基于單片機(jī)的變電站蓄電池組在線檢測(cè)裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書摘要蓄電池的作用是把有限的電能儲(chǔ)存起來，在合適的地方使用。它的工作原理是先把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，等需要的時(shí)候再轉(zhuǎn)化回來。蓄電池種類很多，目前常用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池。蓄電池有很多參數(shù)，比如電壓、電流、溫度等。如果這些參數(shù)不在正常范圍內(nèi)，就會(huì)影響蓄電池的壽命?，F(xiàn)在隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)發(fā)揮著越來越重要的作用，蓄電池組作為其中一個(gè)重要組成部分，其工作狀況的好壞直接影響到電力系統(tǒng)的安全、可靠和高效運(yùn)行，因此蓄電池監(jiān)測(cè)具有很重要意義。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，通過電壓采集電路和溫度采集電路來測(cè)電壓和環(huán)境溫度兩個(gè)參數(shù)，并有報(bào)警電路，當(dāng)參數(shù)超限時(shí)系統(tǒng)可以報(bào)警

2、，顯示電路來顯示所測(cè)參數(shù)。其中在電壓采集電路中線性光耦合器件TIL300可以有效地將測(cè)量通道與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)隔離開來，而且對(duì)信號(hào)放大的線性度也很好。溫度采集電路采用廣泛使用的數(shù)字溫度采集芯片DS18B20對(duì)蓄電池所在場(chǎng)所的環(huán)境溫度進(jìn)行采集。報(bào)警電路采用蜂鳴器，參數(shù)超限時(shí)它可報(bào)警。顯示電路采用數(shù)碼管來進(jìn)行顯示，并且用專業(yè)的驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)各個(gè)數(shù)碼管。關(guān)鍵詞：蓄電池、 單片機(jī)、 監(jiān)測(cè)Abstract The battery's role is limited to the energy stored in the right places. It worksby first turning el

3、ectrical energy into chemical energy, into back when needed. Battery type are very many , at present the commonly used batterymainly is thelead-acid battery.The battery has many parameters, such as voltage, current, temperature, etc. If these parameters are not within the normal range, it will affec

4、t battery life. Now along with the national economy rapid development, the electrical power system plays the more and more vital role, the battery unit was taking important constituent, its working condition quality affects directly the electrical power system security, reliable and the highly effec

5、tive movement, therefore the battery monitor has the very vital significance. This monitoring system is based on Single chip microcomputer as the core,through the voltage gathering electric circuit and the temperature gathering electric circuit measured the voltage and the ambient temperature two pa

6、rameters, and have the alarm circuit, when the parameter ultra time limit system may report to the police, the display circuit to display the measured parameters.In which linear light coupled apparatus TIL300 may survey effectively in the voltage gathering electric circuit the channel and the comput

7、er system isolates, moreover the linearity which enlarges to the signal very is also good. The temperature gathering electric circuit uses the widespread use digital temperature gathering chip DS18B20 presents to the accumulator cell the ambient temperature to carry on gathering. The alarm circuit u

8、ses the buzzer, the parameter ultra time limit it may report to the police. Display circuits used digital tube display, and with a professional driver to drive the digital pipe.Keywords: battery, single chip microcomputer, monitoring摘要IAbstractII1 緒論11.1 課題背景11.2課題意義22 蓄電池32.1 蓄電池介紹32.2 蓄電池分類42.3 蓄電

9、池發(fā)展現(xiàn)狀52.4 閥控蓄電池失效原理62.4.1蓄電池設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的因素62.4.2蓄電池工藝質(zhì)量的因素72.4.3使用環(huán)境因素72.5 蓄電池監(jiān)測(cè)方法和研究現(xiàn)狀82.5.1 V/F轉(zhuǎn)換提取電壓法92.5.2電阻分壓法102.5.3 浮動(dòng)地技術(shù)測(cè)量電池端電壓112.5.4 線性電路直接采樣法112.5.5 開關(guān)矩陣法123 硬件設(shè)計(jì)143.1 系統(tǒng)組成143.2 單片機(jī)143.3 復(fù)位電路與時(shí)鐘電路173.4 電壓采集電路183.5 溫度測(cè)量電路203.6 報(bào)警電路233.7 顯示電路243.8 電源部分電路254 軟件設(shè)計(jì)274.1 系統(tǒng)總體功能274.2 主程序284.3 電壓程序284.

10、4 溫度程序304.5 顯示程序314.6 A/D轉(zhuǎn)換程序344.7 定時(shí)程序345 設(shè)計(jì)小結(jié)36致 謝37參考文獻(xiàn)38附 錄39521 緒論鉛酸蓄電池作為一種化學(xué)電源，自從蓄電池問世以來，尤其是近年來隨著閥控式鉛酸蓄電池的出現(xiàn)，蓄電池以其價(jià)格低廉、易于浮充使用、電能效率高、電源獨(dú)立性好、可移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、變電站、發(fā)電廠、郵電通訊系統(tǒng)、鐵路客車等各個(gè)領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)中，蓄電池一般作為應(yīng)急電源電源使用，是電力系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分，因此蓄電池的好壞將直接關(guān)系到電力系統(tǒng)是否能夠安全、可靠運(yùn)行?，F(xiàn)在隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)發(fā)揮著越來越重要的作用。而蓄電池作為系統(tǒng)中

11、重要的組成部分，它的好壞又直接影響到電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)是否能安全、可靠和高效運(yùn)行，所以必須保證蓄電池的質(zhì)量。為了提高蓄電池的使用壽命，保證其可靠運(yùn)行，需要經(jīng)常對(duì)蓄電池參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量，以確保蓄電池組處于最佳的工作狀況。1.1 課題背景電力系統(tǒng)中有三大電氣設(shè)備，分別為一次設(shè)備(如發(fā)電機(jī)、主變壓器等)，二次設(shè)備(如監(jiān)視、測(cè)量、保護(hù)等)和直流電源設(shè)備。直流保護(hù)操作電源是發(fā)電廠和變電站必備的設(shè)備之一，穩(wěn)定、可靠、安全的保護(hù)操作電源是保證電網(wǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。而這其中的核心是蓄電池組。它與充電整流設(shè)備，直流饋電網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備構(gòu)成電力系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電站直流電源系統(tǒng)。蓄電池組是一個(gè)獨(dú)立于發(fā)電廠、變電所用交流電源

