蓄電池容量檢測(cè)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 學(xué)院（系）： 電子與電氣工程系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生： 王志賓 指導(dǎo)教師： 唐曉燕 完成日期 2011 年 5 月專心-專注-專業(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的蓄電池性能測(cè)試電路的設(shè)計(jì)Test Circuit of Accumulators Function Based on MCU總計(jì)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 頁(yè)表 格： 0 個(gè)插 圖 ： 18 幅本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）基于單片機(jī)的蓄電池性能測(cè)試電路的設(shè)計(jì)Test Circuit of Accumulators Function Based on MCU 學(xué)

2、院（系）： 電子與電氣工程系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 王志賓 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師（職稱）：唐曉燕（講師） 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： 基于單片機(jī)的蓄電池性能測(cè)試電路的設(shè)計(jì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 王志賓摘 要 閥控鉛酸蓄電池作為后備電源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，交通、通信和軍事領(lǐng)域。如何高效率管理這些蓄電池，提高后備電源系統(tǒng)的可靠性是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的重要課題。因此，本課題設(shè)計(jì)一基于單片機(jī)的蓄電池性能檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用精密電阻和電池構(gòu)成串聯(lián)電路，用交流注入法對(duì)蓄電池注入微弱正弦波信號(hào)，通過對(duì)輸出響應(yīng)進(jìn)行一系列的放大、幅相檢測(cè)、AD轉(zhuǎn)換和采集，然后根據(jù)測(cè)量到的電壓比

3、來推算電池內(nèi)阻。試驗(yàn)結(jié)果表明：該方法能夠被有效地用于鉛酸電池內(nèi)阻測(cè)量，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定有效。關(guān)鍵詞 幅相檢測(cè)；AD轉(zhuǎn)換；單片機(jī)；電池內(nèi)阻 Test Circuit of Accumulators Function Based on MCUElectrical Engineering and Automation Specialty WANG ZhibinAbstract: Valve control of lead-acid batteries as a backup power supply has been widely used in industrial production, trans

4、portation, communications and military areas. How to efficient management these batteries, improve the reliability of backup power system is a very realistic important topic. Therefore, the subject is based on single chip design a battery performance testing system. The system adopts the precise res

5、istance and battery constitute a series circuit, using ac injection method to inject weak battery sine wave signal, a series of output response by the amplification, amplitude and phase detection, AD transform and acquisition, and then based on the measured resistance calculation battery voltage boa

6、rd. Test results show that the method can be used effectively as lead-acid battery resistance measurement, the measured results stable and effective. Key words: Amplitude and phase detection; AD transform; SCM; battery resistance 目 錄1 引言1.1 研究背景閥控鉛酸蓄電池(Valve Regulated Lead Acid BatteryVRLAB)作為后備電源已經(jīng)

7、廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，交通、通信和軍事領(lǐng)域。如何高效率管理這些蓄電池，提高后備電源系統(tǒng)的可靠性是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的重要課題。現(xiàn)代社會(huì)在能源日益緊張的情況下，太陽能、風(fēng)能等新能源的開發(fā)，電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車的出現(xiàn)，能有效緩解能源緊張的局面，這就進(jìn)一步引發(fā)了對(duì)具有高能量?jī)?chǔ)備性能的VRLAB的巨大需求。對(duì)動(dòng)力型VRLAB電池組進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)管理是提高系統(tǒng)可靠性必不可少的重要方法。本課題的研究設(shè)計(jì)具有非常廣闊的發(fā)展前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。1.2 蓄電池研究現(xiàn)狀目前測(cè)量蓄電池性能方法很多，常見的有以下幾種：第一種方法是通過檢測(cè)電解液密度確定蓄電池剩余容量，這也是鉛酸蓄電池檢測(cè)普遍采用的方法。電解液密度在充電

