銀 行等行業(yè)的必備電源，要求其穩(wěn)定可靠。 精確預測蓄電池的臨界失效期 ,對提高 UPS 系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。 其主要任務是完成蓄電池各個參數（電壓、電流、溫度、剩余電量）的采集，并且可以顯示輸出，當各參數超限時，產生聲光報警。 系統(tǒng)框圖 蓄 電池監(jiān)測系統(tǒng)最基本的作用是監(jiān)測電池的工作狀態(tài)：電池的電壓、電流和溫度，預測蓄電池 SOC，管理電池的工作情況，避免出現過放電、過熱，對出現的故障應能及時報警，以