12、的直流電源。在正常狀態(tài)下它為斷路器提供合閘電源；在發(fā)生故障時(shí)，當(dāng)發(fā)電廠、變電所用電中斷時(shí)，發(fā)揮其“獨(dú)立電源”的作用，為繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、斷路器跳閘與合閘、拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備的直流電動(dòng)機(jī)、通信、事故照明提供電源。一但蓄電池不能正常工作，那么繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置將不能工作，斷路器不能跳閘與合閘?？梢韵胂?，這將帶來多么大的損失。平時(shí)蓄電池組并聯(lián)在整流設(shè)備上，長(zhǎng)期保持浮充備用狀態(tài)。負(fù)荷由交流供電，只有當(dāng)交流失電時(shí)，蓄電池組才向負(fù)荷提供能量，所以蓄電池的容量應(yīng)該經(jīng)常處于飽滿的狀態(tài)。但由于免維護(hù)閥控蓄電池本身構(gòu)造的特點(diǎn)，這種電池在長(zhǎng)期浮充以后，常常會(huì)出現(xiàn)活性物質(zhì)脫落、電解液干涸、極板變形、柵極腐蝕及硫化等現(xiàn)象，

13、加之由于使用維護(hù)不當(dāng)?shù)仍颍姵卦缙谑КF(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。為防止事故發(fā)生，必須及早發(fā)現(xiàn)壞掉的電池。只有通過對(duì)電池參數(shù)的測(cè)量，才能判斷電池是否正常，才能及早發(fā)現(xiàn)和更換壞掉的電池，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。1.2課題意義蓄電池作為穩(wěn)定電源和主要的直流電源, 歷史悠久, 使用廣泛, 與我們的社會(huì)生活息息相關(guān)。作為后備電源, 蓄電池是確保設(shè)備正常運(yùn)行的最后一道生命線, 如果聽任其長(zhǎng)期處于狀態(tài)不明的情況下運(yùn)行, 那么將存在嚴(yán)重隱患。隨著時(shí)間的推移, 電池使用年限的增加, 由電池引起的中斷事故將防不勝防。因此, 合理可靠地對(duì)電池進(jìn)行管理和維護(hù), 能夠保證電池有較長(zhǎng)的使用壽命,從而達(dá)到保證設(shè)備擁有不間斷電源。在電源系統(tǒng)

14、的維護(hù)中, 蓄電池的維護(hù)管理占據(jù)非常重要的地位。怎樣才能延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命, 保證蓄電池有足夠的容量, 充分發(fā)揮蓄電池作為后備電源的作用, 確保通信、電力、應(yīng)急等系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這對(duì)各個(gè)行業(yè)電源及后備電源維護(hù)有著非常重要的意義。在現(xiàn)今這個(gè)以工業(yè)為主的社會(huì)中，鉛酸蓄電池的應(yīng)用越來越廣泛了，如今交通工具大都裝有蓄電池，諸如各式各樣的飛機(jī)、船用、火車和汽車等，還有通信、電力和金融行業(yè)的后備電源等等。這些場(chǎng)合都是要求蓄電池的運(yùn)行絕對(duì)可靠，這樣就對(duì)蓄電池的檢測(cè)和維護(hù)提出了很高的要求。如果這些領(lǐng)域在蓄電池方面出現(xiàn)了故障，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解除，那么造成的嚴(yán)重后果是無法估量的。因此蓄電池檢測(cè)儀表對(duì)蓄電池的正常

15、運(yùn)行，提高蓄電池的使用壽命，減少應(yīng)用領(lǐng)域事故發(fā)生，降低財(cái)產(chǎn)損失有著重要的意義，應(yīng)用前景廣闊。本文主要針對(duì)的是電力系統(tǒng)中變電站的蓄電池，它一般是閥控密閉蓄電池。由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水，所以也叫免維護(hù)蓄電池。它只是不需要經(jīng)常補(bǔ)充蒸餾水而已，并不是真的不需要維護(hù)。實(shí)際這類電池容量的檢測(cè)比開口式鉛酸蓄電池更為復(fù)雜，開口式電池可以通過測(cè)量電解液的密度來判斷蓄電池的狀態(tài)，而這類電池首先從外觀上不能發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障，也不能通過測(cè)量電解液的密度來判別電池的好壞。其次目前常規(guī)的測(cè)量方法是對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流長(zhǎng)時(shí)間做放電試驗(yàn)，直到達(dá)到終止電壓時(shí)停止放電，這種方法需要停

16、電進(jìn)行，而且試驗(yàn)方法復(fù)雜，另外由于試驗(yàn)間隔期一般較長(zhǎng)，對(duì)于電池組容量意外降低的情況難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。并且蓄電池組發(fā)生故障后，如果進(jìn)行人工維護(hù)，蓄電池?cái)?shù)量較多，情況各異，維護(hù)工作量大，且不易發(fā)現(xiàn)故障電池，將直接影響故障處理的準(zhǔn)確和及時(shí)。因此，平時(shí)對(duì)蓄電池組運(yùn)行自動(dòng)檢測(cè)、故障診斷及其早期發(fā)現(xiàn)就顯得十分必要,這樣不但能盡快發(fā)現(xiàn)失效電池，以免影響整組電池的運(yùn)行，而且能減少電池失效的概率，使電池始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)，這正是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用。2 蓄電池2.1 蓄電池介紹蓄電池是一種化學(xué)電源，即是一種把氧化還原反應(yīng)所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)變成低壓直流電能的裝置。它既可以儲(chǔ)存能量，又可以釋放能量，并且轉(zhuǎn)換效率高，對(duì)環(huán)境

17、的適應(yīng)性很強(qiáng)。雖然它的構(gòu)造是各種各樣的，但構(gòu)成電池的主要部件都是正負(fù)極板、電解液、隔板和電池槽等。其中正負(fù)極板上的活性物質(zhì)和電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)電池產(chǎn)生電流起著主導(dǎo)作用。它 的 正 極 活 性 物 質(zhì) 是 二 氧化鉛(PbO2) , 負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀金屬鉛 ( Pb) , 電解液是稀硫酸 (H2 SO4 ) ,4它們之間通過可逆的化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電子的移動(dòng)，即產(chǎn)生電流，達(dá)到了能量的相互轉(zhuǎn)化。一般的蓄電池鉛酸蓄電池是由正負(fù)極板、隔板、殼體、電解液和接線樁頭等組成，其放電的化學(xué)反應(yīng)是依靠正極板活性物質(zhì)(二氧化鉛和鉛)和負(fù)極板活性物質(zhì) (海綿狀純鉛)在電解液(稀硫酸溶液)的作用下進(jìn)行，其中極板的