8、過程中逐漸變高，放電過程中逐漸降低。通過測(cè)量電解液的密度可判斷蓄電池的充放電程度。第二種方法是高電率放電法判斷蓄電池剩余容量，它是通過測(cè)量大負(fù)荷下的端電壓來判斷蓄電池的剩余容量。它是模擬啟動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載，測(cè)出蓄電池在大電流放電時(shí)的端電壓，根據(jù)端電壓變化來判定蓄電池的技術(shù)狀態(tài)。此方法能檢測(cè)蓄電池有無故障及向啟動(dòng)機(jī)基與單片機(jī)的船用蓄電池智能檢測(cè)系統(tǒng)供電的能力，但不能測(cè)量正在充電和剛充完電的蓄電池。第三種方法是濕度法檢側(cè)蓄電池的容量，濕度法是借助固體電化學(xué)濕度傳感器，在蓄電池充放電過程中，將電解液相對(duì)濕度變化轉(zhuǎn)化為傳感器阻抗值的變化來確定蓄電池的容量。相對(duì)濕度小時(shí)，阻抗較大，反之阻抗較小。這種方法

9、只是剛剛提出，還沒有看到真正的應(yīng)用。第四種方法是利用蓄電池的阻抗求算蓄電池的剩余容量，這種方法多用來測(cè)量密封的蓄電池。它是利用蓄電池充電過程中阻抗值升高，放電過程中阻抗值降低的特性，從被測(cè)量電池的頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)預(yù)示電池的容量。交流電橋法測(cè)量是在忽略濃差極化因素下進(jìn)行的，因?yàn)殡姵貙?duì)交流信號(hào)既有電阻特性又有電容特性，使得所測(cè)電池內(nèi)阻隨頻率變化而變化。目前電池內(nèi)阻的測(cè)量方式主要有兩種：直流放電法和交流阻抗法直流放電法以理想直流電路為基礎(chǔ)，對(duì)蓄電池進(jìn)行瞬間大電流放電(一般為幾十到上百安培)，然后測(cè)量電池兩端的瞬問壓降，再通過歐姆定律計(jì)算出電池內(nèi)阻。該方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，在實(shí)踐中得到了一定的應(yīng)用。但該方法

10、必須在靜態(tài)或脫機(jī)的情況下進(jìn)行，無法實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，且蓄電池組放出的瞬間電流較大，對(duì)蓄電池組和負(fù)載均會(huì)造成較大沖擊，影響電池使用。此外，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性不佳，一般適用于對(duì)測(cè)量精度和安全性要求不高的場(chǎng)合。交流阻抗法是一種以小幅值的正弦波電流或者電壓信號(hào)作為激勵(lì)源，注入蓄電池，通過測(cè)定其響應(yīng)信號(hào)來推算電池內(nèi)阻。交流阻抗法既不是穩(wěn)態(tài)法，也不是暫態(tài)法，而是在一個(gè)穩(wěn)態(tài)下施加一個(gè)小的擾動(dòng)，是一種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于在線測(cè)量可避免小擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，擾動(dòng)與系統(tǒng)的響應(yīng)之間保持近似線性關(guān)系。然而，目前這種方法在實(shí)現(xiàn)上較為困難，仍有值得改進(jìn)之處。本文中基于交流阻抗法，給出一種易于實(shí)現(xiàn)的內(nèi)阻測(cè)量方法，并通過實(shí)

11、驗(yàn)驗(yàn)征了方法的有效性。1.3 蓄電池的性能指標(biāo)（1）安全性能安全性能指標(biāo)不合格的蓄電池是不可接受的，其中影響最大的是爆炸和漏液。爆炸和漏液的發(fā)生主要與蓄電池的內(nèi)壓、結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)（比如安全閥失效）及應(yīng)當(dāng)禁止的不正確操作有關(guān)。（2）額定容量為了蓄電池的容量，定義了蓄電池的額定容量。額定容量是蓄電池制造的時(shí)候，規(guī)定蓄電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的電量，其單位為Ah。使用條件不同，蓄電池能夠放出的容量也不同。（3）內(nèi)阻蓄電池的內(nèi)阻是指電流流過蓄電池內(nèi)部時(shí)所受的阻力，鉛酸蓄電池的內(nèi)阻很小，需要用專門的儀器才可以測(cè)得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。一般所指的蓄電池內(nèi)阻是充電態(tài)內(nèi)阻，即蓄電池充滿電時(shí)的內(nèi)阻。

