車載蓄電池智能放電管理系統(tǒng)設(shè)計本科畢業(yè)論文(設(shè)計)

1、皖 西 學(xué) 院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 論 文 題 目 車載蓄電池智能放電管理系統(tǒng)設(shè)計 姓名（學(xué)號） 陳（2009011669） 系 別 機械與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 導(dǎo) 師 姓 名 劉世林 二 一三 年 六 月 車載蓄電池智能放電管理系統(tǒng)設(shè)計車載蓄電池智能放電管理系統(tǒng)設(shè)計 作 者陳 指導(dǎo)教師劉世林 摘要：摘要：電動汽車的無污染的優(yōu)勢，使其成為當代汽車發(fā)展的主要方向，而作為電動汽車的動力源泉電池 卻是一直制約電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前車載蓄電池相比于燃料汽車還存在諸多方面問題，比如高 成本，重質(zhì)量，充電時間長和充電一次行駛里程短等問題。本次設(shè)計主要介紹了電動汽車的發(fā)展歷史及

2、現(xiàn)狀和車載蓄電池的基本性能指標且設(shè)計出一套完整的基于 p87c591 單片機的車載蓄電池智能放電管理 系統(tǒng)，包括電源電路設(shè)計，電流電壓檢測電路設(shè)計，溫度檢測模塊設(shè)計，可控放電模塊設(shè)計，電量及狀 態(tài)輸出顯示和報警模塊設(shè)計等硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成了鉛酸蓄電池電壓，放電電流，剩余容量及電池溫度 等重要參數(shù)的檢測，解決了傳統(tǒng)的放電方式中電池的過放電、壽命低等缺點，實現(xiàn)了電動車的續(xù)航里程 和壽命周期最大化，具有很好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；電動汽車；p87c591 單片機；智能放電管理 design of intelligent vehicles battery discharge mana

3、gement system authorchen instructorliu shilin abstract：pollution-free advantages of electric vehicles, making it the main direction of development of contemporary cars, but as the power source of the battery electric vehicle has been restricted is a key factor in the development of electric vehicles

4、. compared with the current vehicle battery fuel vehicles are still many aspects, such as cost, quality, long charging time and charging time shorter mileage and other issues. this design introduces the development history and status quo of electric vehicles and the basic performance indexes of the

5、on-board battery and designed a complete set of on-board battery intelligent discharge management system based on p87c591 microcontroller . including power circuit design current and voltage detection circuit design, the design of the temperature detection module, design of controllable discharge mo

6、dule, the output power and status indication and alarm module design and so on hardware structure design. completed the lead-acid storage battery voltage, discharge current, residual capacity and the battery temperature, and other important parameters of detection .solved the traditional way of disc

7、harge of battery over discharge, low life .to achieve the mileage and maximize the range of electric cars and life cycle, has the very good application prospect. keywords: lead acid battery; electric vehicle; p87c591 microcontroller; intelligent discharge management 目錄目錄 1 緒言.1 1.1 電動汽車發(fā)展及現(xiàn)狀 .1 1.2

8、電動車蓄電池基本性能指標 .2 1.3 本論文的主要內(nèi)容 .3 2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計.4 2.1 系統(tǒng)的主要功能 .4 2.2 中央處理器 .4 3 硬件設(shè)計.6 3.1 電源電路設(shè)計 .6 3.2 電流電壓檢測電路 .6 3.3 溫度檢測模塊設(shè)計 .7 3.4 可控放電模塊設(shè)計 .8 3.4.1 ipm 智能功率模塊特點.8 3.4.2 ipm 電路設(shè)計.9 3.5 電量及狀態(tài)輸出顯示和報警模塊 .11 3.5.1 鍵盤掃描電路的設(shè)計 .11 3.5.2 顯示電路的設(shè)計 .12 3.5.3 報警電路設(shè)計 .14 3.6 輔助模塊設(shè)計 .14 3.6.1 復(fù)位電路的設(shè)計 .14 3.6.2 時鐘頻

9、率電路的設(shè)計 .15 3.7 電池的剩余容量估算方法設(shè)計 .15 4 軟件設(shè)計.17 4.1 軟件系統(tǒng)流程設(shè)計 .17 4.2 電壓、電流采集電路流程設(shè)計 .17 4.3 溫度檢測流程設(shè)計 .18 4.4 智能功率模塊流程設(shè)計 .20 4.5 鍵盤掃描流程設(shè)計 .20 4.6 數(shù)碼管顯示流程設(shè)計 .22 結(jié)論.23 致謝.24 參考文獻.25 附錄 系統(tǒng)硬件功能圖.26 1 1 緒言緒言 1.11.1 電動汽車發(fā)展及現(xiàn)狀電動汽車發(fā)展及現(xiàn)狀 在當前的全球環(huán)境問題和金融危機的嚴峻的形勢下，汽車行業(yè)面臨的能源問題日益受人 關(guān)注，發(fā)展電動汽車能源動力系統(tǒng)，實現(xiàn)汽車的電氣化，推動傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型在