18、柵架，傳統(tǒng)蓄電池用鉛銻合金制造，免維護(hù)蓄電池是用鉛鈣合金制造，前者用銻，后者用鈣，這是兩者的根本區(qū)別點(diǎn)。不同的材料就會(huì)產(chǎn)生不同的現(xiàn)象：傳統(tǒng)蓄電池在使用過程中會(huì)發(fā)生減液現(xiàn)象，這是因?yàn)闁偶苌系匿R會(huì)污染負(fù)極板上的海綿狀純鉛，減弱了完全充電后蓄電池內(nèi)的反電動(dòng)勢(shì)，造成水的過度分解，大量氧氣和氫氣分別從正負(fù)極板上逸出，使電解液減少。用鈣代替銻，就可以改變完全充電后的蓄電池的反電動(dòng)勢(shì)，減少過充電流，液體氣化速度減低，從而減低了電解液的損失。由于免維護(hù)蓄電池采用鉛鈣合金柵架，充電時(shí)產(chǎn)生的水分解量少，水份蒸發(fā)量低，加上外殼采用密封結(jié)構(gòu)，釋放出來的硫酸氣體也很少，所以它與傳統(tǒng)蓄電池相比，具有不需添加任何液體，對(duì)接

19、線樁頭、電線腐蝕少，抗過充電能力強(qiáng)，起動(dòng)電流大，電量?jī)?chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。免維護(hù)蓄電池因其在正常充電電壓下，電解液僅產(chǎn)生少量的氣體，極板有很強(qiáng)的抗過充電能力，而且具有內(nèi)阻小、低溫起動(dòng)性能好、比常規(guī)蓄電池使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因而在整個(gè)使用期間不需添加蒸餾水，在充電系正常情況下，不需從拆下進(jìn)行補(bǔ)充充電。但在保養(yǎng)時(shí)應(yīng)對(duì)其電解液的比重進(jìn)行檢查。大多數(shù)免維護(hù)蓄電池在蓋上設(shè)有一個(gè)孔形液體(溫度補(bǔ)償型)比重計(jì)，它會(huì)根據(jù)電解液比重的變化而改變顏色?？梢灾甘拘铍姵氐拇娣烹姞顟B(tài)和電解液液位的高度。當(dāng)比重計(jì)的指示眼呈綠色時(shí)，表明充電已足，蓄電池正常；當(dāng)指示眼綠點(diǎn)很少或?yàn)楹谏砻餍铍姵匦枰潆?；?dāng)指示眼顯示淡黃色，表明蓄

20、電池內(nèi)部有故障，需要修理或進(jìn)行更換。免維護(hù)蓄電池也可以進(jìn)行補(bǔ)充充電，充電方式與普通蓄電池的充電方法基本一樣。充電時(shí)每單格電壓應(yīng)限制在23-24V間。注意使用常規(guī)充電方法充電會(huì)消耗較多的水，充電時(shí)充電電流應(yīng)稍小些(5A以下)。不能進(jìn)行快速充電，否則，蓄電池可能會(huì)發(fā)生爆炸，導(dǎo)致傷人。當(dāng)免維護(hù)蓄電池的比重計(jì)，顯示為淡黃色或紅色時(shí)，說明該蓄電池已接近報(bào)廢，即使再充電，使用壽命也不長(zhǎng)。此時(shí)的充電只能做為救急的權(quán)宜之計(jì)。2.2 蓄電池分類蓄電池種類很多，有鉛酸蓄電池、鉛酸膠體蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋅空氣電池和燃料電池等目前常用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池分別為普通蓄電池、干電荷蓄電池和免維護(hù)蓄電池。鉛

21、酸蓄電池一般是由正負(fù)極板、隔板、殼體、電解液和接線樁頭等組成。鎳鎘電池是前幾年使用最為普遍的充電電池。它的優(yōu)點(diǎn)主要是價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是其自放電率較高，存在記憶效應(yīng)，且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，因此也將逐漸地退出市場(chǎng)。通常可以充放電1000次左右。 近兩年來，重量更輕容量更大的鎳氫電池得到了更為普遍的使用。在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等便攜式設(shè)備中都能見到鎳氫電池的身影。鎳氫電池的容量比鎳鎘電池高1.52倍，且具有不污染環(huán)境、價(jià)格便宜、性能好等優(yōu)點(diǎn)。鎳氫電池的自放電率大概為20左右。同其他充電電池相比較，鋰電池具有最高的能量/重量、能量/體積比、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。但是鋰電池成本高而且充電器要求也是最高的。

22、如果對(duì)鋰電池充電不當(dāng)?shù)脑挘苋菀讚p壞電池，甚至產(chǎn)生電池爆炸。 最具代表的蓄電池是鉛酸蓄電池，它是許多船用的動(dòng)力源或應(yīng)急電源，也是火車指揮調(diào)度、郵電通信、銀行運(yùn)營(yíng)等必不可少的應(yīng)急電源。因此它的性能將直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，火車調(diào)度、郵電通信、銀行運(yùn)營(yíng)等。我們平時(shí)見到的大的蓄電池多為鉛蓄電池。目前，我們常用的蓄電池主要分為三類 , 分別為普通蓄電池、干荷蓄電池和免維護(hù)蓄電池三種。普通蓄電池:普通蓄電池的極板是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。它的主要優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是比能低 ( 即每公斤蓄電池存儲(chǔ)的電能 ) 、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁。 干荷蓄電池：它的全稱是干式荷電鉛酸

23、蓄電池，它的主要特點(diǎn)是負(fù)極板有較高的儲(chǔ)電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內(nèi)保存所得到的電量，使用時(shí)，只需加入電解液，等過 20 30 分鐘就可使用。 免維護(hù)蓄電池：免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場(chǎng)上的免維護(hù)蓄電池也有兩種：第一種在購買時(shí)一次性加電解液以后使用中不需要維護(hù)( 添加補(bǔ)充液 ) ；另一種是電池本身出廠時(shí)就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能加補(bǔ)充液。 2.3 蓄電池發(fā)展現(xiàn)狀鉛酸蓄電池是目前世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，具有電壓平穩(wěn)、安全可靠、價(jià)格