12、與之對(duì)應(yīng)的是放電態(tài)內(nèi)阻，并且不太穩(wěn)定。蓄電池的內(nèi)阻越大，蓄電池自身消耗掉的能量越多，其使用效率越低。內(nèi)阻很大的蓄電池在充電時(shí)發(fā)熱很厲害，使蓄電池的溫度急劇上升，對(duì)蓄電池和充電器的影響都很大。隨著蓄電池使用次數(shù)的增多，由于電解液的消耗及蓄電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性的降低，蓄電池的內(nèi)阻會(huì)有不同程度的增大，質(zhì)量越差的蓄電池增大的越快。蓄電池內(nèi)部阻抗會(huì)因放電量增加而增大，尤其是在放電終止時(shí)阻抗最大，主要因?yàn)榉烹姷倪M(jìn)行使得極板內(nèi)產(chǎn)生不良導(dǎo)體硫酸鉛以及電解液比重下降，故放電后務(wù)必馬上充電。若任其持續(xù)放電，則硫酸鉛形成安定的白色結(jié)晶（即硫化現(xiàn)象）后，即使充電，極板的活性物質(zhì)亦無法恢復(fù)原狀，從而將縮短蓄電池的使用壽

13、命。（4）循環(huán)壽命循環(huán)壽命是指蓄電池可經(jīng)歷的重復(fù)充放電次數(shù)。蓄電池的壽命和容量成反比關(guān)系，循環(huán)壽命還與充放電條件密切相關(guān)，一般充電電流越大（充電速度越快），循環(huán)壽命越短。（5）蓄電池的額定電壓國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的蓄電池電壓值為額定電壓，用V表示。（6）電解液電解液是由高純度硫酸和純水組成的無色透明的稀硫酸，它和陰、陽極板起化學(xué)作用，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，同時(shí)在蓄電池內(nèi)部起導(dǎo)電作用。1.4 蓄電池性能的判斷因素（1）使用環(huán)境溫度對(duì)蓄電池的影響。 目前電廠、供電局使用的絕大多數(shù)為閥控密封鉛酸蓄電池，其最佳工作溫度為25，由于其采用密封結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部熱量很難散失。升高10，蓄電池的壽命將減少12。所以在蓄電池

14、安裝時(shí)也要注意，每節(jié)電池間要保持至少厘米的間距，這樣有利于通風(fēng)。（2）過充電對(duì)蓄電池的影響 閥控式密封鉛蓄電池一直都是處于浮充狀態(tài)下工作的，浮充電壓選擇是否妥當(dāng)對(duì)電池壽命影響極大。浮充電壓選得偏高或電池溫度升高時(shí)，若沒有及時(shí)將浮充電壓調(diào)下來，就會(huì)造成過充加速電池的失水，導(dǎo)致電池的容量下降。 在電池均充時(shí)，均充電壓過高或環(huán)境溫度過高會(huì)引起蓄電池內(nèi)部液體溫度升高，由于閥控式蓄電池采用密封結(jié)構(gòu)，熱量不易排除，進(jìn)而也會(huì)導(dǎo)致“熱失控”現(xiàn)象的發(fā)生，降低電池的容量。（3）過放電對(duì)蓄電池的影響 蓄電池的放電也是有嚴(yán)格規(guī)定的，蓄電池對(duì)負(fù)載放電時(shí)不能低于規(guī)定的終止電壓，若低于此值則會(huì)對(duì)蓄電池產(chǎn)生過放，從而導(dǎo)致蓄電

