【正文】 (1) 非常高的功率密度。 (2) 充放電速度快。這可以很好的滿足機(jī)車啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的時(shí)間要求。超級(jí)電容器的循環(huán)壽命可達(dá) 10 萬次以上，比蓄電池壽命高 100 倍以上。超級(jí)電容器可以在 45～ 105℃ 的溫度范圍內(nèi)正常工作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通蓄電池的高溫和低溫性能。 70 年代末將超級(jí)電容用在了計(jì)算機(jī)上， 1975 年及隨后的幾年， NEC 公司研究了基于 H 在 Pt 上的欠電位沉積， Ru02 的氧化還原反應(yīng)類型的超級(jí)電容，并稱之為 Super capacitors， 1978 年日本 Panasonic／ Matsushita 公司將其產(chǎn)業(yè)化，開發(fā)出第一代商用的超級(jí)電容，其能量與功率可作為電腦的輔助電源。 二十世紀(jì)九十年代，由于電動(dòng)汽車發(fā)展的迫切要求 ，超級(jí)電容的研究熱點(diǎn)進(jìn)入到了大功率和大能量上。 1996 年俄羅斯洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 Elytra 公司研制出了采用純電容器作電源的電動(dòng)汽車樣品，采用 300 個(gè)超級(jí)電容串聯(lián)，可載 20 人，充電一次可行駛 12km，時(shí)速 25km／ h。 課題的研究的目的與意義 超級(jí)電容作為一種新型電荷儲(chǔ)能元件，具有大容量、大電流快速充放電、壽命長(zhǎng)和無污染的優(yōu)異特性。然而受制造工藝影響，同一型號(hào)的超級(jí)電容單體之間的容量、等效并聯(lián)內(nèi)阻等參數(shù)各不相同，并且各個(gè)參數(shù)隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生變化。經(jīng)過多次循環(huán)后，各個(gè)單體將處于相差很大的狀態(tài)。 本課題的研究理論意義在于對(duì)超級(jí)電容的單體電壓檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)，可以對(duì)超級(jí)電容電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，為后續(xù)的電壓均衡提供依據(jù)。同時(shí)本課題的研究將為超級(jí)電容在能量回收系統(tǒng)中的應(yīng)用提供有利支持，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。為方便裝配，一般將超級(jí)電容多節(jié)裝成一組 (如上海奧威公司一般 20 節(jié)串聯(lián)裝成一箱 )，組之間再進(jìn)行串并聯(lián)。 超級(jí)電容測(cè)試系統(tǒng)是對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行研究的基礎(chǔ)部分，系統(tǒng)的主要作用是采集與電容特性有關(guān)的狀態(tài)值，比如電壓、電流、溫度等，為接下來的研究工作提供詳細(xì)、可靠的數(shù)據(jù)。 (2) 數(shù)據(jù)顯示 通過程序控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)檢測(cè)每一路通道采集到的參數(shù)值并通過 LED 數(shù)碼管顯示電壓值。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)研究的是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容器充放電電壓的測(cè)試。這種方案是利用單片機(jī)系統(tǒng)與模 數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊等的結(jié)合檢測(cè)并顯示電壓。此方案的原理是模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓端，被測(cè)量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測(cè)電壓。最后單片機(jī)系統(tǒng)將計(jì)算好了的被測(cè)電壓值按一定的時(shí)序送入顯示電路模塊加以顯示 [3]。在這里，不得不先簡(jiǎn)單的介紹一下幾種常用的 8 位單片機(jī)。而目前常用的單片機(jī)的 8 位有 51 系列單片機(jī)， AVR 單片機(jī)， PIC 單片機(jī)。 51 系列單片機(jī)的特點(diǎn)是：硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了 51 的芯片核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充其性能，使得芯片的運(yùn)行速度變得更快，性價(jià)比更高。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)起著連接硬件電路與程序運(yùn)行及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的任務(wù)，一方面，它將 A/D 轉(zhuǎn)換器、顯示器和語音芯片等通過 I/O 口地址線和數(shù)據(jù)線連接起來；另一方面，它將用戶下載的程序通過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，從而實(shí)現(xiàn)冊(cè)電壓的功能 [4]。所以， A/D 芯片的選擇是設(shè)計(jì)過程中一個(gè)很洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 重要的環(huán)節(jié)。 AD0809 是8 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，它是由一個(gè) 8 路的模擬 開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成 。 些A/D 轉(zhuǎn)換器是的特點(diǎn)是 8 位精度，屬于 并行口，如果輸入的模擬量變化大快，必須在輸入之前增加采樣電路。它易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通各輸入通道。它可以從主機(jī)高速傳輸轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 綜合上述幾種 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的特點(diǎn)，前 兩種芯片的性能和精度都不如第三種芯片。 