24、低廉、適用范圍廣、原材料豐富等優(yōu)點(diǎn)，中國(guó)鉛酸蓄電池行業(yè)經(jīng)過50年的建設(shè)與發(fā)展，已基本形成了大中小企業(yè)相結(jié)合、具有一定規(guī)模的鉛酸蓄電池制造體系?！鞍宋濉庇?jì)劃期間，鉛酸蓄電池行業(yè)發(fā)展穩(wěn)定，產(chǎn)品檔次和水平有了明顯提高，產(chǎn)量有了進(jìn)一步發(fā)展。進(jìn)入“九五”計(jì)劃時(shí)期之后，隨著我國(guó)改革開放進(jìn)一步向縱深發(fā)展，各行業(yè)結(jié)構(gòu)作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，能源、交通和通訊等支柱產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，給鉛酸蓄電池行業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。中國(guó)鉛酸蓄電池的需求以每年1540的速度增長(zhǎng)。高能電池、廉價(jià)的燃料電池以及微電池的發(fā)展將會(huì)使愈來愈多的電子產(chǎn)品“動(dòng)”起來。電池的種類將會(huì)更多、應(yīng)用范圍更廣，價(jià)格更低廉且更加“清潔”。和太陽能聯(lián)系在一起的電池以

25、及以大氣為活性物質(zhì)的燃料電池將會(huì)在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)中飛速發(fā)展。電池技術(shù)將是新世紀(jì)的第二大關(guān)鍵技術(shù)，有著非常廣闊的前景。鉛酸電池在重量比能量、體積比能量等方面比鋰離子電池低得多，幾乎是鎳基電池的二分之一；在循環(huán)壽命、再生率、自放電和安全性方面 鉛酸電池比鎳基電池和鋰電池好，作為應(yīng)用范圍最廣、用量最大的化學(xué)電源，鉛酸蓄電池行業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，隨著能源、交通、通信等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起鉛酸蓄電池的市場(chǎng)前景非常廣闊，特別是適應(yīng)環(huán)保與免維護(hù)需求的閾控式密封鉛酸蓄電池已經(jīng)被人們接受，并且在很多領(lǐng)域已逐漸取代傳統(tǒng)的開口式鉛酸蓄電池 但也應(yīng)該看到，目前鉛酸蓄電池行業(yè)整體技術(shù)水平、管理水平、人員素質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量等參差不齊

26、，急需進(jìn)一步完善和提高，技術(shù)上應(yīng)不斷創(chuàng)新，使產(chǎn)品本身增強(qiáng)與其他化學(xué)電源品種的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著中國(guó)加入WTO，將會(huì)有很多的國(guó)外一流企業(yè)加入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)中國(guó)鉛酸蓄電池企業(yè)構(gòu)成很大的威脅。因此，中國(guó)的鉛酸蓄電池企業(yè)應(yīng)盡快完善、更新和發(fā)展產(chǎn)品技術(shù)，提高產(chǎn)品的檔次和質(zhì)量并且降低或本，使產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力，并要不斷控制和限制創(chuàng)建低水平的蓄電池廠家，生產(chǎn)高質(zhì)量的免維護(hù)汽車蓄電池、大中小閥控式密封鉛酸蓄電池和作為動(dòng)力源的牽引用蓄電池，增強(qiáng)與世界著名品牌蓄電池廠家的抗衡能力，使蓄電池行業(yè)走上健康良好發(fā)展軌道。2.4 閥控蓄電池失效原理閥控鉛酸蓄電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)體系，蓄電池的性能和壽命取決于電極的材料、工藝、活性

27、物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、及蓄電池運(yùn)行狀態(tài)和條件等?；旧峡梢苑譃槿?。2.4.1蓄電池設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的因素板柵腐蝕：在充電時(shí)，特別是在過充電時(shí)，正極板柵要遭到腐蝕，逐漸被氧化成二氧化鉛而失去板柵的作用，為補(bǔ)償其腐蝕量必須加粗加厚正極板柵。電池設(shè)計(jì)壽命是按正極板柵合金的腐蝕速率進(jìn)行計(jì)算的，正極板柵被腐蝕的越多，電池的剩余容量就越少，電池壽命就越短。干涸失效：閥控式密封鉛酸蓄電池一旦處于“富液”狀態(tài)，會(huì)使隔板中氧氣的通道阻塞，氣體復(fù)合效率低，電池內(nèi)壓力增大，一部分氧氣來不及復(fù)合就從電池內(nèi)部溜出，導(dǎo)致失水。特別是在安全閥性能不良情況下，失水更加嚴(yán)重，經(jīng)過一段時(shí)間后，電池會(huì)失水而干涸。枝狀結(jié)晶生成：閥控蓄電池由

28、于電解液不流動(dòng)所以不易產(chǎn)生枝狀晶體。但當(dāng)閥控蓄電池處于過放電狀態(tài)，或長(zhǎng)期以放電狀態(tài)放置時(shí)，枝狀晶體穿透隔膜的現(xiàn)象仍會(huì)發(fā)生。在這種情況下，負(fù)極pH值增加，極板上生成可溶性鉛顆粒，促進(jìn)板狀結(jié)晶生成穿透隔膜造成極間短路，使電池失效。這種失效電池的電壓為零。負(fù)極板硫酸鹽化：由于化合反應(yīng)的發(fā)生，無論電池處于充電或放電狀態(tài)，負(fù)板總有硫酸鉛存在，使負(fù)極長(zhǎng)期處于非完全充電狀態(tài)，形成不可逆硫酸鉛，使電池容量減少，導(dǎo)致電池失效。閥控蓄電池比防酸隔爆蓄電池更易出現(xiàn)負(fù)極的硫酸化。這是由于：實(shí)現(xiàn)氧循環(huán)而造成的負(fù)極板較低的電位；固定的電解液造成的電解質(zhì)的分層。熱失控：熱失控是閥控蓄電池所特有的一種失效模式熱，它與閉合氧循

29、環(huán)的機(jī)理有關(guān)。水分解為氫氣和氧氣的過程會(huì)產(chǎn)生熱量，每18克水分解產(chǎn)生2106千焦的熱量。常規(guī)蓄電池在充電時(shí)，除了活性物質(zhì)的再生外，還有電解質(zhì)中的水電解生成氫氣和氧氣。氣體從電池內(nèi)析出的過程中帶走了水電解所產(chǎn)生的熱量。閥控蓄電池在充電時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的氧氣流向負(fù)極，氧氣在負(fù)極板使活性物質(zhì)海棉狀鉛氧化，并有效地補(bǔ)充了電解而失去的水。這樣，雖然消除了爆炸性混合氣體排出的問題，但這種密封結(jié)構(gòu)使得熱擴(kuò)散減少了一種重要途徑，散熱只能通過電池殼壁的熱傳導(dǎo)進(jìn)行。當(dāng)閥控蓄電池工作在浮充或完全再化合模式的過充狀態(tài)時(shí)，沒有純化學(xué)反應(yīng)，幾乎所有過充的能量都轉(zhuǎn)化成熱能。如果系統(tǒng)周圍環(huán)境能將產(chǎn)生的熱散發(fā)并達(dá)到平衡，那么就沒有熱

