【正文】 物質(zhì)之間的連接，在閥控密封鉛酸蓄電池中，還會因影響氣體復合時的 通道而影響氣體的復合效率。所謂真實表面積，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算出來的面積大的多，一方面包括極板的片數(shù)，另一石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 10 方面還包括極板細孔的表面積。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表面積要比極板的表觀表面積大幾百到幾千倍。因此對于體積、重量一定的鉛酸蓄電池來說，要想提高其放電容量，可以通過增大極板的真實表面積來得到。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。極板中心距的大小對電池的容量也有一定的影響，這個影響可以從兩個方面來分析，一是要考慮電解液量對電池容量的影響；二是通過 極板中心距的改變影響內(nèi)阻，進而影響電池放電時放出電量的多少。大家都知道，極板中活性物質(zhì)孔內(nèi)的酸液量遠遠不夠活性物質(zhì)電化學反應(yīng)的需要，據(jù)報道鉛酸電池極板中的酸液量僅夠活性物質(zhì)總量的 10%參加電化學反應(yīng)。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)計時，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，放電容量同樣也會上升。反之，放電電流密度小時，放電容量增大。此外，放電電流密度大時，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，生成晶粒細小而又致密的薄層硫酸鉛鹽層，它會在電解液來不及擴散進入活性物質(zhì)內(nèi)部時堵塞孔道，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。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散到極板深處與活性物質(zhì)接觸、反應(yīng)，當然能石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 11 夠放出較多的容量。比如，針 對固定型的閥控密封鉛酸蓄電池，各種標準基本都規(guī)定， 3小時率放電的容量只要達到 10小時率放電容量的 75%即判為合格。終止電壓是根據(jù)實際需要而定的，一般小電流放電時，終止電壓高些，大電流放電時，終止電壓低些。超過終止電壓的容量最多也不能超過總?cè)萘康?10%左右。而大電流放電時，電壓沒有平坦部分，這時主要是擴散跟不上，形成的 PbSO4較細，再充電時容易還原成金屬鉛，所以終止電壓可以定得高些。電池容量隨著溫度降低而減小，與溫度對電解液粘度和電阻有嚴重影響密切相關(guān)。另外，溫度低時，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，同樣也導致電池容量降低。 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。雖然低密度的電解液會對電池容量產(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，電解液的固有電阻增加，粘度變大，同時電池的自放電也增大，對電池容量反而不利。相對密度在 ，除能增加自放電外，還會加速電池中隔板和正極板柵的腐蝕。 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 13 第 3 章 AT89C51 單片機結(jié)構(gòu)及功能簡介 AT89C51 簡介 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲器 (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 。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復 擦除 100次。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。 主要特性 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 三級程序存儲器鎖定 32位 可編程 I/O線 5個中斷源 低功耗的閑置和掉電模式 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 14 GND：接地。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。在 FIASH編程時， P0口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口： P2口為一個內(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TTL門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL門電流。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。 RST：復位輸入。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 15 位字節(jié)。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。注意加密方式 1時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 EA 端保持高電平時，此間為內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 振 蕩器特性 : XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。石英晶體振蕩和陶瓷振蕩均可采用。輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。這個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。對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會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。采用外部時鐘的電路如圖 31 右圖所示。 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 16 圖 31 內(nèi)部振蕩電路和外部振蕩電路 由于外部時鐘信號是通過一個 2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的。 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 17 第 4 章 硬件設(shè)計 采樣電路的設(shè)計 設(shè)計思路 對蓄電池進行容量檢測，需要大電流恒流放電，并且要測量出電流值，通過積分和累加計算出蓄電池容 量，因此必須有電流取樣電路。 設(shè)計方案 電壓采樣時，電路采用分壓形式，蓄電池電壓變化范圍為 ，分壓后將 A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端。