本科畢業(yè)論文-全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)DESIGNOFTHEAUTOMATICDETECTCAPACITYOFSTORAGEBATTERYINSTRUMENTATION學(xué)院（部）電氣與信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師年月日全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為核心的蓄電池容量檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)AT89C51單片機(jī)軟件編程可以實(shí)現(xiàn)以下基本要求1、通過(guò)蓄電池放電測(cè)量電池容量；2、測(cè)量電壓動(dòng)態(tài)值；3、可切換顯示電池容量/電壓；4、測(cè)量結(jié)束后有報(bào)警提示。為了檢測(cè)蓄電池的端電壓，以便顯示電壓，要進(jìn)行電壓采樣，并且采樣電路為小電流放電，使所測(cè)試的電壓值比較準(zhǔn)確；為了檢測(cè)蓄電池的容量，要進(jìn)行電流采樣，并且為大電流放電，放電電流為3A45A，還要求放電電流盡可能恒定。系統(tǒng)的恒流放電電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測(cè)的準(zhǔn)確。實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示電壓，放電到105V則放電結(jié)束。實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所放出的容量，積分計(jì)算出容量，不須人工計(jì)算。采用了ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)片內(nèi)有4K的ROM，不需外接ROM，由它設(shè)計(jì)制成的數(shù)字顯示的蓄電池容量檢測(cè)系統(tǒng)，其整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)單片化結(jié)構(gòu)，硬件電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，主要功能均由軟件編程實(shí)現(xiàn)，因此體積小、可靠性高、測(cè)量顯示方便、直觀、價(jià)格低廉。關(guān)鍵詞鉛酸蓄電池，容量檢測(cè)，恒流放電DESIGNOFTHEAUTOMATICDETECTCAPACITYOFSTORAGEBATTERYINSTRUMENTATIONABSTRACTTHEDESIGNISBATTERYMEASUREMENTSYSTEM,OFWHICHAT89C51MICROCONTROLLERASTHECORE,THROUGHTHESOFTWAREPROGRAMMINGOFAT89C51SCMCANACHIEVETHEFOLLOWINGBASICREQUIREMENTS1,BATTERYCAPACITYMEASUREMENTBYBATTERYDISCHARGE2,MEASURINGDYNAMICVALUEOFVOLTAGE,3,MAYSWITCHDISPLAYTHEBATTERYCAPACITY/VOLTAGE4,ALARMAFTERTHEENDOFAMEASUREINORDERTODETECTTHEBATTERYVOLTAGE,SHOWTHATVOLTAGE,WEMUSTSAMPLEVOLTAGE,ANDSAMPLINGCIRCUITISSMALLCURRENTDISCHARGESOTHATTESTTHEVOLTAGEMOREACCURATETOTESTTHEBATTERYCAPACITY,WEMUSTSAMPLECURRENT,ANDDISCHARGECURRENTISLARGEDISCHARGECURRENTIS3A45A,ALSOREQUIRESDISCHARGECURRENTCONSTANTASPOSSIBLETHECONSTANTCURRENTDISCHARGECIRCUITISCOMPOSEDOFINTEGRATEDOPERATIONALAMPLIFIERSTRUCTUREISSIMPLE,ANDADJUSTMENTISEASYTHECONSTANTDISCHARGECIRCUITENSURETHATTHEDISCHARGECURRENTFUNDAMENTALCONSTANT,SOASTOENSURETHEACCURATEOFCAPACITYDETECTIONMEASUREANDDISPLAYVOLTAGEBYREALTIME,105VTOTHEDISCHARGE,ANDTHEDISCHARGEISOVERDISPLAYCAPACITYBYREALTIME,ANDCALCULATETHECAPACITYBYINTEGRATION,DONOTNEEDMANUALCALCULATIONSUSINGAT89C51SCMOFATMEL,4KROMWITHINTHESCM,WITHOUTEXTERNALROM,THEBATTERYCAPACITYDETECTIONSYSTEM,DESIGNMADEOFIT,SHOWEDITSMONOLITHICSTRUCTURE,HARDWARECIRCUITISSIMPLE,THEMAINFUNCTIONWORKBYTHESOFTWAREPROGRAMMINGSOSIZEISSMALL,ITISHIGHLYRELIABLEANDMEASUREMENTANDSHOWINGISCONVENIENT,INTUITIVE,PRICEISLOWKEYWORDSLEADACIDBATTERIES,CAPACITYDETECTION,CONSTANTCURRENTDISCHARGE目錄摘要（中文）I摘要（外文）II1緒論111課題研究的目的與意義112國(guó)內(nèi)外研究狀況113本設(shè)計(jì)要完成的工作32全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的原理簡(jiǎn)述521電池容量檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述5211蓄電池容量檢測(cè)方法5212蓄電池容量試驗(yàn)條件及要求7213恒流放電電路的介紹722水浴溫度檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述8221蓄電池容量與環(huán)境溫度的關(guān)系8222水浴溫度控制PID算法介紹83硬件設(shè)計(jì)1131AT89C51簡(jiǎn)介11311主要特性11312時(shí)鐘振蕩電路和復(fù)位電路1232溫度檢測(cè)硬件設(shè)計(jì)1333溫度控制部分硬件設(shè)計(jì)1434電源穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)1635恒流放電電路的設(shè)計(jì)1836數(shù)字顯示及鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)1937報(bào)警電路及通信模塊23371報(bào)警電路的設(shè)計(jì)23372通信模塊的設(shè)計(jì)2338A/D和D/A接口電路的設(shè)計(jì)244軟件的設(shè)計(jì)2741主要度量轉(zhuǎn)換2742主程序的流程圖3143A/D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)3244鍵盤(pán)掃描程序的設(shè)計(jì)3345數(shù)字顯示程序的設(shè)計(jì)3746溫度控制程序設(shè)計(jì)385結(jié)論與展望40參考文獻(xiàn)41致謝431緒論11課題研究的目的與意義鉛酸蓄電池經(jīng)過(guò)百余年的發(fā)展與完善已成為世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，具有良好的可逆性、電壓特性平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)、適用范圍廣、原材料豐富且可再生使用及造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。