30、失控問題。當(dāng)再化合反應(yīng)熱量升高率超過了散熱率，電池的溫度就會(huì)升高并且需要更大的電流來維持浮充電壓。而額外的電流又引起更多的化合反應(yīng)和熱量產(chǎn)生，從而進(jìn)一上使電流溫度升高，并如此往復(fù)。這種純效應(yīng)加速電池干涸和內(nèi)部壓力的升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電池熔化或爆炸起火。熱失控的潛在問題會(huì)由于環(huán)境溫度的升高、單體或充電系統(tǒng)的故障而進(jìn)一步惡化。因此電池安裝時(shí)良好的通風(fēng)和合適的環(huán)境溫度很重要。為降低發(fā)生熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，充電裝置的浮充電壓應(yīng)根據(jù)蓄電池的環(huán)境溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。2.4.2蓄電池工藝質(zhì)量的因素在實(shí)際情況中，由于電池生產(chǎn)工藝質(zhì)量的問題，如原材料成分不穩(wěn)定，極板涂膏量不一致，極耳腐蝕斷裂，殼體和殼蓋間滲透漏液，閥蓋

31、開閉不靈等，都造成蓄電池性能離散性大，也是蓄電池早期失效的主要因素。2.4.3使用環(huán)境因素有些用戶認(rèn)為閥控蓄電池是免維護(hù)電池，廠家也有類似的誤導(dǎo)宣傳。閥控蓄電池特有的氧復(fù)合機(jī)理和閥控密封的結(jié)構(gòu)，雖然在一定程度上減少了它的維護(hù)工作量，但使得其比防酸隔爆蓄電池在可靠性和魯棒性上有所下降，更容易受環(huán)境的變化、使用條件等因素的影響。過充、過放、滲液、環(huán)境溫度過高、浮充電壓過高等因素對(duì)閥控蓄電池的健康影響更大。環(huán)境溫度：環(huán)境溫度過高對(duì)閥控蓄電池使用壽命的影響很大。溫度升高時(shí)，蓄電池的極板腐蝕將加劇，同時(shí)將消耗更多的水，從而使電池壽命縮短。閥控蓄電在使用中對(duì)溫度有一定要求。典型的閥控蓄電池高于25時(shí)，每升

32、高69，電池壽命縮短一半。因此，其浮充電壓應(yīng)根據(jù)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，一般為24 mV，而現(xiàn)有很多充電機(jī)沒有此功能。為達(dá)到閥控蓄電池的最佳使用壽命，應(yīng)盡可能創(chuàng)造恒溫下的使用環(huán)境，同時(shí)保持蓄電池良好的通風(fēng)和散熱條件。具體來說，安放蓄電池的房間應(yīng)有空調(diào)設(shè)備。蓄電池?cái)[放要留有適當(dāng)?shù)拈g距，改善電池與環(huán)境媒介的熱交換。電池間保持不小于15mm的間隙，電池與上層隔板間有不小于150mm的間距的“通風(fēng)道”來降低溫升。過度充電：提升浮充電壓，或環(huán)境溫度升高，使充入電流陡升，氣體再化合效率隨充電電流增大而變小，在005C時(shí)復(fù)合率為90，當(dāng)電流在01C時(shí)，氣體再化合效率近似為零。由于過充電將使產(chǎn)生的氣體不可能完全被再化合

33、，從而引起電池內(nèi)部壓力增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定壓力時(shí)，安全閥打開，氫氣和氧氣逸出，同時(shí)帶出酸霧，消耗了有限的電解液，導(dǎo)致電池容量下降或早期失效。其次，在長(zhǎng)期過充電狀態(tài)下，H+增加，從而導(dǎo)致正極附近酸度增加，板柵腐蝕加速，使板柵變薄，加速電池的腐蝕，使電池容量降低，從而影響蓄電池的壽命。為避免產(chǎn)生多余的氣體，閥控蓄電池對(duì)充電機(jī)穩(wěn)壓、限流精度提出了較高的要求。過度放電或小電流放電：蓄電池過度放電主要發(fā)生在交流電源停電后，蓄電池長(zhǎng)時(shí)間為負(fù)載供電。當(dāng)蓄電池被過度放電時(shí)，會(huì)在電池的陰極造成“硫酸鹽化”。因硫酸鉛是一種絕緣體，它的形成必將對(duì)蓄電池的充、放電性能產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。在陰極上形成的硫酸鹽越多，蓄電池的

34、內(nèi)阻越大，電池的充、放電性能就越差，蓄電池的使用壽命就越短。小電流放電條件下形成的硫酸鉛，要氧化還原是十分困難的，若硫酸鉛晶體長(zhǎng)期得不到清理，必然會(huì)影響蓄電池的容量和使用壽命。由第4節(jié)可知，過度放電或小電流放電對(duì)閥控蓄電池的影響比對(duì)常規(guī)蓄電池的影響更大。因此在直流系統(tǒng)交流電源失去后，要嚴(yán)密監(jiān)視蓄電池的電壓和電流，防止閥控蓄電池過度放電。為避免小電流放電，閥控蓄電池不應(yīng)長(zhǎng)期退出系統(tǒng)運(yùn)行。2.5 蓄電池監(jiān)測(cè)方法和研究現(xiàn)狀我國(guó)電力行業(yè)起步比較晚，閥控鉛酸蓄電池上世紀(jì)70年代才問世，經(jīng)過了迅猛的發(fā)展，但其監(jiān)測(cè)技術(shù)還不是很完善。目前的測(cè)量方法有電壓測(cè)量、電流測(cè)量、臨界電壓內(nèi)阻測(cè)量等。電壓測(cè)量是對(duì)于損壞的

35、的電池，其充電時(shí)通常表現(xiàn)為電壓過高或過低。電流測(cè)量是監(jiān)測(cè)電池組的充放電電流，根據(jù)充放電電流的大小可以準(zhǔn)確判斷故障。臨界電壓內(nèi)阻測(cè)量是通過瞬時(shí)小電流放電（小于5s）配以先進(jìn)算法，并采用科學(xué)的開爾文四線制接線方法，有效的消除了連接線對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的影響，在不影響直流系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下保證了測(cè)試的準(zhǔn)確性和安全性。華塑科技公司生產(chǎn)的H3G在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，它包括五個(gè)單元：監(jiān)測(cè)單元能顯示所有監(jiān)測(cè)內(nèi)容；控制單元用于站端控制套系統(tǒng)工作，包括數(shù)據(jù)通訊、控制、智能管理分析功 能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)完成與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)交互。控制單元具有人機(jī)交換鍵盤、液晶顯 示、重要與一般報(bào)警指示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信功能；電壓數(shù)據(jù)采集單

