【正文】 ming of AT89C51 SCM can achieve the following basic requirements: 1, battery capacity measurement by battery discharge。 4, alarm after the end of a measure. In order to detect the battery voltage, show that voltage, we must sample voltage, and sampling circuit is small current discharge so that test the voltage more accurate。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通訊、電力、鐵路、礦山、港口、國(guó)防、計(jì)算機(jī)、科研等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類生活中不可缺少的產(chǎn)品。 “整個(gè)試驗(yàn)期間蓄電池均放置在溫度 25177。2 ℃ 范圍較為精確，且規(guī)定電池、水浴之間的距離，使之在反應(yīng)過程中不會(huì)相互影響。 2℃的要求，第一，只有在相同的環(huán)境條件下的試驗(yàn)結(jié)果才具有可比性，可重復(fù)性；第二，在放電過程中，蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，是放出能量，蓄電池要從環(huán)境中吸熱，蓄電池溫度下降，為避免影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，需要有恒溫水浴向蓄電 池補(bǔ)充熱能使其溫度恒定。務(wù)必使試驗(yàn)溫度保持在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，才能減少系統(tǒng)誤差，得出精確數(shù)據(jù)，真實(shí)反映產(chǎn)品的質(zhì)量水平。 國(guó)內(nèi)外研究狀況 電池工業(yè)是新能源領(lǐng)域的重要組成部分，是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)新熱點(diǎn)，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類生活中不可或缺的產(chǎn)品。近年來，致力于研究蓄電池 容量檢測(cè)儀的研制，鉛酸蓄電池技術(shù)不斷發(fā)展，一些產(chǎn)品日臻成熟。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為核心，采用 PID 算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載 (陶瓷加熱器 PTC)阻抗的精確控制，以保證放電電流的恒定。 學(xué)術(shù)期刊《通信電源技術(shù)》 2021 年 2期收錄的由高玉峰、劉亞龍、李春安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 平所著的《 基于改進(jìn)型 Boost 電路的鉛酸蓄電池容量檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 》， 針對(duì)鉛酸蓄電池容量檢測(cè)的特點(diǎn) ,提出了一種以 Boost 電路為主電路 ,應(yīng)用 PI 調(diào)節(jié)和PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒流放電的方案 .對(duì)傳統(tǒng) Boost電路進(jìn)行改進(jìn) ,解決 了啟動(dòng)浪涌電流大和蓄電池誤接自保護(hù)的問題 .闡述了放電電阻的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 ,給出了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 .仿真和實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性 。文章介紹 研制的全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀 ,該機(jī)配有光電隔離型模入、 I/O 信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊 ,提供了 USB接口 ,方便與 PC機(jī)相聯(lián) ,操作系統(tǒng)用目前流行的 Windows,對(duì) 4路蓄電池容量并行檢測(cè) ,每路可檢測(cè)單個(gè) 6/12/24 V 蓄電池 ,放電電流從 ～ 80 A 實(shí)現(xiàn)程序可控 ,能精確檢測(cè)每個(gè)蓄電池的容量 . 在 2021 年 3期的《電源技術(shù)》學(xué)術(shù)期刊中由 儲(chǔ)開斌 、 陳樹越 、 何寶祥 所著的《 基于 DSP 的蓄電池容量性能測(cè)試儀的設(shè)計(jì) 》中 提出了一種基于 DSP 的蓄電池容量性能測(cè)試儀的設(shè)計(jì)方案 .以 DSP 為核心 ,多種控制模塊為主要結(jié)構(gòu) ,用于測(cè)試 蓄電池的容量、壽命及配組等相關(guān)指標(biāo) .其中 ,充放電模塊采用線性方案 ,高精度數(shù)據(jù)采集采用 DSP 內(nèi)置 A/D 芯片 ,實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量 ,符合國(guó)標(biāo)對(duì)蓄電池的測(cè)試要求 .可為研究分析和改善使用的蓄電池性能和壽命提供科學(xué)依據(jù) .該儀器可單機(jī) ,也可通過 RS485 進(jìn)行組網(wǎng)測(cè)試 ,具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用前景 . 雖然上述的研究已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池容量檢測(cè)的合理化，也有部分已經(jīng)成為產(chǎn)品，但是由于這種技術(shù)的限制以及電池內(nèi)部能量的不可量化性，其產(chǎn)品仍不能滿足要求。特別對(duì)于廣大現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師而言，這種需求更顯迫切。蓄電池的放電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)化變?yōu)榛瘜W(xué)能的的過程。對(duì)它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測(cè)試是非常困難的。對(duì)于使用者來說，從外部來看，密封蓄電池是一個(gè)“黑箱”，至少是一個(gè)“灰箱”。