15、池活性物質(zhì)降低而影響其性能及使用壽命，而且很難恢復(fù)。（4）充電設(shè)備的輸出質(zhì)量對(duì)蓄電池的影響 目前大量使用的閥控式密封鉛酸蓄電池不同于鉛酸蓄電池或鎘鎳蓄電池，其內(nèi)阻更小，對(duì)充電設(shè)備的輸出性能指標(biāo)要求更高。充電設(shè)備與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，紋波系數(shù)較大將引起蓄電池長(zhǎng)期處于脈動(dòng)充電放電狀態(tài)，從而加速了蓄電池老化過程，影響蓄電池的使用壽命，同時(shí)，由于閥控式密封鉛酸蓄電池采用貧液或少液結(jié)構(gòu)，一次過充或過放，都有可能嚴(yán)重?fù)p壞蓄電池，新型蓄電池的出現(xiàn)對(duì)充電設(shè)備在調(diào)節(jié)精度、自動(dòng)化程度、可靠性等方面提出了新的要求。因此，充電設(shè)備的性能好壞將直接影響蓄電池及整個(gè)直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 蓄電池的結(jié)構(gòu)特殊，除漏液、鼓包外，無

16、法從外觀判斷其性能的好壞，所以衡量其性能的唯一標(biāo)準(zhǔn)就是通過核對(duì)性放電來測(cè)試其實(shí)際容量。1.5 本論文所做的主要工作本設(shè)計(jì)主要包括探測(cè)電路、差分放大電路、幅相檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主處理器模塊以及液晶顯示部分。經(jīng)探測(cè)電路取得蓄電池兩端電壓，經(jīng)過差分放大電路將微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，在幅相檢測(cè)電路中測(cè)得與參考電壓的比值和相位差，送入主處理器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理結(jié)果在液晶顯示中顯示蓄電池性能。2 測(cè)試方法研究根據(jù)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蓄電池的內(nèi)阻可以反映出一個(gè)蓄電池的好與壞。通過測(cè)量蓄電池內(nèi)阻來判斷蓄電池容量和性能經(jīng)濟(jì)可靠，操作方便，近年來已引起國(guó)內(nèi)外的普遍重視。單體電池的內(nèi)阻與其剩余容量以及性能狀

17、況的關(guān)系不是線性的，但大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，如果單體電池的內(nèi)阻增加超過某個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這個(gè)電池就不能放出應(yīng)有的容量了。蓄電池完全充電（充滿）和完全放電（放完）時(shí)，其內(nèi)阻相差2-4倍左右。隨著放電過程的進(jìn)行，內(nèi)阻逐步增大。另外，隨著電池老化，其內(nèi)阻也逐漸增大，剩余容量也隨之下降。由于蓄電池完全充電和完全放電時(shí)內(nèi)阻變化率比電池端電壓變化率（端電壓變化率為30%-40%）要大的多，故用測(cè)量蓄電池內(nèi)阻R來預(yù)測(cè)其剩余容量，要比開路電壓法精確的多。在蓄電池的理論中，始終將蓄電池的內(nèi)阻作為蓄電池的重要參數(shù)加以論述，但在實(shí)際中在，如何利用內(nèi)阻參數(shù)的意義上，分歧較多。尤其在用蓄電池的內(nèi)阻監(jiān)測(cè)蓄電池性能失效