36、元用于電池單體電壓數(shù)據(jù)采集，每個(gè)單元可以同時(shí)采集40節(jié) 電池電壓；內(nèi)阻單元用于測(cè)試電池單體內(nèi)阻數(shù)據(jù)，每個(gè)單元測(cè)試1組蓄電池組；容量單元用于對(duì)蓄電池組進(jìn)行自動(dòng)核對(duì)性放電，兩組蓄電池組可以共用一個(gè)容量單元。H3G蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集并自動(dòng)記錄數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包括有：   電池組總電壓 單體電池內(nèi)阻 單體電池電壓 蓄電池連接條電阻（選配） 浮充電流（選配） 單體電壓精度：±0.1% 單體內(nèi)阻精度：±1% 電流精度：±1% 溫度：±0.5 工作溫度：050 相對(duì)濕度：5%95% 測(cè)量范圍016V 測(cè)量范圍100100000 測(cè)量范圍01

37、00A（可選） 測(cè)量范圍-40+70蓄電池運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)主要是通過檢測(cè)蓄電池的電壓、電流、溫度等同蓄電池性能密切相關(guān)的參數(shù)，其中對(duì)溫度和電流的測(cè)量相對(duì)來說比較容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)單個(gè)電池的電壓檢測(cè)也比較簡(jiǎn)單，但是要實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)在一起的蓄電池組中單體電池電壓的準(zhǔn)確測(cè)量一直是一個(gè)難于解決的問題。而電壓檢測(cè)是最直接檢測(cè)也是最常用的一個(gè)參數(shù)，也是目前許多電池監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用的檢測(cè)方法，在解決如何測(cè)量蓄電池組中的單體電池電壓的問題上，主要方法有：2.5.1 V/F轉(zhuǎn)換提取電壓法V/F轉(zhuǎn)換法的原理圖如圖2-1所示，其工作原理如下：信號(hào)采集采用V/F轉(zhuǎn)換方法，單節(jié)蓄電池采用分別采樣，取單節(jié)蓄電池的端電壓經(jīng)分壓（降低功

38、耗）后作為V/F轉(zhuǎn)換的輸入，分壓電阻的分散性可通過V/F轉(zhuǎn)換電路調(diào)整V/F轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出通過光電隔離器件送到模擬開關(guān)，處理器通過控制模擬開關(guān)采集頻率信號(hào)。數(shù)據(jù)采集電路與數(shù)據(jù)處理電路采用光電隔離和變壓器隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)兩者之間電氣上的隔離。但采用V/F轉(zhuǎn)換作為A/D轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢，在小信號(hào)范圍內(nèi)線性度差，精度低，而且測(cè)量的數(shù)據(jù)不是很準(zhǔn)確。圖2-1 V/F轉(zhuǎn)換法的原理圖2.5.2電阻分壓法電阻分壓法主要是通過電阻分壓將實(shí)際電壓衰減到測(cè)量芯片可接受的電壓范圍，然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。U1對(duì)應(yīng)BT1 的電壓，Un-1 對(duì)應(yīng)從BT1 到BTn-1 之間的電壓，Un 對(duì)應(yīng)整個(gè)電池組的電壓，如圖2-2 所示

39、。這種方法測(cè)量方面，成本低，壽命長(zhǎng)，但是存在累積誤差，且無法消除。隨著單體電池?cái)?shù)的增多，單體電池電壓測(cè)量誤差會(huì)隨著共模電壓的增大而增大。圖2-2 電阻分壓法原理圖2.5.3 浮動(dòng)地技術(shù)測(cè)量電池端電壓由于串聯(lián)在一起的電池組總電壓達(dá)幾十伏，甚至上百伏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬開關(guān)的正常工作電壓，因此需要使地電位隨測(cè)量不同電池電壓時(shí)自動(dòng)浮動(dòng)來保證測(cè)量正常進(jìn)行，其原理圖如圖2-3所示。每次工作時(shí)，先由模擬開關(guān)選通，使其被測(cè)電池兩端的電位信號(hào)接入測(cè)試電路，此信號(hào)一方面進(jìn)入差分放大器；另一方面進(jìn)入窗口比較器，在窗口比較器中與固定電位Vr相比較， 從窗口比較器輸出的開關(guān)量狀態(tài)可識(shí)別出當(dāng)前測(cè)量地（GND）的電位是太高，太

40、低或者正好（相對(duì)于Vr）。如果正好，則可以啟動(dòng)A/D進(jìn)行測(cè)量。如果太高或太低，則通過控制器對(duì)地（GND）電位行浮動(dòng)控制。由于地電位經(jīng)常受現(xiàn)場(chǎng)干擾發(fā)生變化，而該方法不能對(duì)地電位進(jìn)行實(shí)時(shí)精確控制，因而影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。圖2-3 浮動(dòng)地測(cè)電壓原理圖2.5.4 線性電路直接采樣法線性電路直接采樣法是為每個(gè)蓄電池配置一塊采集板，貼近蓄電池安裝，就近完成信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理和傳輸。該方法的原理框圖如圖2-4所示。該方法采用線性運(yùn)算放大器組成線性采樣電路、后經(jīng)電壓跟隨器送入A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)系統(tǒng)、無須外加采樣保持電路，根據(jù)串聯(lián)電池組總電壓

41、的大小、選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)、無須電阻分壓網(wǎng)絡(luò)或改變地電位、就可以直接測(cè)量任意一只電池的電壓。圖2-4 線性電路直接采樣法原理圖2.5.5 開關(guān)矩陣法由于差分放大器可以克服共模信號(hào)的干擾，而只對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行處理。利用開關(guān)矩陣把每個(gè)單體電池的兩端引出，即可進(jìn)行端電壓的測(cè)量而不受到其它電池的影響。該方案整體結(jié)構(gòu)如圖2-5所示，當(dāng)SB1和SB2閉合時(shí)，其它開關(guān)都關(guān)斷，電池BT1的兩端電位分別接入差分放大器的正端和負(fù)端，經(jīng)過差分放大器放大后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；當(dāng)SB2和SB3閉合而其它開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，電池BT2的兩端電位進(jìn)行差分放大器的正端和負(fù)端，依次類推可以測(cè)量所有電池組中的單體電池電壓。圖2-