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(lèi)生活中不可缺少的產(chǎn)品。隨著鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用，如何精確檢測(cè)蓄電池容量成為廣大用戶(hù)極為關(guān)注的問(wèn)題。GB50081標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“整個(gè)試驗(yàn)期間蓄電池均放置在溫度252的水浴中”，由此可見(jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)溫度的要求252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(guò)程中不會(huì)相互影響。因?yàn)樾铍姵胤烹娙萘颗c溫度的關(guān)系密切，標(biāo)準(zhǔn)才規(guī)定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(guò)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。質(zhì)檢部門(mén)的監(jiān)督檢驗(yàn)及仲裁檢驗(yàn)，工商部門(mén)市場(chǎng)監(jiān)測(cè)，教學(xué)研究等工作，務(wù)求對(duì)蓄電池容量檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。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。研制蓄電池容量檢測(cè)系統(tǒng)很有必要。12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(lèi)生活中不可或缺的產(chǎn)品。鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途和應(yīng)用前景的新型綠色能源體系,同時(shí)關(guān)系到國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，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。2008中國(guó)儀器儀表與測(cè)控技術(shù)報(bào)告大會(huì)論文集中由楊明欣佘勇孟芳高國(guó)富等人提出的全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)以陶瓷加熱器PTC作為蓄電池放電負(fù)載，對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流放電測(cè)試，通過(guò)計(jì)算得到待測(cè)蓄電池的實(shí)際電容量。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。此外，系統(tǒng)還具備欠壓、過(guò)壓報(bào)警、20條放電信息的存儲(chǔ)查詢(xún)以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘等功能，自動(dòng)化程度高，有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。學(xué)術(shù)期刊通信電源技術(shù)2008年2期收錄的由高玉峰、劉亞龍、李春平所著的基于改進(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(wèn)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。另外，在學(xué)術(shù)期刊工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置2011年4期中收錄的由賈承謐所著的全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的研制。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)6/12/24V蓄電池,放電電流從00180A實(shí)現(xiàn)程序可控,能精確檢測(cè)每個(gè)蓄電池的容量在2012年3期的電源技術(shù)學(xué)術(shù)期刊中由儲(chǔ)開(kāi)斌、陳樹(shù)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(guò)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(mǎn)足要求。針對(duì)目前的實(shí)際情況，就蓄電池制造廠家、蓄電池測(cè)試技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，以及廣大蓄電池維護(hù)人員而言，都在積極探索一種快速、準(zhǔn)確、可靠、安全的蓄電池測(cè)試技術(shù)。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。遺憾的是，蓄電池是實(shí)現(xiàn)化學(xué)與電能之間轉(zhuǎn)換的一種非常復(fù)雜的裝置。蓄電池的放電過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程，蓄電池的充電過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化變?yōu)榛瘜W(xué)能的的過(guò)程。從電化學(xué)的角度，不能對(duì)于使用者提供更多的內(nèi)部的信息。對(duì)它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測(cè)試是非常困難的。由于目前多是密封蓄電池，型號(hào)和規(guī)格千變?nèi)f化，性能也不盡相同，外部只有兩個(gè)電極接頭。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，從外部來(lái)看，密封蓄電池是一個(gè)“黑箱”，至少是一個(gè)“灰箱”。對(duì)于蓄電池的設(shè)計(jì)和制造者同樣如此。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。2蓄電池化學(xué)能本身是一個(gè)變量。由于化學(xué)反應(yīng)不完全可逆?；瘜W(xué)能隨著使用次數(shù)和使用時(shí)間、儲(chǔ)存時(shí)間而衰減。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狀態(tài)等條件在變化。4容量相同的密封蓄電池的負(fù)載電壓和內(nèi)阻本身具有離散性。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(wú)法避免。而且，對(duì)于蓄電池組，使用時(shí)間越長(zhǎng)，蓄電池個(gè)體之間的差異性和離散性越大，會(huì)出現(xiàn)兩極分化。5難以等效。