18、方面，存在諸多爭(zhēng)論。其實(shí)采用不同測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、不同條件下的測(cè)量蓄電池內(nèi)阻，并討論其意義（即與性能、容量等的關(guān)聯(lián)性），由于標(biāo)準(zhǔn)不一，其結(jié)論自然不一。為了便于問題的分析，為此引入內(nèi)阻的相對(duì)性、絕對(duì)性的概念。2.1 內(nèi)阻參數(shù)的相對(duì)性與絕對(duì)性內(nèi)阻存在相對(duì)性與絕對(duì)性的兩方面特性，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)內(nèi)阻參數(shù)相對(duì)特性與絕對(duì)特性的意義，從而全面把握內(nèi)阻這一重要參數(shù)。關(guān)于內(nèi)阻參數(shù)的相對(duì)性方面是指，在眾多鉛酸蓄電池參數(shù)中，其內(nèi)阻值是一個(gè)比較特殊的概念，這主要是因?yàn)椋海?）首先作為蓄電池內(nèi)阻，其包含了歐姆阻抗和極化阻抗，蓄電池內(nèi)阻是指在某種條件下的數(shù)值，如是充電態(tài)還是放電態(tài)，充、放電的不同階段，內(nèi)阻是不同的，只有在明確其狀態(tài)和

19、明確其測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，才能有其具體意義，這是其本質(zhì)的相對(duì)性。（2）作為測(cè)量手段和方法的不同，由于測(cè)量原理不同，其包含的意義也不盡相同。這是因?yàn)闇y(cè)量方法和手段，對(duì)于歐姆阻抗和極化阻抗而言，在采用不同測(cè)量方法和手段時(shí)，各部分在測(cè)量值中所占比例差異較大，所以只有在明確其測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)后，討論才具有現(xiàn)實(shí)意義，這是蓄電池內(nèi)阻參數(shù)測(cè)量方面相對(duì)性。幾十年來，在實(shí)踐中廣泛采用直流放電法，測(cè)量蓄電池內(nèi)阻，即使這樣，也同樣是一個(gè)相對(duì)數(shù)值。雖然大家沿用至今，但仍然不能將其絕對(duì)化。近十幾年來，隨著新技術(shù)的涌現(xiàn)，對(duì)于內(nèi)阻測(cè)量的新方法，也不斷涌出。如果仍然將直流法測(cè)量的內(nèi)阻絕對(duì)化，則無法接受新的測(cè)量手段帶來的對(duì)內(nèi)阻意義的理解。關(guān)于內(nèi)

20、阻絕對(duì)性是指蓄電池在運(yùn)行或失效過程中，其內(nèi)阻的變化是絕對(duì)的，從以下幾個(gè)方面可以明確：（1）在實(shí)際應(yīng)用中，目前沒有一個(gè)蓄電池性能嚴(yán)重衰減或容量嚴(yán)重下降，但其內(nèi)阻沒有變化的實(shí)例。通過近十年對(duì)蓄電池內(nèi)阻的研究及國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究報(bào)告，都準(zhǔn)確地說明了這一點(diǎn)。（2）在蓄電池失效模式中（尤其是閥控鉛酸蓄電池），無論何種模式的失效，都必然在內(nèi)阻得以體現(xiàn)。正是由于內(nèi)阻的相對(duì)性及其變化的絕對(duì)性，為實(shí)際應(yīng)用帶來了清晰的理論：（1）只有在同一條件下，同一手段方法測(cè)量的內(nèi)阻才是討論蓄電池性能的參數(shù)的根本；在此標(biāo)準(zhǔn)下，討論蓄電池內(nèi)阻變化與蓄電池性能或容量存在其關(guān)聯(lián)性，才可能得出準(zhǔn)確可靠的結(jié)論。（2）在同一條件下，采用不

21、同手段方法，測(cè)量蓄電池內(nèi)阻，內(nèi)阻的含義不盡相同，其數(shù)值不可能完全一致。但始終以一種手段方法，測(cè)量蓄電池不同條件下的內(nèi)阻變化，用以考察蓄電池性能狀況是可行的。（3）在不同條件下，采用不同手段方法，測(cè)量蓄電池內(nèi)阻，以期建立蓄電池內(nèi)阻與蓄電池性能或容量衰減的某種關(guān)聯(lián)，是不能成立的。但可以在相同條件下、相同手段方法下，測(cè)量?jī)?nèi)阻變化值與蓄電池性能狀況或容量衰減建立某種關(guān)聯(lián)，這樣才能清楚地加以分析。2.2 蓄電池內(nèi)阻與容量的關(guān)系在剩余容量高于高于50%的區(qū)間內(nèi)，電池內(nèi)阻幾乎沒有變化，而且?guī)缀醪皇芊烹婋娏鞯挠绊懀划?dāng)剩余容量小于50%時(shí)，電池內(nèi)阻卻明顯增大，而且放電電流越小，電池內(nèi)阻增加越快。測(cè)內(nèi)阻法的優(yōu)點(diǎn)在