10、國 際社會上已形成了廣泛的共識。目前，中國已出臺了多項政策，引導(dǎo)和支持電動汽車產(chǎn)業(yè)的 快速發(fā)展，政府要加速提高國內(nèi)電動車行業(yè)的競爭力，使成熟期縮短。因此，電動汽車的發(fā) 展已進入一個決定性階段，挑戰(zhàn)與機遇并存。 電動汽車是 20 世紀最偉大的 20 個工程成就的前兩項技術(shù)的集成，即是“電氣化” 和 “汽車”的融合產(chǎn)品。電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛。20 世紀 70 年代的石油短缺和能源危機，使電動汽車獲得了發(fā)展機遇，到了 20 世紀 80 年代，由于空氣 質(zhì)量和溫室效應(yīng)被人們?nèi)找骊P(guān)注，電動汽車就理所當然成為了本世紀技術(shù)開發(fā)的寵兒，因為 電動汽車直接采用電機驅(qū)動，本身不排放污染

11、大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電 廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少。致使人們研究電動汽車的熱情進入了空 前高漲期。 近幾年來，世界各國政府針對電動車的發(fā)展采取了各種措施。一是各國政府相繼發(fā)布電 動汽車戰(zhàn)略發(fā)展和國家計劃，進一步指明了產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。例如：奧巴馬美國政府綠色新政 的實施，在國家戰(zhàn)略中加入了電動汽車部分，計劃實現(xiàn) 100 萬輛動力混合電動汽車（phev） 用戶到 2015 年。而在日本“低碳革命”的內(nèi)容核心視為電動汽車發(fā)展，預(yù)計到 2020 年電動 汽車普及達到 1350 萬輛。 二是動力電池得到高度重視，急劇增加研發(fā)投入成本，增強了突破電動汽車技術(shù)瓶頸的 預(yù)期。

12、比如美國奧巴馬總統(tǒng) 2009 年 8 月宣布支持研發(fā)先進動力電池且使之產(chǎn)業(yè)化并安排 20 億美元做經(jīng)費。德國斥資 4.2 億歐元啟動了開發(fā)車用鋰電池計劃，巨頭能源和德國汽車業(yè)差 不多全部攜資加入。日本政府提出“控制電池”為本源，并組織國家實施專項計劃，在 2011 年之前為研究先進電池動力技術(shù)將 400 多億日元投入，下一代電動汽車在 2010 年左右 將應(yīng)用大量新型鋰電池。 三是各國政府加大力度支持新政策，推動產(chǎn)業(yè)化電動汽車的發(fā)展。一方面，政府通過加 大支持信貸等措施，針對相關(guān)企業(yè)推動電動汽車產(chǎn)業(yè)化進程。美國政府用貸款資助支持生產(chǎn) 電動汽車。另一方面，政府加大激勵對消費者的政策，加快電動汽車

13、市場培育。美國對 phev 實施優(yōu)惠稅收，減稅在 15000 美元和 2500 美元之間額度。從 2009 年 4 月 1 日起英國 啟用汽車新消費稅，免繳純電動汽車消費稅。法國對消費者電動汽車的購買最高給予獎勵 5000 歐元，對高排放汽車的購買最高進行處罰 2600 歐元。 經(jīng)過近 20 年的研究，電動汽車已經(jīng)在其關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)集成、試驗應(yīng)用上實現(xiàn)了全面 突破，目前世界上部分國家爭相開展電動汽車產(chǎn)業(yè)化工作。 但是現(xiàn)在，燃料汽車全部被替代電動車是不可能的，因為大多數(shù)的電動車的電池的缺陷 嚴重影響電池的性能，一直制約電動汽車發(fā)展的重要因素，就是鉛酸蓄電池提供的的動力電 源。美國高新電池開發(fā)聯(lián)合

14、體 usabc(theunited statesadvanced battery consortium) 制 定了一個開發(fā)目標專門針對電動車的蓄電池系統(tǒng)，如表 11 所示。 表 11 美國電池現(xiàn)代聯(lián)合會(usabc)提出的目標 1.21.2 電電 動車蓄動車蓄 電池基本性能指標電池基本性能指標 電池電壓包括理論充放電電壓、電池的工作電壓、電池的充電電壓、電池的終止電壓。 二次電池的理論放電電壓和理論充電電壓相同，等于電池的開路電壓。 （1）電池的工作電壓為電池的實際放電電壓，它與電池的放電方法，使用溫度，充放 電次數(shù)等有關(guān)。電池的充電電壓大于開路電壓，充電電流越大，工作電壓越高，電池發(fā)熱量 越