一般來(lái)說(shuō)，不能使用線性元器件或者其任意的組合來(lái)等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。退一步說(shuō)，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。不能適用于各種規(guī)格的電池以及同一個(gè)電池在不同的使用條件。13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(lèi)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，GB50081標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“整個(gè)試驗(yàn)期間蓄電池均放置在溫度252的水浴中”。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。整個(gè)全自動(dòng)蓄電池檢測(cè)包括多路電壓電流檢測(cè)模塊、水溫檢測(cè)模塊、多路模擬開(kāi)關(guān)選通模塊、高速A/D轉(zhuǎn)換電路模塊、計(jì)數(shù)/定時(shí)模塊、AT89C51單片機(jī)控制模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、LED顯示模塊、恒流負(fù)載控制模塊、恒溫調(diào)節(jié)模塊等組成。如圖11所示。水浴恒溫控制部分，由于整個(gè)試驗(yàn)期間要求蓄電池均放置在溫度252的水浴中，所以控制過(guò)程中必須及時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行精確控制。首先通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定恒溫經(jīng)行時(shí)的溫度值，并且用數(shù)碼管顯示，然后在運(yùn)行過(guò)程中將采樣的溫度模擬量輸入A/D轉(zhuǎn)換器中經(jīng)行模擬數(shù)字裝換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字用數(shù)碼管顯示，最后用單片機(jī)輸出控制量，D/A轉(zhuǎn)換后通過(guò)光電隔離和驅(qū)動(dòng)電路送到可控硅SCR控制端，從而控制加熱器的通電加熱功率。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。首先根據(jù)蓄電池的型號(hào)和容量檢測(cè)的要求計(jì)算出放電電流，然后選擇合適恒流負(fù)載器中繼電器的開(kāi)關(guān)，在測(cè)量期間對(duì)多路電壓、電流的檢測(cè)，經(jīng)過(guò)高速多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器，將轉(zhuǎn)換的數(shù)字用數(shù)碼管顯示，單片機(jī)根據(jù)鍵盤(pán)的輸入值來(lái)控制橫流負(fù)載器的繼電器開(kāi)關(guān)。如此可實(shí)現(xiàn)4路蓄電池容量的高精度檢測(cè)。電池組多路電壓電流檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換電路鍵盤(pán)浴池水溫檢測(cè)模塊時(shí)鐘電路顯示電路恒流電路控制模塊光耦驅(qū)動(dòng)加熱器雙向可控硅AT89C51單片機(jī)主控模塊圖11全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)的系統(tǒng)框圖2全自動(dòng)蓄電池容量檢測(cè)儀的原理簡(jiǎn)述21電池容量檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述211蓄電池容量檢測(cè)方法1恒流放電法恒流放電法即100C的深度放電，它具有容量測(cè)試準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此，仍然是目前世界上檢測(cè)電池性能的最可靠方法。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(wú)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。傳統(tǒng)的核對(duì)放電設(shè)備普遍采用電阻絲進(jìn)行核對(duì)放電，并且是人工操作，程序繁瑣，存在一定的人身危險(xiǎn)，這種傳統(tǒng)的核對(duì)放電試驗(yàn)方式正在逐步被淘汰。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。經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)后，可以找出最落后的一到幾節(jié)電池，以落后電池到達(dá)終止電壓時(shí)的放電時(shí)間與放電電流來(lái)估算其容量，并以此容量作為整組電池的容量。不過(guò)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。2進(jìn)行核對(duì)性放電試驗(yàn)，必須具備一定條件，首先，盡可能在市電基本保障的條件下進(jìn)行；其次，必須有備用電池組。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(lái)。4有損蓄電池的容量。由于蓄電池的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不是完全可逆的。全深度循環(huán)放電的次數(shù)是有限的，所以，不宜對(duì)鉛酸蓄電池頻繁進(jìn)行深放電。但是間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，兩次核對(duì)之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。我們會(huì)面臨兩難的選擇。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(mǎn)足機(jī)房工作要求，或者滿(mǎn)足有關(guān)維護(hù)規(guī)程的要求。國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程中的恒流放電試驗(yàn)?zāi)壳叭允俏ㄒ槐还J(rèn)的測(cè)試剩余容量的最有效方法，它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時(shí)刻能否發(fā)揮作用，確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。2不完全放電測(cè)試法對(duì)于電池組采用15C的淺度放電；機(jī)房可以沒(méi)有備用電池組。在放電狀態(tài)下，對(duì)蓄電池組的各單體電池的端電壓進(jìn)行巡檢，找出端電壓下降最快的一只，將其確認(rèn)為落后電池，再利用核對(duì)放電儀器，對(duì)該節(jié)電池進(jìn)行核對(duì)放電，檢測(cè)其容量，即代表該組電池的容量。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。以前有廠家根據(jù)客戶(hù)的需求特點(diǎn)，推出一系列在線測(cè)試電池容量的設(shè)備與儀器，即在線檢測(cè)儀或在線巡檢儀，但是除了少數(shù)情況外，一般都達(dá)不到一個(gè)很理想的效果。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。