42、5 開關(guān)矩陣法原理圖3 硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)為蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)蓄電池的端電壓，環(huán)境溫度等參數(shù)，當(dāng)參數(shù)不在正常范圍內(nèi)時(shí)能夠報(bào)警。蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由以下幾大部分組成：電壓測(cè)量部分、溫度測(cè)量部分、單片機(jī)、報(bào)警部分、顯示部分。其中電壓測(cè)量部分用來測(cè)量蓄電池的端電壓，溫度測(cè)量部分用來測(cè)量環(huán)境溫度，單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制單元，報(bào)警部分是當(dāng)參數(shù)超限時(shí)報(bào)警，顯示部分用來顯示所測(cè)參數(shù)。具體的系統(tǒng)框圖圖3-1。圖3-1 系統(tǒng)框圖3.2 單片機(jī)本系統(tǒng)中使用的單片機(jī)為MCS-96系列中的80C196，它是Intel公司生產(chǎn)的一種16位單片機(jī)，適用于高速的控制系統(tǒng)中。它在硬件及指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

43、上較8位機(jī)有很多不同之處。如外部數(shù)據(jù)總線寬度可控、CPU采用寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)、片內(nèi)有A/D轉(zhuǎn)換器、能在運(yùn)行時(shí)對(duì)EPROM編程等等。MCS-96的主要性能特點(diǎn)是：16位的CPU，沒有累加器，采用寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)。5個(gè)8位的輸入/輸出端口。有高速的I/O系統(tǒng)。全雙工的串行口。4/8通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器?？晒┯脩羰褂玫?個(gè)中斷源。脈寬調(diào)制輸出裝置。專門的波特率發(fā)生器。16位的監(jiān)視定時(shí)器。4個(gè)16位的軟件定時(shí)器。2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。6.25us的16位乘16位和32位除16位指令。部分3操作數(shù)指令。運(yùn)行時(shí)可對(duì)EPROM編程。ROM/EPROM的內(nèi)容可加密。232字節(jié)的寄存器陣列。圖3-2

44、 80C196引腳圖80C196引腳如圖3-2，引腳功能如下： CLKOUT內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸出，時(shí)鐘頻率為晶振頻率的1/3，占空比為33%。BUSWIDTH輸入信號(hào)，用以選擇外部數(shù)據(jù)總線的寬度（8位/16位）。當(dāng)芯片組態(tài)寄存器CCR.1=1時(shí)，此信號(hào)用來在運(yùn)行中選擇總線的位數(shù)。若BUSWIDTH=1時(shí)，總線為16位，BUSWIDTH=0時(shí)，總線為8位。當(dāng)CCR.1=0時(shí)，總線保持8位。對(duì)于8X9X-90系列的產(chǎn)品，沒有總線控制功能，此引腳常接至Vcc。制造廠用此引腳作測(cè)試用。NMI非屏蔽中斷信號(hào)輸入，當(dāng)此引腳有一個(gè)正跳變時(shí)，監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位，同時(shí)形成對(duì)外部程序存儲(chǔ)器0000H單元的一個(gè)中斷矢量

45、。INST當(dāng)對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操作時(shí)，此引腳輸出為高，表示是取指周期。ALE/ADV地址鎖存允許或地址有效輸出信號(hào)，只有在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳的信號(hào)才有效。這兩種信號(hào)都是用來鎖存地址/數(shù)據(jù)總線上的地址信號(hào)的，通過CCR寄存器選擇引腳功能。RD對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操作時(shí)，此引腳輸出為低。WR/WRL對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行寫操作時(shí)，輸出低電平信號(hào)。BUS是8位時(shí)，每次寫操作，此引腳輸出為低；若BUS是16位，寫偶數(shù)地址的存儲(chǔ)單元時(shí)，此引腳輸出為低。BHE/WRH由CCR選擇此引腳作為總線高允許信號(hào)或?qū)懜呶蛔止?jié)信號(hào)。READY加長(zhǎng)存儲(chǔ)器周期的輸出控制信號(hào)。若在CLKOUT下跳前此引腳未升高，存儲(chǔ)控制

46、器進(jìn)入等待方式，直到READY出現(xiàn)高電平?？偩€的等待周期最長(zhǎng)可達(dá)到1us。HSI高速輸入單元，其中HIS.2和HIS.3與高速輸出單元的HSO.4和HSO.5共用。HSO高速輸出單元。P08位高阻抗輸入口，作8位數(shù)字量輸入口線或片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器的8個(gè)模擬量輸入信號(hào)。P18位準(zhǔn)雙向I/O口。P28位多功能口，其中6根分別與RXD、TXD、EXTINT、T2CLK、T2RST、PWM功能線合用。P2.6和P2.7為準(zhǔn)雙向口線。P3、P4漏極開路的8位雙向I/O口線，這16根口線用作地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用的總線。它有較強(qiáng)的內(nèi)部上拉。EA外部存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。EA=1，訪問片內(nèi)ROM的2000H到3FFFH

47、單元。EA=0，訪問片外同地址存儲(chǔ)單元。XTAL1內(nèi)部振蕩器反相器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。XTAL2內(nèi)部振蕩器反相器的輸出。RESET復(fù)位。VCC主電源（+5V）。VSS數(shù)字地（0V）。VREFA/D轉(zhuǎn)換器的參考電源。VPPEPROM的編程電源。ANGNDA/D轉(zhuǎn)換器的參考地。通常與VSS同電平。因?yàn)?0C196單片機(jī)內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，所以必須連接外部程序存儲(chǔ)器2764（8KB），用P3、P4作為總線。P3既作數(shù)據(jù)總線又作地址總線（低位地址），P4只作地址總線（高位地址）。因此，在讀取程序時(shí)，必須把P3的地址進(jìn)行地址鎖存，具體電路如圖3-3。設(shè)計(jì)中采用的是2764，它共需要13根地址總線。而

48、另一方面，80C196程序訪問的首地址是2080H，這樣在讀程序存儲(chǔ)器時(shí)，P4.5一定得是高電平，因此要對(duì)P4.5作懸空處理，才能正確訪問到EPROM2764的程序指令。P4.6作為EPROM2764的片選信號(hào)。 圖3-3 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)充電路3.3 復(fù)位電路與時(shí)鐘電路單片機(jī)的復(fù)位電路采用上電及手動(dòng)復(fù)位電路，如圖3-4，當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，復(fù)位端為低電平，之后就可復(fù)位。時(shí)鐘電路如圖3-5，兩個(gè)電容都為30pF，XTAL1和XTAL2兩端接晶體諧振器，與內(nèi)部反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。圖3-4 復(fù)位電路圖3-5 時(shí)鐘電路3.4 電壓采集電路為了對(duì)蓄電池組的單節(jié)電池電壓特別是高壓部分的單節(jié)電池電壓實(shí)施實(shí)