15、大，充電過程中電池的溫度越高。 （2）電池的終止電壓是指電池在放電過程中，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作 電壓。 項目中期目標長期目標 能量比，wh/kg(3c率) 80（100）200 能量密度wh/l(3c率) 135300 比功率，w/kg(80%,dog/30s) 150（200）400 體積功率，w/l 250600 壽命，年 510 循環(huán)壽命月次(dog) 6001000 最終價格，美元/kwh(40kwh電 池組一萬個) 150100 工作環(huán)境， 30654085 充電時間，h =1 fo 圖 3.5 ipm 的內(nèi)部功能框圖 3.4.23.4.2 ipmipm 電路設(shè)計電路設(shè)

16、計 ipm 電路內(nèi)部主要提供了驅(qū)動電路部分以及保護電路部分。 （1）驅(qū)動電路 所述驅(qū)動電路為控制電路和主電路的 ipm 之間的接口，設(shè)計驅(qū)動電路上優(yōu)良的系統(tǒng)對可 靠性、運行效率和安全性都有巨大作用。以一種 r 型的 ipm 即 pm75rse120 為例, 工作在 1200v/75a 條件以下, 裝置內(nèi)部包裝了 7 個 igbt,最大功率開關(guān)的頻率為 20khz。ipm 內(nèi)置電 路驅(qū)動和 igbt 電路驅(qū)動設(shè)計作比,電路驅(qū)動外圍的設(shè)計比較簡單,ipm 電路的光耦接口設(shè)計 電路和電源驅(qū)動是其重點的設(shè)計所在。ipm 對電壓輸出的驅(qū)動電路有嚴格要求, 內(nèi)容如下: 電壓驅(qū)動以為范圍,高 16.5v 電

17、壓可能將導(dǎo)致內(nèi)部部件損壞,低于v15%)101 ( 13.5v 電壓欠壓保護將啟動； ipm 反向極間壓耐值最多是驅(qū)動絕緣電壓電源的 1/2 倍； 驅(qū)動電流要拿器件給出的要求電流驅(qū)動作參考,根據(jù)頻率開關(guān)進一步實際修正； 隔離彼此之間的驅(qū)動電壓,來使地線噪聲的干擾減少； 輸出端驅(qū)動電流不可以有過大濾波電容,由于當產(chǎn)生超過 100pf 寄生電容時,會產(chǎn)生干 擾噪聲將有可能使內(nèi)部驅(qū)動電路誤觸發(fā)。必須采用光耦作為 ipm 接口電路,應(yīng)盡量縮短引腳 ipm 和輸出腳光耦之間的走線,最好采用高速光耦，因為其具有共模抑制比高。因為較大的 常加初、次級間,因此為避免增加耦合電容布線不能太靠近初、次級。dtu/

18、d 高速光耦的要求規(guī)格為 或 (3.1)nskvkk cmlcmh /15nskv /10 , （3.2）mstt plhphl 8 . 0%15 ctr 其中,為保持高時輸出光耦所能承載的共模電壓最大上升率；為保持低時輸 cmh k cml k 出光耦所能承受的共模電壓最大下降率；為下降沿光耦延時； 為延時光耦上升沿； phl t plh t 為傳輸比光耦電流。圖 3.6 所示為一種用途較多的可信性高的智能功率器件外部驅(qū)動電 ctr 路。光電耦合器的輸入用 10f 和 0.1f 濾波電容器 c1，c2 來保持穩(wěn)定的電壓控制和穩(wěn)定 的阻抗線路的校正。輸入的控制信號端子和輸入端應(yīng)連接到 20k

19、的上拉電阻 r，上橋臂 cc v 控制路用 15v 直流電源分別提供電源，然而下橋臂用一路電源共享的方式來驅(qū)動。 圖 3.6 ipm 外部光耦驅(qū)動電路圖 （2）保護電路部分 欠壓保護 由 15v 電源直流供電內(nèi)部 ipm 控制電路。如果出現(xiàn)某種原因，在電源電壓下降到低于指 定的電壓動作值（） ，將關(guān)閉電源的移動設(shè)備和產(chǎn)生一個故障輸出信號。小于指定的uv ouv t 小毛刺并不影響工作的控制電路，將不工作去保護欠壓電路。故障之后，正常恢復(fù)運行，欠 壓復(fù)位值（）一定要低于電源電壓。欠壓保護在電路電源上電和掉電期間必須保持控制。 r uv 過熱保護 在絕緣基板上，溫度傳感器安裝在靠近 igbt 芯片