大量研究實(shí)踐證明，即便是淺度放電狀態(tài)，單純通過(guò)電壓高低完全不足以判別電池性能的好壞。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。不過(guò)最大的缺點(diǎn)還是測(cè)試精度低，只能作為電池落后狀態(tài)判定依據(jù)，不能準(zhǔn)確測(cè)算電池的好壞程度及電池容量指標(biāo)。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。3電導(dǎo)內(nèi)阻測(cè)量法電導(dǎo)測(cè)試線是目前主要的日常維護(hù)儀器。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。交流法電導(dǎo)測(cè)量是向蓄電池兩端加一個(gè)已知頻率和振幅的交流電壓信號(hào)，測(cè)量出與電壓同相位的交流電流值，其交流電流分量與交流電壓的比值即為電池的電導(dǎo)。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。電導(dǎo)法能準(zhǔn)確查出完全失效的電池，根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)分析及研究結(jié)果證明，電池的容量只有降低到50時(shí)，內(nèi)阻或者電導(dǎo)會(huì)有所變化，降低到40以后，會(huì)有明顯變化，所以，根據(jù)電池電導(dǎo)值或者內(nèi)阻值，可以在一定程度上確定電池的性能。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(wèn)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。根據(jù)國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程以及蓄電池維護(hù)效果要求，電池組荷電容量達(dá)不到80便應(yīng)整組淘汰。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15HZ1000HZ、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1A10A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。造成用戶(hù)選擇儀表困難，以及對(duì)于儀表測(cè)量結(jié)果的可信度懷疑。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。電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)雖然測(cè)試工作比較簡(jiǎn)單，但是，由于內(nèi)阻與容量是非線性的，所以，測(cè)試結(jié)果不能很好地反映蓄電池的真實(shí)健康狀況。4安時(shí)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。往往采用AH容量法。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)。所以安時(shí)AH容量法僅能紀(jì)錄已經(jīng)使用或通過(guò)電量計(jì)的電量，而不能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)終點(diǎn)SOC。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。該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測(cè)的準(zhǔn)確。212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20H率容量。（1）儲(chǔ)備容量試驗(yàn)1）整個(gè)試驗(yàn)期間，蓄電池均放置在溫度為252的水浴中，電池上緣露出水面不得超過(guò)25MM，蓄電池之間和蓄電池與水浴壁之間的距離，均不得少于25MM。2）蓄電池在完全充電結(jié)束后L5H內(nèi)。當(dāng)電解液溫度達(dá)到252時(shí)，以25A電流放電到蓄電池電壓達(dá)（1050005）V時(shí)終止，記錄放電持續(xù)時(shí)間T（MIN）。（2）20H率容量試驗(yàn)1）整個(gè)試驗(yàn)期間，蓄電池均放置在溫度為255的水浴中，蓄電池上緣露出水面不得超過(guò)25MM，蓄電池之間和蓄電池與水浴壁之間的距離，均不得少于25MM。2）蓄電池在完全充電結(jié)束后15H內(nèi)，當(dāng)電解液溫度達(dá)到255時(shí)，以I20電流放電到蓄電池端電壓達(dá)（1050005）V時(shí)終止，記錄放電持續(xù)時(shí)間T2（MIN）。3）20H率實(shí)際容量按下式計(jì)算CEI20T21001（T25）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）；001為溫度系數(shù)。213恒流放電電路的介紹為了檢測(cè)蓄電池的容量，需要對(duì)電池進(jìn)行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。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。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補(bǔ)償降低的電壓，使電流基本恒定。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21恒流放電原理框圖22水浴溫度檢測(cè)模塊原理簡(jiǎn)述221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。一般而言，在40攝氏度以下溫度范圍內(nèi)，溫度越低，蓄電池的容量也越小歐；在大于40攝氏度的溫度范圍內(nèi)，蓄電池的放電容量會(huì)有一個(gè)峰值，溫度高于該峰值時(shí)蓄電池的放電容量同樣趨于降低。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(shuō)，我國(guó)電動(dòng)自行車(chē)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。也就是說(shuō)，以25攝氏度為基礎(chǔ)，溫度每下降1攝氏度，蓄電池的放電的容量平均下降量不得低于086，但溫度與容量下降并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，同時(shí)也與各個(gè)廠蓄電池的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，所以在實(shí)際工作中可按下面兩種方法估算1溫度每下降1攝氏度，相對(duì)容量下降098。2蓄電池以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。222水浴溫度控制PID算法介紹電加熱溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后性和時(shí)變性的特點(diǎn)。例如其升溫單向性是由于電加熱的升溫、保溫主要是通過(guò)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(wú)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)EEI用數(shù)字方法建立精確的模型，并確定參數(shù)。