22、于對(duì)在線使用的蓄電池來說，此法對(duì)系統(tǒng)影響最小，并可在電池整個(gè)使用周期內(nèi)精確測(cè)量。電池內(nèi)阻可以采用很多方法來測(cè)，比如：動(dòng)態(tài)電阻法、交流或直流法。2.3 蓄電池等效電路蓄電池里面是依靠化學(xué)反應(yīng)來提供電能的，阻抗分析是電化學(xué)研究中的常用方法，一般情況下，電池在充電或放電時(shí)，其內(nèi)阻R有一下3部分組成，如公式（1）所示 （1）式中的R為歐姆內(nèi)阻；Rc為濃差內(nèi)阻；Re為活化內(nèi)阻。在很多研究方法中，使用圖1來等效蓄電池。圖1蓄電池阻抗等效電路中Lp、Ln。為正負(fù)極電感；Rtp和Rtn,是電極離子遷移電阻；Cdlp，、Cdln。是極板雙電層電容；Zwp，Zwn為Warburg阻抗，由離子在電解液和多孔電極中擴(kuò)

23、散速度決定；Rhf是前面提到的歐姆電阻。蓄電池的阻抗包括歐姆電阻和正負(fù)極阻抗，電池阻抗是一個(gè)復(fù)阻抗，在其他條件不變的情況下與測(cè)試頻率有關(guān)。通常情況的內(nèi)阻是指某一固定頻率下的內(nèi)阻值，一般的內(nèi)阻測(cè)試有兩種：測(cè)蓄電池的內(nèi)阻測(cè)量，如鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰電池，使用的頻率一般為1KHz；用于測(cè)鉛酸電池的頻率一般為10-60Hz。2.4 設(shè)計(jì)方案論證蓄電池內(nèi)阻的精確測(cè)量是有一定的難度的，有幾個(gè)原因。第一，蓄電池內(nèi)阻小到毫歐數(shù)量級(jí)。第二，精度要求高，重復(fù)性，穩(wěn)定性要好，內(nèi)阻的變化在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間里是很小的，達(dá)不到精度，重復(fù)性和穩(wěn)定性的要求，測(cè)量是沒有意義的。第三，在線測(cè)量，干擾十分嚴(yán)重，特別是在同心系統(tǒng)中使用中

24、、還有來自通信設(shè)備的干擾。第四，必須是在線測(cè)量，離線測(cè)量意義不大。目前測(cè)量蓄電池內(nèi)阻的常見方法有密度法、開路電壓法、直流放電法、交流注入法。（1）密度法主要是通過測(cè)量蓄電池電解液的密度來估算蓄電池的內(nèi)阻，而現(xiàn)在的蓄電池基本都是封閉式的，無法取得電解液。該方法的適用范圍窄并且這種方法在精度上有很大的缺陷。（2）開路電壓法是通過測(cè)量蓄電池的端電壓來估計(jì)蓄電池的內(nèi)阻，精度很差，甚至得出錯(cuò)誤的結(jié)論。因?yàn)?，即使一個(gè)容量已變小的蓄電池，在浮充狀態(tài)下其端電壓仍可表現(xiàn)正常。（3）直流放大法就是通過對(duì)電池進(jìn)行瞬間大電流放電，測(cè)量電池的瞬間電壓降，通過歐姆定律計(jì)算出電池內(nèi)阻。由于瞬間大電流對(duì)蓄電池有一定的危害，并