20、上。如果襯底溫度超過過熱值（） ，ot ipm 控制內(nèi)部電路關(guān)斷，直到正?；謴?fù)溫度，從而功率器件保護的驅(qū)動器柵極不影響輸入信 號控制。當溫度下降到復(fù)位值（otr）之下，而且輸入控制為高（關(guān)閉狀態(tài)） ，電源 ipm 將接 受一個低級別的信號輸入（打開狀態(tài)） ，并恢復(fù)運行正常。 過流保護 當電流值流過 igbt 超出動作過流的數(shù)值（）且大于時間，將關(guān)斷 igbt。oc )(ocoff t 值在當前短脈沖時間小于是沒有危險的，電路過電流保護將不會被處理。當檢測oc )(ocoff t 到過電流，軟關(guān)斷 igbt，故障信號輸出?？刂栖涥P(guān)斷在關(guān)斷時產(chǎn)生的電流浪涌電壓可以控 制。 短路保護 如果負載短路引

21、起的上下臂同時關(guān)斷 igbt，ipm 短路電路內(nèi)置保護。如果電流流過 igbt 大于短路保護值（） ，必須立即啟動軟關(guān)斷，并輸出一個故障信號。為了縮短響應(yīng)sc 時間使用實時電流控制電路（rtc）的檢測和關(guān)斷。動作時，電路實時控制電流，scscsc 以直接檢測 igbt 的驅(qū)動電路的最后階段，因此響應(yīng)時間可以減少到不足的 100ns。 3.53.5 電量及狀態(tài)輸出顯示和報警模塊電量及狀態(tài)輸出顯示和報警模塊 電量及狀態(tài)輸出顯示模塊由液晶顯示模塊和簡易鍵盤組成?？梢赃M行簡單的參數(shù)設(shè)定， 可以顯示各單體蓄電池節(jié)點采集來的電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)，同時根據(jù)這些數(shù)據(jù)向各節(jié)點發(fā) 送放電控制命令，實時顯示狀態(tài)、溫

22、度等數(shù)據(jù)。鍵盤采用 4*4 矩陣式鍵盤，數(shù)據(jù)顯示采用 7seg-mpx4-cc 四個共陰二極管顯示器，其中 1234 是陰公共端。 3.5.13.5.1 鍵盤掃描電路的設(shè)計鍵盤掃描電路的設(shè)計 鍵盤是人與單片機打交道的主要設(shè)備。在單片機應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤 及矩陣鍵盤。它們各有自己的特點，其中獨立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設(shè)計上也不復(fù) 雜，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區(qū)別，首先在 硬件電路上它要比獨立鍵盤復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源 上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。 鍵盤的矩陣式描述：矩陣鍵盤，也被稱為行列鍵

23、盤，這是由條 i/o 線為行線，條 i/o 線為列線形成的鍵盤。按鍵在列線和行線的各個相交點上提供。所以，鍵盤上的數(shù)量按 鍵即為 n* n 個，行列式鍵盤結(jié)構(gòu)可以使單片機 i/o 端口的系統(tǒng)的利用率大大地提高。 本系統(tǒng)采用 4*4 矩陣式鍵盤，用以實現(xiàn)實時在 led 數(shù)碼管上顯示按鍵信息。其鍵盤按鍵 接線圖如圖 3.7 所示。 圖 3.7 鍵盤按鍵接線圖 按觸點鍵在斷開和閉合時都會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，這是不穩(wěn)定的觸點的邏輯電平造成的，如 果處理不當，會造成不正確的按鍵命令執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。目前一般均用軟件延時的方法來避 開抖動階段，這一延時過程一般大于 5ms。本設(shè)計就是采用在軟件上對輸入進行消抖處理

24、的 方案，并對按鍵狀態(tài)進行連續(xù)的判斷處理，直到按鍵松開為止，然后才執(zhí)行相應(yīng)地處理程序。 3.5.23.5.2 顯示電路的設(shè)計顯示電路的設(shè)計 led 數(shù)碼管（led segment displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型 的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led 數(shù)碼管常用段 數(shù)一般為 7 段有的另加一個小數(shù)點。數(shù)碼管分為共陽極的 led 數(shù)碼管、共陰極的 led 數(shù)碼管 兩種。要使數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個條件：1、要在 vt 端（3/8 腳）加正電源；2、要使 （a,b, c,d,e,f,g,dp)端接低電平或“0”電平。 要顯示正確 led