LTC1864 采用 MSOP 封裝的微功率、 16 位、 250ksps 單通道和 ADC 特點(diǎn) 。 顯示器件的選擇 本次設(shè)計(jì)中有顯示模塊，設(shè)計(jì)要求顯示最后電壓的數(shù)字值并且要精確到 。 DIG0~DIG7腳， 8位共陰極數(shù)碼管的控制輸入端，顯示關(guān)閉時(shí)輸出高電平。 CS 腳，片選輸入端，當(dāng) CS=0時(shí)，串行數(shù)據(jù)存入移位寄存器 ,當(dāng) CS為上升沿時(shí)鎖存最后 16位數(shù)據(jù)。 SEGA~SEGG， SEGDP 腳，數(shù)碼管七段驅(qū)動(dòng)和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)端，關(guān)閉顯示時(shí)各段驅(qū)動(dòng)輸出為高電平。 VDD腳， 5V正電壓輸入端。 D I N1CS12C L K13I S E T18DOUT24A14B16C20D23E21F15G17DP22D I G 02D I G 111D I G 26D I G 37D I G 43D I G 510D I G 65D I G 78 圖 23 MAX7221引腳圖 16 路模擬開關(guān)選擇 為達(dá)到分壓的目的，必須選用多路開關(guān)，這里我選用 CC4067— 16 選模擬開關(guān)。另外，在整個(gè)輸入信號(hào)范圍內(nèi)，導(dǎo)通電阻保持相對(duì)穩(wěn)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 定。 C＝ 1 時(shí)，關(guān)閉所有的通道。 1. 推薦工作條件： 電源電壓范圍???? 3V～ 15V 輸入電壓范圍???? 0V～ 5V 2. 極限值： 電源電壓? － ～ 18V 輸入電壓?? － ~VDD+ 輸入電流????? .177。 MAX232 通信串口 MAX232 產(chǎn)品是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。 該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平。 主要特點(diǎn) : (1) 單 5V 電源工作； (2) LinBiCMOSTM 工藝技術(shù) ； (3) 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器 ； (4) 177。 本系統(tǒng)的測(cè)試對(duì)象最高為 16 個(gè)單體超級(jí)電容串聯(lián)而成的超級(jí)電容組，由于單體超級(jí)電容電壓較低，一般在 左右，故在測(cè)量單體電容的電壓時(shí)，設(shè)計(jì)采用直接測(cè)量單體電容的電壓差，但是由于超級(jí)電容串聯(lián)后，電容兩端電位升高，故在送入 A/D 轉(zhuǎn)換器前對(duì)這個(gè)差分信號(hào)進(jìn)行降壓，方案為對(duì)每一路信號(hào)分別降壓，即將每一路信號(hào)都送入降壓網(wǎng)絡(luò)，該降壓網(wǎng)絡(luò)由 16 組電阻組成，每組電阻由一個(gè) 10K 電阻和一個(gè) 19K 電阻串聯(lián)而成，輸入信號(hào)由每組電阻的兩端進(jìn)入，降壓后的信號(hào)由兩個(gè)電阻中間輸出，輸入、輸出電壓信號(hào)比值為 10。通道切換電路由一片 CD4067 構(gòu)成 16 雙通道模擬開關(guān)，由單片機(jī)控制進(jìn)行通道切換。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和節(jié)省端口，選擇串行接口靜態(tài)顯示方式。其電路圖如圖所示： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 32 顯示電路 串行通信電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中， AT89C51 與上位機(jī)通過 RS232C 總線進(jìn)行通信，由于單片機(jī)輸入 /輸出電平為 TTL 電平，而上位機(jī)配置的是 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此，要完成上位機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換 [9]。 MAX232 芯片是 MAXIN 公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的 IC芯片，適用于各種 EIA232C 和 。 10V 電壓。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 具體電路實(shí)現(xiàn)如下： 圖 33 串行通信電路 電源電路設(shè)計(jì) 電源電路采用 220V 交流輸入，經(jīng)變壓器降壓后再由整流橋轉(zhuǎn)換成直流電壓，經(jīng)過 LM7805 穩(wěn)壓器變成 +5V 電壓，電源電路設(shè)計(jì)有發(fā)光二極管指示燈，提示電路工作正常 [10]。 系統(tǒng)仿真圖 系統(tǒng)仿真圖詳見附錄 2 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 4 章 系統(tǒng)下位機(jī)程序設(shè)計(jì) 下位機(jī)程序設(shè)計(jì) 在下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)上，采用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法。 采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，有下述優(yōu)點(diǎn)： 單個(gè)模塊結(jié)構(gòu)的程序功能單一，易于編寫、調(diào)試和修改； 便于分工，從而可使 多人同時(shí)進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試工作，加快軟件開發(fā)進(jìn)度； 程序可讀性好，便于功能擴(kuò)充和升級(jí)； 對(duì)程序的修改可局部進(jìn)行，其他部分可保持不變； 對(duì)于使用頻繁的子程序可建立子程序庫，便于多個(gè)模塊調(diào)用； 主程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)上電復(fù)位后，要對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行初始化，如 I/O 口、內(nèi)部定時(shí)器、中斷及外部器件的設(shè)定，之后調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序，依次采集各個(gè)單體電容的電壓值，送外部 RAM 存儲(chǔ) [11]。