應(yīng)用傳統(tǒng)的模擬電路控制方法，由于電路復(fù)雜，器件太多，往往很難達(dá)到理想的控制效果。由于無(wú)法用精確的數(shù)學(xué)方法來(lái)建立模型并確定參數(shù)，本設(shè)計(jì)采用PID控制。如圖22為原理框圖。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是比例（PROPORTIONAL）、積分（INTERGAL）和微分DERIVATIVE三者的縮寫(xiě)。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。而三個(gè)環(huán)節(jié)在實(shí)際控制中的作用1、比例調(diào)節(jié)作用比例反映系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，用于減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但過(guò)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；2、積分調(diào)節(jié)作用是使系統(tǒng)消除靜態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)就停止。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)TITI越小，積分時(shí)間就越強(qiáng)；反之TI越大，積分時(shí)間就越弱。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)或PID調(diào)節(jié)；3、微分調(diào)節(jié)作用微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)。因此能產(chǎn)生超前的控制作用。在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在為時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪音干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用的輸出為零。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。大多數(shù)溫度控制系統(tǒng)均建立在模型上，難以滿(mǎn)足加工工藝要求，運(yùn)用AT89C51單片機(jī)對(duì)電阻爐溫度實(shí)現(xiàn)智能控制，可以解決上述種種不足，從而實(shí)現(xiàn)高精度的控制。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定圖22PID溫度控制原理框圖鍵盤(pán)設(shè)定溫度值PID控制器（AT89C51）雙向可控硅加熱器（水溫）水溫檢測(cè)（DS18B20）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。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，因此本次設(shè)計(jì)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為有效。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。硬件電路包括溫度采集模塊、時(shí)鐘電路、雙向可控硅控制電路、過(guò)零檢測(cè)電路、5V穩(wěn)壓電源電路、12V穩(wěn)壓電源電路、恒流控制電路、AD轉(zhuǎn)換電路、DA轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、鍵盤(pán)電路、報(bào)警電路、復(fù)位電路、通信模塊以及IO口的擴(kuò)展電路等31AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器FPEROMFLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。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)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。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。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。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。311主要特性（1）與MCS51兼容（2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器（3）壽命1000寫(xiě)/擦循環(huán)（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間10年（5）全靜態(tài)工作0HZ24HZ（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定（7）1288位內(nèi)部RAM（8）32位可編程I/O線（9）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（10）5個(gè)中斷源（11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路如圖31所示P10P11P12P13P14P15P16P17RST/VPDP30RXDP31TXDP32INT0P33INT1P34T0P35T1P36WRP37RDXTAL2XTAL1VSSVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VPPALE/PROGPSENP27P26P25P24P23P22P21P20AT89C51圖31單片機(jī)管腳圖312時(shí)鐘振蕩電路和復(fù)位電路AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。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(jiàn)圖32。外接石英晶體或陶瓷振蕩器及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒(méi)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30PF10PF，而如使用陶瓷振蕩器建議選擇40PF10PF。Y6MHC233PFC333PFGNDCRYXTAL2XTAL1圖32時(shí)鐘振蕩電路為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。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(kāi)始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。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。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。如圖33所示。RZ1KRSTCA22UFVCCGNDREST圖33復(fù)位電路32溫度檢測(cè)硬件設(shè)計(jì)溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，直接影響系統(tǒng)的可靠性。