25、數(shù)碼管，有必要使用驅(qū)動電路來驅(qū)動各個數(shù)碼管段，從而我們想要的數(shù) 字顯示出來，所以，根據(jù) led 方法的驅(qū)動可分為兩種類型的靜態(tài)和動態(tài)。 （1）靜態(tài)顯示驅(qū)動 直流驅(qū)動是靜態(tài)驅(qū)動的一種說法。直流驅(qū)動是指每個數(shù)碼管由一個單片機芯片的 i/o 端 口驅(qū)動各段代碼程序。靜態(tài)驅(qū)動簡單的編程，高亮度顯示是其優(yōu)點，缺點是較多 i/o 端占用 口，應(yīng)用實際中，必須增加驅(qū)動器的驅(qū)動電路而且硬件復(fù)雜性也有很大增加。 （2）動態(tài)顯示 顯示動態(tài)數(shù)碼管介面是單片機中使用顯示方式最廣泛的一種，動態(tài)顯示是將數(shù)碼管的所 有的段選線并聯(lián)在一起，用一個 i/o 接口控制，公共端不是直接接地或接電源，而是通過相 應(yīng)地 i/o 接口線

26、控制。當單片機字形碼輸出時，相同的字形碼送到全部數(shù)碼管中，但究竟數(shù) 碼管是顯示什么形狀，取決于對位選通 com 端的單片機控制電路，所以只需開放需要顯示的 數(shù)碼管選通控制，字形就顯示在該位，就不會點亮沒有得到選通信號的數(shù)碼管。 動態(tài)的驅(qū)動器是通過控制分時旋轉(zhuǎn) led 數(shù)碼管 com 端子上翻各種數(shù)碼管顯示控制。在這 個過程中，交替地顯示，數(shù)碼管每個是 1 到 2ms 的點亮?xí)r間，由于發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)和 人的暫留視覺現(xiàn)象，盡管事實上數(shù)碼管不亮在同一時間，但只要有特別快的掃描速度，就能 造成這樣的印象：出現(xiàn)一組顯示穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，閃爍不會有?？梢源罅康墓?jié)省 i/o 端口，以及 更低的功耗消耗。 本

27、次設(shè)計使用的是 7seg-mpx4-cc 四個共陰二極管顯示器，其中 1234 是陰公共端。通過 查表法，將數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示出來，其中 p0 口為字型碼輸入端，p2 口低 4 位為字選段輸 入端。在這里將字型碼送給 7 段數(shù)碼管顯示的數(shù)字，4 位七段數(shù)碼管顯示電路如圖 3.8 所示。 圖 3.8 4 位七段數(shù)碼管顯示電路圖 圖 3.8 中數(shù)碼管采用的是 4 位七段共陰數(shù)碼管，其中 ah 段分別接到單片機的 p0 口， 由單片機輸出的 p0 口數(shù)據(jù)來決定段碼值，位選碼 com1、com2、com3、com4 分別接到單片機 的 p2.0、p2.1、p2.2、p2.3，由單片機來決定當前該顯示的

28、是哪一位。在圖中還有八個 1k 的電阻，連接在 p0 口上，用作 p0 口的上拉電阻，保證 p0 口沒有數(shù)據(jù)輸出時候處于高電平 狀態(tài)。 3.5.33.5.3 報警電路設(shè)計報警電路設(shè)計 本文設(shè)計如圖 3.9 所示。圖中用到了單片機 p1.0 腳的 i/o 端口功能，如果蓄電池在放 電過程中出現(xiàn)：（1）由于某種原因使電源電壓低于規(guī)定的欠壓動作數(shù)值（uv）且小毛刺干 擾時間大于規(guī)定的；（2）由于某種原因基板溫度超出過熱動作數(shù)值（ot） ；（3）由于 ouv t 某種原因流過蓄電池內(nèi)部的電流超出過流動作數(shù)值（oc）的時間大于；（4）由于某 )(ocoff t 種原因流經(jīng)蓄電池內(nèi)部的電流超過短路保護動作

29、數(shù)值（sc） ，亦或者出現(xiàn)某種錯誤操作時， 蜂鳴器報警。 r8 10k r9 10k q1 2n2905 p1.0 buz1 buzzer 圖 3.9 報警電路圖 3.63.6 輔助模塊設(shè)計輔助模塊設(shè)計 3.6.13.6.1 復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位電路的設(shè)計 單片機的第 9 腳 rst 為硬件復(fù)位端，只要將該端持續(xù) 4 個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復(fù) 位，復(fù)位后單片機的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖 3.10 所示： r5 200 r6 1k c1 22uf vcc rst 圖 3.10 復(fù)位電路圖 圖 3.10 中由按鍵 reset1 以及電解電容 c1、電阻 r5、r6 構(gòu)成按鍵及上電復(fù)

30、位電路。由 于單片機是高電平復(fù)位，所以當按鍵 reset1 按下時候，單片機的 9 腳 reset 管腳處于高電 平，此時單片機處于復(fù)位狀態(tài)。當上電后，由于電容的緩慢充電，單片機的 9 腳電壓逐步由 高向低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一段時間后，單片機的 9 腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時單片機上電復(fù)位 完畢，系統(tǒng)程序從 0000h 開始執(zhí)行。 在本設(shè)計當中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可 知寄存器及存儲器的值都恢復(fù)到了初始值，而軟復(fù)位實際上就是當程序執(zhí)行完畢之后，將程 序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。 3.6.23.6.2 時鐘頻率電路的設(shè)計時鐘頻率電路的設(shè)計