而蓄電池容量檢測需要對蓄電池進行恒流放電，因此在電流采樣電路中加入了恒流放電裝置，該恒流放電電路的詳細說明見 ；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。 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 18 原理圖 圖 41 采樣電路原理圖 恒流放電電路的設(shè)計 設(shè)計思路 為了檢測蓄電池的容量，需要對電池進行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補償降低的電壓，使電流基本恒定。 Q2與 Q3三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)。電壓隨著放電時間的延長而減小。該電壓與基準電壓比較并經(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]。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。 由于檢查不同種類的蓄電池時，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。 蓄電池的終止電壓為 ， IL為 ，取 RL=2Ω。 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 20 數(shù)字顯示電路的設(shè)計 設(shè)計思路 靜態(tài)顯示亮度高，編程容易，管理也比較簡單，但占用的 I/O口資源較多，為了簡化電路，降低成本，數(shù)字顯示采用動態(tài)顯示方式。在這種方法中，顯示器件分時工 作，每次只能有一個器件顯示。這種顯示方法的優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低；但占用機時多，只要單片機不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。 設(shè)計方案 圖 43為 89C51單片機和三位共陰極顯示器的接口電路。 原理圖 圖 43 數(shù)字顯示電路原理圖 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 21 A／ D 接口電路的設(shè)計 設(shè)計思路 本設(shè)計要進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。 ADC0809 簡介 ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 ： (1)8 路 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位。 (3)轉(zhuǎn)換時間為 100μs。 (5)模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準。 (7)低功耗，約 15mW。下面說明各引腳功能。 21～ 28： 8 位數(shù)字量輸出端。 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平 (轉(zhuǎn)換期間一直為低電平 )。當 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。要求時鐘頻率 范圍 是 101280kHz。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 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。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復位。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖剑甘?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 設(shè)計方案 ADC0809 與單片機的硬件接口方式有：查詢方式、中斷方式和等待延時方式?？紤]到本次設(shè)計要求同時進行容量計算及電壓和容量顯示，因此選用中斷方式。 ADC0809 芯片內(nèi)部沒有時鐘脈沖源，可以利用單片機提供的地址鎖存控制輸入信號 ALE，作為 ADC0809的時鐘輸入。 AT89C51 單片機的時鐘頻率是 6MHz，則 ALE 端輸出信號的頻率為 1MHz，符合 ADC0809 對時鐘頻率的要求。地址選通端分別與三個地址線相連，用于選通 IN0— IN7中的某一通道。 與 WR相或非，產(chǎn)生啟動信號 START 和地址鎖存控制信號 ALE； 與 RD 相或非產(chǎn)生輸出允許控制信號 OE。 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 23 原理圖 圖 44 A/D接口電路原理圖 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 24 第 5 章 軟件設(shè)計 主要算法 電壓 255D5U 11s ?? (51a) 8876s R RRRUU ???? (51b) 式中： 1D — A／ D轉(zhuǎn)換 IN1輸入端的 8位輸出； 1sU — IN1輸入端的模擬電壓值； U — 蓄電池的端電壓。 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)。 Q=?t0 Idt (53) 式中： I— — 電池的放電電流； t—— 電池的放電時間。 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 25 tIQ ???? (54) 式中： I為測量的負載電流； t? 為單片機采樣周期 (即 1ms)。 ?I 每次累加到 360000A，則容量 Q加上 。當 ?I =36000時， 83H為 1，然后 82H， 83H的數(shù)據(jù)清零。如此反復，則能實現(xiàn)容量 Q以 ，進而顯示成。程序流程如圖 51所示。 (2)設(shè)置 A/D中斷。 (4)啟動 A/D轉(zhuǎn)換。 (6)讀 A/D結(jié)果寄存器。 A/D 轉(zhuǎn)換啟動子程序： 。開中斷 SETB IT1 。選通通道 0 SETB MOV DPTR,A 。延時 10us SETB EX1 。保護現(xiàn)場 PUSH ACC PUSH DPH 石家莊鐵道學院畢業(yè)設(shè)計 28 PUSH DPL MOV DPTR,0BFFFH MOVX A,DPTR 。選通通道 1 CLR MOVX DPTR,A AA: POP DPL POP DPH POP ACC POP PSW RERI 數(shù)字顯示程序設(shè)計 本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式， LED 為共陰極。 數(shù)字顯示子程序： 。71H,72H,73H 中為查表得到的顯示碼 。數(shù)字轉(zhuǎn)換成顯示碼 (最高位 ) MOV 71H,A 。數(shù)字轉(zhuǎn)換成顯示碼 (中間 ) ADD A,80H 。顯示碼填入顯示緩沖 72H MOV A,53H MOV DPTR,LEDMAP MOVC A,A+DPTR 。顯示碼填入顯示緩沖 73H CLR CLR CLR 。顯示最左邊一位八段管