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(guò)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。這種模擬數(shù)字混合電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，濾波消噪難度大系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，鑒于這些考慮，本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。DS18B20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度的范圍為55C125C，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。DS18B20為3引腳，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。溫度采集電路模塊如圖34所示。DSB8B20的3腳接系統(tǒng)中單片機(jī)的P14口線，用于將采集到的溫度送入單片機(jī)中處理，2腳和3腳之間接一個(gè)47K上拉電阻，即可完成溫度采集部分硬件電路。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。123DS1820GNDVCCDSR147KVCCP14圖34溫度采樣電路DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以00625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換如下表31。表31DS18B20溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0LSBYTE2322212021222324BIT15BIT14BIT13BIT12BIT11BIT10BIT9BIT8MSBYTESSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于00625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于00625即可得到實(shí)際溫度。33溫度控制部分硬件設(shè)計(jì)隨著鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)蓄電池容量檢測(cè)的精度越來(lái)越高。由此可見(jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)溫度的要求252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(guò)程中不會(huì)相互影響。因?yàn)樾铍姵胤烹娙萘颗c溫度的關(guān)系密切，標(biāo)準(zhǔn)才規(guī)定2的要求。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；另外，在放電過(guò)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。所以對(duì)水浴溫度必須經(jīng)行精確的控制，本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制加熱器的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水浴為溫度的精確控制。該模塊用到了單片機(jī)和雙向可控硅，可控硅可以直接接在220V交流電路上，但是單片機(jī)采用低電壓供電，因此需要采用以一定的隔離措施，將220V和5V弱點(diǎn)隔離，系統(tǒng)使用MOC3051作為弱電和強(qiáng)電的隔離。MOC3051系列光電可控硅驅(qū)動(dòng)器是美國(guó)摩托羅拉公司推出的器件，該器件的顯著特點(diǎn)是大大加強(qiáng)了靜態(tài)DV/DT能力。輸入與輸出采用光電隔離，絕緣電壓可達(dá)7500V，觸發(fā)電流為15MA。該系列可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作電壓為220V的交流雙向可控硅。該調(diào)壓電路通過(guò)單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了達(dá)到精確控制，整個(gè)電路包括可控硅控制電路和過(guò)零檢測(cè)電路。ECININQ3MOC3051C1加加加R210KQ4TRIACVCCV2P12R351KR547KR451K圖35溫度輸出控制電路ECININQ2TIL117ECININQ1TIL117R1200KGNDV1TATC4584INT1圖36過(guò)零檢測(cè)電路圖中MOC3051是用以可靠驅(qū)動(dòng)可控硅并實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的隔離，單片機(jī)的P12負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)光耦。控制可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷。如圖35所示，在加熱回路中，可控硅的導(dǎo)通角變化會(huì)改變加熱器端的電壓，V2是外供交流220V電源的接入口。為了精確控制可控硅的導(dǎo)通角，電路加入了過(guò)零檢測(cè)電路，如圖36所示，交流電源從V1引入并送入二片光耦，注意光耦的輸入端是反相的。這樣使得交流電壓過(guò)零時(shí)，無(wú)論是從正電壓變?yōu)樨?fù)電壓還是從負(fù)電壓變?yōu)檎妷海寄軌蛟诠怦畹妮敵龆薈上得到一個(gè)正向的階躍信號(hào)。經(jīng)過(guò)斯密特觸發(fā)器TC4584整形并反相輸出到單片機(jī)外部中斷INT1引腳上，作為中斷觸發(fā)信號(hào)。單片機(jī)由此信號(hào)獲得每個(gè)正弦周期內(nèi)的二個(gè)過(guò)零點(diǎn)。該系統(tǒng)的核心是通過(guò)單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。在每個(gè)交流電壓的過(guò)零點(diǎn)，通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路給單片機(jī)外部中斷引腳發(fā)出中斷信號(hào)，單片機(jī)獲得控制周期的起點(diǎn)信號(hào)，控制可控硅關(guān)斷，并啟動(dòng)定時(shí)器。在定時(shí)器定時(shí)結(jié)束后才改變雙向可控硅的控制端的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開(kāi)啟可控硅。假設(shè)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間為T(mén)，則在交流電壓的一個(gè)正弦周期20MS內(nèi)。可控硅導(dǎo)通的時(shí)間即為20MS2T。而定時(shí)時(shí)間T卻是由水浴溫度和標(biāo)準(zhǔn)溫度的差值決定的。34電源穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精確度和避免測(cè)試過(guò)程中的電源之間的影響，所各個(gè)芯片或者模塊必須要用穩(wěn)壓電源經(jīng)行供電。