31、 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接 一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。 時鐘電路如圖 3.11 所示。 圖 3.11 外部振蕩源電路 一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振，在 xtal2 引腳 產(chǎn)生幅度為 3v 左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩 個電容 c2，c3 的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。 c2，c3 的典型值為 30pf。 單片機在工作時，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信

32、號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，常用表示。圖中時鐘頻率為 osc f 12mhz，即=12mhz，則時鐘周期為 1/12s。 osc f 3.73.7 電池的剩余容量電池的剩余容量估算方法設(shè)計估算方法設(shè)計 眾所周知，內(nèi)燃發(fā)動機驅(qū)動的汽車都帶有一個油量表，顯示當前的燃料利用信息，使用 蓄電池供電的車輛，自然也需要說明剩余容量的容量表。剩余容量不但可以使用戶了解有多 少可使用的電量，以避免因過度放電的電池，縮短電池的壽命方面，它也可以提供信息給控 制系統(tǒng)，選擇正確的方式，以最快的安全的方式來自動切換到備用電源供電。因此，對于電 池的剩余容量估計是極其重要的。電池的剩余容量用電池的

33、荷電狀態(tài)(soc)來表示，它代表 了電池的供電能力，其值被定義為電池的剩余容量占完全充滿電時的電池容量之比。在一定 的溫度下，通常把蓄電池不能再吸收能量的充電狀態(tài)認定為等于 100，而將不能再被soc 釋放的能量的電池狀態(tài)定義為等于 0。的定義如下，其中為剩余容量，socsoc main cre 為充滿時電池所含容量。對于，我們將其認定為標稱容量（生產(chǎn)商提供的） 。 full c full c n c （3.3） full remain c c soc 只有通過外部的電池特性即電池的電流 i，電池的電壓 u，電池的內(nèi)阻 r，電池的soc 溫度等其他參數(shù)的測試來推斷的大小。下述有兩種估計電池荷電

34、狀態(tài)的國內(nèi)外常用的soc 方法。 （1)放電實驗法 放電實驗法是 soc 估算方法中最可信的，其采用恒流連續(xù)進行放電，放電電流與時間的 乘積就是剩余容量。針對所有電池實驗室中使用較頻繁的就是放電實驗法，但它有 2 個顯著 缺陷：需要時間較長：要被迫中斷電池正在運行的工作。 （2)安時(ah)計量法 最常用的 soc 估算方式即為 ah 計量法。若起始放電狀態(tài)為，則當前狀態(tài)的 0 ocs 為：soc （3.4） t t dis full di c socsoc 0 1 0 ah 計量法使用中存在的故障有：測量電流不準，將引起計算誤差，若長此以往的soc 積累，誤差將會日益增大；電池的放電效率也要

35、考慮；在電流劇烈波動和高溫狀態(tài)的情況下， 誤差也會很大。所有電動汽車均可用 ah 計量法，只要測量電流精確，有大量的起始估計數(shù) 據(jù)，它就能成為簡單、實用的 soc 估算方法。本次設(shè)計即采用安時(ah)計量法估算蓄電池的 剩余容量。 4 4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 4.14.1 軟件系統(tǒng)流程設(shè)計軟件系統(tǒng)流程設(shè)計 本系統(tǒng)軟件設(shè)計流程如圖 4.1 所示。啟動系統(tǒng)后，初始化程序系統(tǒng)立即執(zhí)行，讀上次獲 得的芯片運行控制的參數(shù)。然后溫度傳感器開始對當前的系統(tǒng)溫度讀取，a/d 子程序采樣的 被調(diào)用用來獲得 10 位精度的電流和電壓數(shù)據(jù)信號。通過系統(tǒng)操作可以讀取最后的電池的操 作狀態(tài)，根據(jù)出現(xiàn)各種多樣的狀態(tài)信息來執(zhí)

36、行各個子程序的工作，而且使不同的數(shù)據(jù)狀態(tài)輸 出顯示到數(shù)碼管上。系統(tǒng)在運行時將根據(jù)已有的數(shù)據(jù)和檢測到的數(shù)據(jù)，自動對參數(shù)進行更改 修正，使其能準確地反映蓄電池放電管理內(nèi)部的參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)管理的智能化。 開始 系統(tǒng)上電初始化 采集電流采集電壓檢測溫度 uuv isc且 ioc tocisc uot y y y 圖 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖 4.24.2 電壓、電流采集電路流程設(shè)計電壓、電流采集電路流程設(shè)計 啟動系統(tǒng)后，立即初始化程序系統(tǒng)，利用本模塊的電壓、電流檢測電路對電流、電壓采 集并送至單片機的 a/d 端口。通過單片機內(nèi)部對采集來的電流、電壓與設(shè)定的欠壓動作數(shù) 值（） ，過流動作數(shù)值（） ，