49、時(shí)在線檢測(cè)，得到準(zhǔn)確的電壓信息送單片機(jī)進(jìn)行分析判斷，我們采用線性光耦合放大電路。線性光耦合器件TIL300的輸入輸出之間能隔離3500V的峰值電壓，可以有效地將測(cè)量通道與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)隔離開來，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)避免測(cè)量通道部分較高電壓的危害，對(duì)信號(hào)放大的線性度也很好。多路輸入和信號(hào)調(diào)理電路如圖3-6所示。圖中TIL300是光線光耦合器件，適合交流與直流信號(hào)的隔離放大。圖3-6 信號(hào)調(diào)理電路 U1B構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，U3B是一個(gè)射極跟隨器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行保持。±12V也是個(gè)獨(dú)立電源，用于U3B和TIL300的輸出部分。這兩個(gè)電源的隔離對(duì)電路的高壓隔離性能有很大影響，應(yīng)

50、選用電源變壓器中兩組彼此有良好絕緣的線圈來制作。串接的50電阻是測(cè)量回路中的限流電阻、防止意外短路或絕緣不良產(chǎn)生過大電流燒毀器件或毀壞蓄電池。由于U1B運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高，50限流電阻對(duì)測(cè)量精度無影響。這些限流電阻應(yīng)選擇功率值大于1W的金屬膜電阻。調(diào)節(jié)電位器R4可以適應(yīng)不同端電壓的蓄電池。 電路中具體哪一個(gè)通道選通，由八路模擬開關(guān)CD4051決定。CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定。EN是禁止端，當(dāng) EN=1時(shí)，各通道均不接通。此外，CD4051還設(shè)有另外一個(gè)電源端VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CM

51、OS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰峰值達(dá)15V的交流信號(hào)。例如，若模擬開關(guān)的供電電源VDD=5V，VSS=0V，當(dāng)VEE=5V時(shí)，只要對(duì)此模擬開關(guān)施加05V的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為5V5V的模擬信號(hào)。 . 使用十六進(jìn)制代碼就可以對(duì)CD4051進(jìn)行操作了。比如說P1=0X07，這樣CD4051就選擇的是7號(hào)（二進(jìn)制111）通道了。圖3-7 CD4051引腳CD4051引腳如圖3-7，功能如下：A、B 、C：地址端X0X7：輸入端EN：禁止端X：公共輸出端VCC：正電源VEE：模擬信號(hào)地GND：地具體電壓測(cè)量電路圖3-8，電壓信號(hào)通過負(fù)反饋放大器的放

52、大和射極跟隨器的信號(hào)保持之后接八路選擇開關(guān)CD4051，CD4051的輸出先經(jīng)過一個(gè)電壓跟隨器和RC網(wǎng)絡(luò)和P3.0相連，因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部就有A/D轉(zhuǎn)換器，如圖3-9。3.5 溫度測(cè)量電路由于溫度對(duì)蓄電池的性能有比較大的影響，因此對(duì)溫度參數(shù)的測(cè)量采集比較重要，本系統(tǒng)選用已經(jīng)被廣泛使用的1-wire數(shù)字溫度采集芯片DS18B20對(duì)蓄電池所在場(chǎng)所的環(huán)境溫度進(jìn)行采集。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝圖3-8

53、電壓測(cè)量電路圖3-9 CD4051與單片機(jī)連接形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。圖3-10 DS18B20引腳DS18B20引腳如圖3-10，引腳功能如下：GND：地DQ：數(shù)字信號(hào)輸出VDD：電源DS18B20的主要特性：適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫 DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三

54、極管的集成電路內(nèi) 溫范圍55+125，在-10+85時(shí)精度為±0.5 可編程 的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 在9位分辨率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。溫度測(cè)量電路如圖3-11，數(shù)據(jù)輸出必須加上拉電阻。GNDDQVDDDS18B20GNDVDD4.7K

55、VCCP3.1圖3-11 溫度測(cè)量電路3.6 報(bào)警電路當(dāng)單片機(jī)對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，如此時(shí)有關(guān)參數(shù)超過了設(shè)定的正常蓄電池狀態(tài)參數(shù)的極限值，單片機(jī)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警指令，啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。具體電路如圖3-12，利用三極管的放大作用驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。圖3-12 報(bào)警電路3.7 顯示電路顯示電路采用數(shù)碼管，因?yàn)镮/O口不能直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，所以選用驅(qū)動(dòng)芯片HD7279來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。HD7279是一片具串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示，鍵盤接口的全部功能。圖3-13 HD7279引腳HD7279引腳如圖3-13，引腳動(dòng)能

56、如下：VDD：正電源NC：無連接，必須懸空VSS：接地CLK：同步時(shí)鐘輸入端，向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)及讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效。CS：片選輸入端，此引腳為低電平時(shí)，可向芯片發(fā)送指令及讀取鍵盤數(shù)據(jù)DATA：串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，當(dāng)芯片接收指令時(shí)，此引腳為輸入端；當(dāng)讀取鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，此引腳在“讀”指令最后一個(gè)時(shí)鐘的下降沿變?yōu)檩敵龆?。KEY：按鍵有效輸出端，平時(shí)位高電平，當(dāng)檢測(cè)到有效按鍵時(shí)，此引腳變?yōu)榈碗娖?。SGSA：段g段a驅(qū)動(dòng)輸出DP：小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出DIG0DIG7：數(shù)字0數(shù)字7驅(qū)動(dòng)輸出CLKO：振蕩輸出端RC ：RC振蕩器連接端RESET：復(fù)位端HD7279主要特性 ： 串行接口，無需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng)LED各位獨(dú)立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性（循環(huán)）左移/（循環(huán)）右移指令具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立LED64鍵鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路具體顯示電路如圖3-14，SGSA 段g段a驅(qū)動(dòng)輸出，DIG0DIG7 數(shù)字0數(shù)字7驅(qū)動(dòng)輸出。3.8 電源部分電路為滿足芯片的電源需求，畫出了+12V、-12V、+5V、-5V電源的電路圖。具體電路如圖3-15。三相電源經(jīng)過變壓器降壓，再經(jīng)過整流、濾波等工序，就可以得到需要的直流電源。圖3-14 顯示電路圖3-15 電源電路4 軟件設(shè)計(jì)對(duì)于軟件編程采用匯編語言。匯編語言(Assembl