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 數(shù)據(jù)采集子程序有通道控制、 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)接收、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等操作，首先設(shè)置通道循環(huán)次數(shù)，再控制多路開關(guān)選通第一路通道，而后啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，轉(zhuǎn)換結(jié)束后單片機(jī)通過 SPI 總線接口完成數(shù)據(jù)接收，進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換后存入數(shù)組中 [12]。顯示程序設(shè)計(jì)分兩步完成，第一步把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 BCD 碼，第二步移位傳送數(shù)據(jù)至 MAX7221，驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管顯示[13]。 當(dāng)對(duì)超級(jí)電容組的采樣轉(zhuǎn)換結(jié)束后，檢測(cè)發(fā)送中斷標(biāo)志位是否為 1，若為 1 則表示上一段數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入發(fā)送寄存器，并啟動(dòng)發(fā)送；而中斷標(biāo)志位不為 1 時(shí)，則為誤操作，系統(tǒng)不做任何響應(yīng)。 串行通信子程序流程圖如圖 所示。 C 語言是 Microsoft 公司推出的一款集成開發(fā)工具，它具有友好的可視化開發(fā)環(huán)境和豐富的應(yīng)用程序向?qū)Чδ埽蟠蠼档土?Windows 應(yīng)用程序開發(fā)的復(fù)雜性和難度。為了便于測(cè)試，設(shè)計(jì)一可視化界面便于設(shè)計(jì)人員與下位機(jī)進(jìn)行交互。 圖 51 上位機(jī)界面 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 程序開始運(yùn)行進(jìn)入主界面，選擇參數(shù)配置模塊 ，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸接口進(jìn)行初始化，即通信協(xié)議的確定，其中包括串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)、停止位等項(xiàng)目的設(shè)置。 開 始結(jié) 束設(shè) 置 串 口 參 數(shù)（ 串 口 號(hào) 、 波 特 率 、 數(shù) 據(jù) 位 等 ）打 開 串 口讀 取 數(shù) 據(jù)接 收 數(shù) 據(jù)關(guān) 閉 串 口 圖 52 上位機(jī)程序流程圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 結(jié) 論 本文首先探討了超級(jí)電容的產(chǎn)生，發(fā)展以及特點(diǎn)，對(duì)超級(jí)電容測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了研究。本論文具體完成如下工作 : (1) 完成了硬件電路的設(shè)計(jì)，其中有 16 組電壓分壓測(cè)量的設(shè)計(jì)、采樣電路的設(shè)計(jì)、 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)、顯示電路設(shè)計(jì)、通信電路設(shè)計(jì)等計(jì)。 (3) 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分運(yùn)用了模塊化設(shè)計(jì)的思想。軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)于每個(gè)子程序的設(shè)計(jì)都采用結(jié)構(gòu)化的 方法，可讀性強(qiáng)，便于以后的修改完善。在以后的研究工作中，這些方面都有待進(jìn)一步深入探討。從論文的擬題、方案、設(shè)計(jì)等方面張老師始終為我們指引設(shè)計(jì)方向，使我們能在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)完成。四年里，我們沒有紅過臉，沒有吵過嘴，我們是最和睦的模范宿舍！只是今后大家就難得再聚在一起吃每年元旦那頓飯了吧，沒關(guān)系，各奔前程，大家珍 重。 最后，我要感謝我的親人，感謝父母?jìng)ゴ蟮膼郏奈柚蚁蛉松囊粋€(gè)個(gè)目標(biāo)奮勇前進(jìn)，我的成績(jī)永遠(yuǎn)都有他們的。 sbit key2=P3^7。 sbit A1=P1^1。 sbit A3=P1^3。 uint counter=0。 while(n) { for(i=0。i++)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 if(counter=16)counter=0。 } switch(counter) {case 0:CE=0。break。P1=0xFe。 case 2:CE=0。break。P1=0xFc。 case 4:CE=0。break。P1=0xFa。 case 6:CE=0。break。P1=0xF8。 case 8:CE=0。break。P1=0xF6。 case 10:CE=0。break。P1=0xF4。 case 12:CE=0。break。P1=0xF2。 case 14:CE=0。break。P1=0xF0。 } } 顯示及通信程序： include define addo ()//2161=65535， 16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 sbit DIN = P2^0。 sbit CLK = P2^2。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 sbit SCK = P2^4。 static unsigned char disbuf[8] = {1,2,3,4,5,6,7,8}。 void WriteByte(uchar dat) { uchar i。i8。0x80)?1:0。 _nop_()。 _nop_()。 WriteByte(addr