37、短路保護動作數(shù)值（）進行相應(yīng)的比較，若是均滿足uvocsc 條件，則將數(shù)據(jù)存放在寄存器中，經(jīng)由開中斷執(zhí)行相關(guān)程序在顯示模塊中顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)并 且時刻更新采集來的電壓、電流數(shù)據(jù)進行再判斷；若是不全滿足條件，則啟動相關(guān)的自保護 并處理故障，進而保持時刻采集電壓、電流狀態(tài)。 開始 系統(tǒng)初始化 電壓、電流采集 采集uuv且采集 ioc、isc 啟用a/d轉(zhuǎn)換 啟動相關(guān)自保 護 開中斷、pwm更新 n y 圖 4.2 電壓、電流采集電路流程圖 4.34.3 溫度檢測流程設(shè)計溫度檢測流程設(shè)計 清楚的掌握總線的讀寫時序是使用 ds18b20 的關(guān)鍵。因為極其簡單的 ds18b20 的外部電 路，使電路連接沒

38、有問題，但在軟件編程上需要嚴格的時序按照其讀取和寫入操作。 操作如下: 針對 ds18b20 的操作，首先你要將其重置。dq 線應(yīng)拉低 480s960s，數(shù)據(jù)線應(yīng)拉高 15s 60s,而后,ds18b20 輸出 60s240s 的低電平來當應(yīng)答信號,此時主機才可以對它進行其 它操作。 首先對 ds18b20 無通信初始化序列。而后用復(fù)位脈沖來說明 ds18b20 已經(jīng)準備好接收或 發(fā)送?？偩€主機發(fā)送（tx）一個復(fù)位脈沖（最短 480s 低電平信號） ，隨后由總線主機將釋放 這條線，并進入接收模式（rx） ，單線總線使用 5k 上拉電阻拉高水平的狀態(tài)。經(jīng)過檢測到 i/o 引腳的上升沿，ds18b

39、20 等待 1560s 然后發(fā)送存在脈沖（60 至 240 秒的低電平信號） 。 進而判斷 p3.2 引腳的鍵是否按下。若按下，則進入下一中斷由按鍵設(shè)置報警溫度的上限值 和下限值，對采集來的溫度進行換算，判斷溫度值是否在允許的范圍內(nèi)，若不在，則蜂鳴器 報警；若在允許的范圍內(nèi)，則采集下一個溫度值。 具體程序設(shè)計如下： 開始 開中斷，初始化ds18b20 p3.2引腳的鍵按下 啟動溫度轉(zhuǎn)換 匹配64位rom地址 溫度換算及顯示 溫度值在允許的范圍 蜂鳴器報警 進入中斷 鍵掃描，按鍵設(shè)置報警 溫度的上限值及下限值 ds18b20顯示報警溫 度的上限值及下限值 返回中斷 n n y y 圖 4.3 測

40、溫系統(tǒng)程序流程圖 4.44.4 智能功率模塊流程設(shè)計智能功率模塊流程設(shè)計 啟動系統(tǒng)后，立即初始化芯片程序，檢測單片機的端口信號，判斷是否有外部中斷信號。若 有則啟動中斷，執(zhí)行相關(guān)子程序利用功率器件的保護部分進行器件保護比如欠壓保護，過熱 保護，過流保護，短路保護并進行故障處理；若無外部中斷信號，則時刻檢測單片機端口。 開始 上電復(fù)位 芯片初始化 檢測i/o信號 有外部中斷信號 執(zhí)行中斷 故障處理 y n 圖 4.4 智能功率模塊流程圖 4.54.5 鍵盤掃描流程設(shè)計鍵盤掃描流程設(shè)計 啟動系統(tǒng)后，立即初始化程序系統(tǒng)，矩陣鍵盤的工作過程可以分成以下兩個步驟：首先 是第一次檢測到的 cpu 是否在鍵

41、盤上按下一個鍵；第二部分是用以確定哪個鍵被按下。 （1）檢測鍵盤的鍵是否被按下：全面掃描字成列線，讀取輸入行線的狀態(tài)來確定。其 操作具體如下：將列線全部設(shè)置低電平，其后將行線狀態(tài)計入累加器 a 中。當某根行線變?yōu)?低電平時，就說明有鍵按下。 （2）識別鍵盤上按下哪一個鍵的方法是：逐列將列線置成低電平，輸入行檢查狀態(tài)， 稱為一列列掃描。詳細過程如下：從第一列開始，輸出依次 “0” ，設(shè)置相應(yīng)的低電平為列 線，然后讀取從 pc 端口輸入狀態(tài)的行線，若所有的為“1” ，則按下的鍵不在此列；如果不 是全部為“1”那么按下的鍵必在此列中，而且是該列與“0”電平的交點相交的行線上的那 個鍵。 開始 掃描一