蓄電池容量測(cè)試技術(shù)的難點(diǎn)： (1)蓄電池的化學(xué)能不能直接測(cè)量。由于化學(xué)反應(yīng)不完全可逆。 (3)使用容量又與工作溫度和充、放電率，充、放電的方法有關(guān)，并隨著 SOC安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 狀態(tài)等條件在變化。即使對(duì)于同一個(gè)廠、同期生產(chǎn)的、同型號(hào)的蓄電池也是如此，無法避免。 (5)難以 等效。退一步說，使用非線性元器件的組合，可以等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也僅適用于特定的電池和特定的條件。 本設(shè)計(jì)要完成的工作 蓄電池具有良好的可逆性，電壓特性平穩(wěn)等諸多的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為 社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和人類生活中不可缺少的產(chǎn)品 ，為了真實(shí)反其產(chǎn)品的質(zhì)量水平， 精確檢測(cè)蓄電池容量 ， 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 “整個(gè)試驗(yàn)期間蓄電池均放置在溫度25177。所以全自動(dòng)容量檢測(cè)儀工作時(shí)必須 包括二部分，即蓄電池容量檢測(cè)部分和水浴恒溫控制部分。 如圖 所示。2℃ 的水浴中 ，所以控制過程中必須及時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行精確控制。 電池容量檢測(cè)部分，在容量檢測(cè)時(shí)必須按 20h 率容量、 10h 率容量、 7min率 27min 率、儲(chǔ)備容量的放電要求，即使同一的型號(hào)蓄電池的按不同的要求也有不同的放電電流，所以必須選擇可控的恒流負(fù)載器。如此可實(shí)現(xiàn) 4路蓄電池容量的高精度檢測(cè)。核對(duì)放電法即全放電的容量試驗(yàn)， 是檢測(cè)電池容量最直接、最可靠的方法，無論是在線還是離線進(jìn)行檢測(cè)，都必須設(shè)置備用電源作為防范措施，以保證系統(tǒng)的安全。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用了新型的等效的電子負(fù)載，以保證電池組恒流放電。不過它的缺點(diǎn)也很突出，主要表現(xiàn)為： (1)放電時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)大，電池 組須脫離系統(tǒng)，蓄電池組所存儲(chǔ)的化學(xué)能全部以熱能形式消耗掉，既浪費(fèi)了電能又費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低；少數(shù)放電系統(tǒng)采用逆變技術(shù)可以將化學(xué)能予以回收利用。 (3)目前，核對(duì)放電只能測(cè)試整組電池容量，不能測(cè)試每一節(jié)單體電池容量，以容量最低的一節(jié)作為整組容量，而其他部分電池由于放電深度不夠，其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來。由于蓄電池的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不是完全可逆的。但是間隔時(shí)間過長(zhǎng)，兩次核對(duì)之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。密封蓄電池的使用壽命是否終結(jié)的主要判據(jù)為，電池的剩余容量是否滿足機(jī)房工 作要求，或者滿足有關(guān)維護(hù)規(guī)程的要求。 對(duì)于電池組采用 1%～ 5%C的淺度放電；機(jī)房可以沒有備用電池組。目前，此法可以較快地判定電池組中部分或者個(gè)別落后或劣化電池，但還不足以準(zhǔn)確測(cè)定電池的好壞程度，包括電池的容量等指標(biāo)，僅適宜作為一個(gè)定性測(cè)試的參考。原因是多方面的，其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因，有蓄電池電化學(xué)特性的原因，即容量相同的蓄電池的負(fù)載電壓本身具有離散性。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小，并可以快速查找落后電池。同時(shí)測(cè)試要求較高，測(cè)試情況還不是很理想，尤其是容量測(cè)試準(zhǔn)確度較低。從測(cè)試技術(shù)分為交流法和直流法，使用 95%以上的電導(dǎo) (內(nèi)阻 )測(cè)量?jī)x屬于交流法。電導(dǎo)是頻率的函數(shù)，不同的測(cè)試頻率下有不同的電導(dǎo)值，電池的容量越小，電池電阻越大，電導(dǎo)值越小。采用電導(dǎo)法測(cè)試電池的內(nèi)阻或電導(dǎo)是判定蓄電池好壞的一種有價(jià)值的參考思路，但是問題如下： (1)對(duì)于電池的好壞程度，還不能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)；不足以準(zhǔn)確地測(cè)算出電池的實(shí)際性能指標(biāo)，尤其是容量指標(biāo)；不能判斷 (SOC)容量 50%以上的蓄電池的好壞；不能到達(dá)國(guó)標(biāo)的要求。 (2)不同型號(hào)的儀表測(cè)量結(jié)果的差異性較大，由于各種交流法測(cè)量?jī)x的測(cè)量頻率 (15Hz～ 1000Hz)、測(cè)量方法 (相位差法、有效值法、調(diào)制解調(diào)法、比較法等等 )和測(cè)量電流 (1A～ 10A)相差較大，讓使用不同的測(cè)量?jī)x對(duì)于同一塊電池的測(cè)量結(jié)果相差較大，有時(shí)相 差一倍。目前基于直流法的電導(dǎo) (內(nèi)阻 )測(cè)量?jī)x檢測(cè)水平也未能超出交流法測(cè)量?jī)x。 Ah容量法 對(duì)于動(dòng)力蓄電池，蓄電池需要頻繁的充電、放電。使用 Ah容量法記錄的電能量，需要知道蓄電池的初始狀態(tài)和終點(diǎn) SOC；但是初始狀態(tài)和終點(diǎn) SOC受到下述多種因素的影響，在一般情況下，并不是一個(gè)常數(shù)。 而本設(shè)計(jì)采用恒流放電，該電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。 蓄電池容量試驗(yàn)條件及要求 容量（ 以啟動(dòng)用鉛酸蓄電池為例 ）： 儲(chǔ)備容量和 20 h 率容量。2 ℃ 的水浴中 ， 電 池 上緣露出水面不得超過 25 mm，蓄電池之間和蓄電池與水浴壁之間的距離 ，均不得少于 25 mm。當(dāng)電解液溫度達(dá)到 25 ℃ 177。 ） V 時(shí)終止 ， 記錄放電持續(xù)時(shí)間 t（ min） 。 5 ℃ 的水浴中，蓄電池上緣露出水面不得超過 25 mm， 蓄電池之間和蓄電池與水浴壁之間的距離，均不得少于 25 mm。 5 ℃ 時(shí)，以 I20電流放 電到蓄電池 端電壓達(dá)（ 177。 3） 20 h 率實(shí)際容量按下式計(jì)算： Ce= I20 t 2［ 1－ （ T－ 25） ］ 式中： T 為放電終止時(shí)中間單體蓄電池電解液溫度（ 單位為 ℃ ） ； 0. 01 為溫度系數(shù)。隨著放電的進(jìn)行，蓄電池的電壓必然要降低，如不加入恒流放電裝置而是進(jìn)行定電阻放電，則放電電流也會(huì)隨著電壓的降低而降低。 電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，其方框圖為： 圖 恒流放電原理框圖 水浴溫度檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述 蓄電池容量與環(huán)境溫度的關(guān)系 蓄電池的容量是在環(huán)境溫度為 25攝氏度時(shí)測(cè)定的，當(dāng)使用環(huán)境溫度不同時(shí)，蓄電池的放電容量（蓄電池內(nèi)部活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)效率）會(huì)有所不同。因此，為準(zhǔn)備描述一只蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)容量，通常在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：也就是說， 我 國(guó) 電動(dòng)自行車蓄電池國(guó)家規(guī)定：若蓄電池在 25攝氏度時(shí)的相對(duì)放電容量為 100%，則 10攝氏度時(shí)的放電容量不得低于 70%。 2 小時(shí)率放電的標(biāo)準(zhǔn)放電時(shí)間為 74min， 35 攝氏度時(shí)放電140min。例如：其升 溫 單向 性是由于電加熱的升溫 、保溫主要是通過電阻加熱；降溫則通常是依靠自然冷卻，當(dāng)溫度一旦超調(diào)，就無法用控制手段使其降溫，因而很難負(fù)載電阻 RL 比較放大 調(diào)整環(huán)節(jié) 取樣電阻 RS 基準(zhǔn)環(huán)節(jié) E Ei + 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 用數(shù)字方法建立精確的模型，并確定參數(shù)。由于無法用精確的數(shù)學(xué)方法來建立模型并確定參數(shù)，本設(shè)計(jì) 采用 PID 控制。 PID 控制技術(shù)在現(xiàn)在最為成熟，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整，不必求出被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型就可以調(diào)節(jié)，所以在恒溫控制系統(tǒng)中通常采用 PID算法。PID 調(diào)節(jié)器的三個(gè)基本參數(shù) kp(比例系數(shù) )、 ki（積分系數(shù)）、 kd(微分系數(shù) )是選擇非常重要，它將直接影響一個(gè)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但過大的比例使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定； 積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除靜態(tài)誤差，提高無差度。積分調(diào)節(jié)輸出為一常值，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ti. Ti 越小，積分時(shí)間就越強(qiáng)；反之 Ti越大，積分時(shí)間就越弱。因此能產(chǎn)生超前的控制作用。因此微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。微分作用對(duì)噪音干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成 PI調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、穩(wěn)定 圖 PID 溫度控制原理框圖 鍵盤設(shè)定溫度值PID 控制器（ AT 89 C 51 ）雙向可控硅加熱器（ 水溫 ）水溫檢測(cè)（ DS 18 B 20 ）+安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 3 硬件設(shè)計(jì) 全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)需要用到許多的硬件設(shè)施，首先控制器選取單片機(jī) AT89C51。 AT89C51是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。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 32。對(duì)外接電容 C C2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。 10pF。 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí) ，且振蕩器 穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器 周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 如圖 所示。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方法是：溫度傳感器例如 AD590，將測(cè)量的溫度轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)再對(duì)采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 DS18B20 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度的范圍為 55176。 C，現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字式傳輸，大大的提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 溫度采集電路模塊如圖 所示。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位 光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換如下表 。