設(shè)計(jì)用的AT89C51和DS18B20的供電電壓均為5V，另外反相放大器的供電電壓為12V，所以本設(shè)計(jì)基于LM7805和LM7812實(shí)現(xiàn)5V和12V的電源模塊。二個(gè)穩(wěn)壓電源模塊的組成比較類(lèi)似。電源電路可分為三大塊變壓部分、整流濾波部分、穩(wěn)壓部分。變壓部分其實(shí)就是一個(gè)變壓器，變壓器作用是將220V的交流電壓變換成我們所需的電壓9V。然后再送去整流和濾波。整流電路將交流電壓變成單向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路用來(lái)濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成份，合之成為平滑的直流電壓。濾波電路常見(jiàn)的有電容濾波電路、電感濾波電路。一般的整流有全波整流、單相半流整流、橋式整流、及變壓整流。穩(wěn)壓電路中我使用的是“三端固定輸出集成穩(wěn)壓器”，穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。集成穩(wěn)壓器、使用方便、性能穩(wěn)定、更重要的是考慮到它的價(jià)格低廉，因而適合在此設(shè)計(jì)中應(yīng)用。圖37是用三端式穩(wěn)壓器LM7812構(gòu)成的單電源電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)電路圖。其中整流部分采用了由四個(gè)二極管組成的橋式整流器成品也叫整流堆,型號(hào)為2W06,當(dāng)然也可以自已用四個(gè)速流二極管如,IN4001組成。濾波電容C1、C2一般選取幾百幾千微法。當(dāng)穩(wěn)壓器距離整流濾波電路比較遠(yuǎn)時(shí)，在輸入端必須接入電容器C3（數(shù)值為033F），以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。輸出端電容C401F用以濾除輸出端的高頻信號(hào)，改善電路的暫態(tài)響應(yīng)。1234D1BRIDGE1C92200C3100T1TRANS1C201C401AC220V5VGNDGND5VVINL1LM7805圖37基于LM7812的穩(wěn)壓電源電路5V的穩(wěn)壓電源電路于此類(lèi)似，采用了集成穩(wěn)壓器LM7805，電容的選取上有些不同，但原理是相同的。1234D2BRIDGE1C5100C7100T2TRANS1C6033C801GNDVIN12VL2LM781212VAC220VGND圖38基于LM7805的穩(wěn)壓電源電路35恒流放電電路的設(shè)計(jì)為了檢測(cè)蓄電池的容量，需要對(duì)電池進(jìn)行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。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。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補(bǔ)償降低的電壓，使電流基本恒定。電路原理圖如圖39，比較放大環(huán)節(jié)由兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成1片324，采用12V，單電源供電，RA為負(fù)載電阻，RS為取樣電阻。Q5與Q6三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)?？烧{(diào)電源提供基準(zhǔn)電源，輸入信號(hào)EI為蓄電池的電壓。電壓隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。它經(jīng)過(guò)負(fù)載電阻、調(diào)整環(huán)節(jié)后在取樣電阻上形成取樣電壓。該電壓與基準(zhǔn)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。AR1OPAMPAR2OPAMPQ5PNPQ6PNPAR3OPAMPAR4OPAMPRB1KRC1KRA2RE1KRI62KRF100KRG1KRH1KRJ16KRS033RD1KRM1KRN2KIN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0VREFD2IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVREFGNDD1ADC0809CSWR1AGNDD3D2D1D0VREFRFBDGNDVCCILEWR2XFERD4D5D6D7IOUT1IOUT2DAC083212VGND5V5VGNDUSUBEIE圖39恒流放電電路原理圖若由于輸入電壓的減小而使負(fù)載電流減小，則取樣電壓必然減小，從而使取樣電壓US與基準(zhǔn)電壓E的差值USE減小。由于AR3為反相放大器，因此，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。恒流過(guò)程表示為EIILUSUSEUBKUSEUS。由于檢查不同種類(lèi)的蓄電池時(shí)，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，該電路節(jié)基準(zhǔn)電壓E是由單片機(jī)P13輸出控制信號(hào)通過(guò)8位的DA轉(zhuǎn)換器DAC0832，在經(jīng)過(guò)同相放大器放大作為基準(zhǔn)電壓，所以通過(guò)單片機(jī)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)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。電路元器件的參數(shù)RAEMIN3/IA，其中EMIN為蓄電池的放電終止電壓，IA為放電電流。蓄電池的終止電壓為105V，IA為345A，取RA2。RS033；RI62K；RG1K；RJ16K；RE1K；RF100K；RH1K。RM1K，RN2K。36數(shù)字顯示及鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)、高可靠性和高性?xún)r(jià)比,占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，并成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流機(jī)型。MCS51單片機(jī)的并行口有P0、P1、P2和P3，由于P0口是地址/數(shù)據(jù)總線口，P2口是高8位地址線，P3口具有第二功能，這樣，真正可以作為雙向I/O口應(yīng)用的就只有P1口了。這在大多數(shù)應(yīng)用中是不夠的，因此，大部分MCS51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)都不可避免的需要對(duì)P0口進(jìn)行擴(kuò)展。由于MCS51單片機(jī)的外部RAM和I/O口是統(tǒng)一編址的，因此，可以把單片機(jī)外部64K字節(jié)RAM空間的一部分作為擴(kuò)展外圍I/O口的地址空間。這樣，單片機(jī)就可以像訪問(wèn)外部RAM存儲(chǔ)器單元那樣訪問(wèn)外部的P0口接口芯片，以對(duì)P0口進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。用于P0口擴(kuò)展的專(zhuān)用芯片很多。如8255可編程并行P0口擴(kuò)展芯片、8155可編程并行P0口擴(kuò)展芯片等。本設(shè)計(jì)采用的是8155經(jīng)行的擴(kuò)展，如圖310所示。PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7CERDWRIO/MALETMROUTTMRINRESETVCCVSS8155P10P11P12P13P14P15P16P17RST/VPDP30RXDP31TXDP32INT0P33INT1P34T0P35T1P36WRP37RDXTAL2XTAL1VSSVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VPPALE/PROGPSENP27P26P25P24P23P22P21P20AT89C51NORGND5V5V圖310I/O口的擴(kuò)展接口電路在二種顯示的方法中，靜態(tài)顯示亮度高，編程容易，管理也比較簡(jiǎn)單，但占用的I/O口資源較多，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，數(shù)字顯示采用動(dòng)態(tài)顯示方式。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是單片機(jī)定時(shí)地對(duì)顯示器件掃描。在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示。但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺(jué)到所有的器件都在“同時(shí)”顯示。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低；但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。Q29015Q39015Q49015R201KR191KR211KGNDPA4PA5PA6PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7ABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDPGND9DS1DPY_7SEG_DPABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDPGND9DS2DPY_7SEG_DPABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDPGND9DS3DPY_7SEG_DP圖311數(shù)字顯示電路原理圖圖311為89C51單片機(jī)擴(kuò)展芯片8155和三位共陰極顯示器的接口電路。8155的PA4、PA5、PA6口作為掃描口，由于單片機(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力有限，所以要通過(guò)三極管9015經(jīng)行電流放大，然后接顯示器公共端，同時(shí)起著開(kāi)關(guān)控制的作用；經(jīng)過(guò)IO的擴(kuò)展8155芯片的B口作為段數(shù)據(jù)口。鍵盤(pán)實(shí)際上是有排練成矩陣形成的一系列按鍵開(kāi)關(guān)組成的，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的人機(jī)聯(lián)系的一種輸入設(shè)備。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)向CPU輸入數(shù)據(jù)、地址和命令。矩陣式鍵盤(pán)模式以N個(gè)端口連接控制NN個(gè)按鍵實(shí)時(shí)在LED數(shù)碼管上顯示按鍵信息。顯示按鍵信息省下了很多的I/O端口為他用相反獨(dú)立式按鍵雖編程簡(jiǎn)單但占用I/O口資源較多不適合在按鍵較多的場(chǎng)合應(yīng)用。并且在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常要用到輸入數(shù)字、字母、符號(hào)等操作功能如電子密碼鎖、電話機(jī)鍵盤(pán)、計(jì)算器按鍵等至少都需要12到16個(gè)按鍵。矩陣式鍵盤(pán)又稱(chēng)行列鍵盤(pán)它是用N條I/O線作為行線N條I/O線作為列線組成的鍵盤(pán)。在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤(pán)上按鍵的個(gè)數(shù)就為NN個(gè)。這種行列式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。最常見(jiàn)的鍵盤(pán)布局如圖315般由16個(gè)按鍵組成在單片機(jī)中正好可以用一個(gè)P口實(shí)現(xiàn)16個(gè)按鍵功能這也是在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的形式本設(shè)計(jì)就采用這個(gè)鍵盤(pán)模式。硬件電路設(shè)計(jì)圖313示。把單片機(jī)的擴(kuò)展芯片8155的A口連接到“44行列式鍵盤(pán)”其中PA0PA3作為行線，PC0PC3作為列線，把8155的PB端口連接到共陰極“靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中對(duì)應(yīng)的A到G端口上系統(tǒng)首先通過(guò)CPU對(duì)全部鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，即把第一根行線置為“0”狀態(tài)其余行線置于“1”狀態(tài)讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，若其狀態(tài)全為“1”表明該行無(wú)鍵按下，再將第二根行線置為“0”狀態(tài)同樣讀入輸入緩沖器的狀態(tài)如其狀態(tài)也全為“1”則置第一根行線置為“0”狀態(tài)以此類(lèi)推。如讀入輸入緩沖器的狀態(tài)不全為“1”，確定哪一根列線為“0”狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)鍵的行線和列線都為“0”狀態(tài)時(shí)表明該鍵按下，最后通過(guò)顯示程序?qū)⒃撴I的序號(hào)顯示出。圖312鍵盤(pán)布局PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7CERDWRIO/MALETMROUTTMRINRESETVCCVSS8155S0SWPBS2SWPBS5SWPBS1SWPBS3SWPBS7SWPBS9SWPBS4SWPBS8SWPBSCSWPBSASWPBS6SWPBSBSWPBSDSWPBSESWPBSFSWPBRQ51KRX51KRY51KRZ51K5V圖313鍵盤(pán)硬件電路圖按鍵功能說(shuō)明09數(shù)字鍵；A設(shè)置；B確定；C容量顯示切換；D溫度顯示切換；E電壓顯示切換；F電流顯示切換。37報(bào)警電路及通信模塊371報(bào)警電路的設(shè)計(jì)為了能夠準(zhǔn)確把握達(dá)到放電電壓的時(shí)間，電路設(shè)計(jì)了報(bào)警電路。當(dāng)蓄電池的的放電電壓達(dá)到105V時(shí)，如圖314所示，單片機(jī)的P13會(huì)發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管9015驅(qū)動(dòng)蜂鳴器經(jīng)行報(bào)警。RY1KQ19015SPEAKGNDVCCP13圖314報(bào)警電路372通信模塊的設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，不但要求計(jì)算機(jī)與外部的設(shè)備之間要經(jīng)行信息交換，而且計(jì)算機(jī)之間也需要