42、行 掃描一列 該行該列是否有鍵按下 4列全掃描完 掃描下一行 4行全掃描完 返回表示無鍵按下 掃描下 一行 掃描下 一行 延時10ms去 抖動 再次掃描原列 由鍵值查數(shù)碼顯示編碼表 與原掃描值相符 按鍵釋放 由行列號求鍵值 掃描下一 行 返回 n y y y y y n n 初始化 n n 圖 4.5 鍵盤掃描流程圖 4.64.6 數(shù)碼管顯示流程設(shè)計數(shù)碼管顯示流程設(shè)計 啟動系統(tǒng)后，立即初始化程序系統(tǒng)，啟動中斷執(zhí)行相關(guān)子程序判斷是否有鍵按下，若有 鍵按下，則取段碼，在數(shù)碼管上顯示輸出數(shù)據(jù)；若無鍵按下，則數(shù)碼管空閑繼而繼續(xù)監(jiān)測有 無鍵按下。 開始 系統(tǒng)初始化 設(shè)置、啟動中斷 有無鍵按下 led空閑

43、 取段碼 段碼右移1位 輸出一位段碼 輸出一個移位脈沖 段碼移位結(jié)束 取段碼結(jié)束 結(jié)束 y n 是 否 是 否 圖 4.6 數(shù)碼管顯示流程圖 結(jié)論結(jié)論 本文研究設(shè)計的車載蓄電池智能放電管理系統(tǒng)采用了常見的電子元器件和智能功率器件， 利用 p89c591 單片機內(nèi)部的定時器、計數(shù)器的定時和計數(shù)的原理，將系統(tǒng)的軟硬件有機的 結(jié)合起來。理論聯(lián)系實踐，體現(xiàn)出了大學(xué)生的實際動手能力。通過查閱資料和收集相關(guān)的文 獻培養(yǎng)了我們的自學(xué)能力和動手能力，并且在原來的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成了主動地搜索吸收知識， 由此可以看出學(xué)習(xí)方式的改變能給我們帶來意想不到的收獲。在以前的填鴨式學(xué)習(xí)方法下， 我們也許會學(xué)到大量書本知識，然

44、而經(jīng)過此次論文設(shè)計，我懂得了如何學(xué)以致用，怎樣更好 地處理理論與實際相結(jié)合的問題，做到活學(xué)活用，實現(xiàn)學(xué)到的知識能夠融會貫通。在設(shè)計過 程中由于時間沒能分配好，有點倉促有些地方難免存在不足之處，比如在軟件設(shè)計中有些功 能還尚未能開發(fā)出來，但在以后的工作中，我會嚴格的要求自己力爭做到完美。 針對本次設(shè)計我遇到里很多實際性的問題，在實際設(shè)計中我才發(fā)現(xiàn)，書本上的很多理論 知識與實際運用中有著一定的出入，因此對于一些問題要改變原有的思維方式。在本次整個 設(shè)計中我用了較多的時間考慮軟件設(shè)計，雖說有些子程序流程可以借鑒于書上，但怎樣使各 個子程序流程銜接起來才是問題的關(guān)鍵。程序流程設(shè)計反應(yīng)了你解決問題的邏輯

45、思維和創(chuàng)新 能力，所以這是需要扎實的專業(yè)知識和靈活的頭腦的。通過這次設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不 足之處。在設(shè)計過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問題不夠全面，自己的專業(yè)知識掌握的還不牢靠，所 掌握的計算機軟件知識還不夠，我希望自己的這些不足之處能在今后的工作中得到改善。而 且，通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，體會到了堅持和努力的巨大作用，這將成為我 以后的經(jīng)驗和榜樣。 再來看看此次設(shè)計，蓄電池智能管理系統(tǒng)是動力電池和整車之間的聯(lián)系橋梁，裝置電池 智能放電管理系統(tǒng)可以提高動力電池的性能和可靠性。本次設(shè)計能夠?qū)崟r、準確的檢測蓄電 池的狀態(tài)和顯示蓄電池的電量。實踐證明，設(shè)計的電池智能放電管理系統(tǒng)運用高可靠性、強 抗干擾的采樣電路對動力電池組的單體電池電壓、總電壓、電流和溫度等電池信息進行采樣， 該智能型鉛酸蓄電池放電管理系統(tǒng)智能化程度高、測量準確，能及時發(fā)現(xiàn)并控制對蓄電池的 不當使用，提供自我保護，而且能夠準確的判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)，不僅很大程度提高了被供 電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且