25、且當(dāng)內(nèi)阻值很小時(shí)，在一定電流下的電壓變化幅值相對(duì)較小，給準(zhǔn)確測(cè)量帶來困難。另外，由于放電過程電壓的變化，需要選擇穩(wěn)定區(qū)域計(jì)算電壓變化幅值。實(shí)際測(cè)量中，直流方法所得數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差。（4） 交流法通過對(duì)電池注入一個(gè)低頻交流電流信號(hào)，測(cè)出蓄電池兩端的低頻電壓和流過的低頻電流以及兩者的相位差，從而計(jì)算出電池內(nèi)阻。交流注入法由于不需要放電，不用處于靜態(tài)或脫機(jī)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)安全在線監(jiān)測(cè)管理，避免了對(duì)設(shè)備運(yùn)行安全性的影響。同時(shí)對(duì)蓄電池施加的低頻信號(hào)頻率非常低。電流值也非常小，故不會(huì)對(duì)電池的性能造成影響，并且不需要負(fù)載箱。首先產(chǎn)生一個(gè)1KHz的恒定交流激勵(lì)信號(hào)，交流法通過對(duì)蓄電池注入一個(gè)交流信號(hào)Is，測(cè)量出

26、蓄電池兩端的電壓響應(yīng)信號(hào)Vo，以及兩者的相位差，由阻抗公式（2）和（3） （2） （3）即可計(jì)算出蓄電池的阻抗，進(jìn)而反映出蓄電池的性能。有以上比較，我們選用交流法，來進(jìn)行蓄電池性能的測(cè)試。2.5 交流法當(dāng)使用受控電流時(shí)電流如公式（4）所示 （4） 產(chǎn)生的電壓響應(yīng)如公式 （5）所示 （5） 若使用受控電壓激勵(lì)如公式（6）所示 （6） 產(chǎn)生的電流響應(yīng)如公式（7）所示 （7） 兩種情況的阻抗均為： 即阻抗是與頻率有關(guān)的復(fù)阻抗，其模如公式（8）所示 （8）相角為。 一般情況下激勵(lì)引起的電壓幅值變化小于10mV，這樣能保證阻抗測(cè)量的線性。從理論上講，向電池饋入一個(gè)交流電流信號(hào)，測(cè)量由此信號(hào)產(chǎn)生

27、的電壓變化即可測(cè)得電池的內(nèi)阻，如公式（9）所示 （9）式中 Vav-為檢測(cè)到交流信號(hào)的平均值；Iav - 為饋入交流信號(hào)的平均值用交流法測(cè)量?jī)?nèi)阻時(shí)，將一個(gè)交流測(cè)試信號(hào)加在電池上，然后測(cè)量出電池的電流（I）和該電流在電池兩端的交流電壓降（V），由此可以推到出阻抗R。由于交流信號(hào)頻率一般都選擇得可以忽略電容的影響，測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)際上就是電阻，交流法的缺點(diǎn)是易受充電器紋波和其他噪聲源的影響。但是如果選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試頻率，并采用有效的濾波器，還可以避免電源紋波和其他噪聲的影響的。交流法的有點(diǎn)對(duì)在線使用的蓄電池來說，此方法對(duì)系統(tǒng)的影響最小，并可在電池的整個(gè)使用期內(nèi)精確測(cè)量。同時(shí)施加的低頻信號(hào)頻率非常之低，施

28、加的交流電流也非常小，故不會(huì)對(duì)蓄電池的性能造成影響，并且不需要負(fù)載箱。 當(dāng)蓄電池處于開路狀態(tài)時(shí)，可以近似地認(rèn)為蓄電池正負(fù)極處于平衡電位狀態(tài)。在蓄電池正負(fù)極加上恒定的電位差時(shí)，就會(huì)有滯留在其中流過；如果在此電位差上疊加一個(gè)幅度相當(dāng)小（一般小于10mV）的正弦交流電壓就會(huì)有正弦交流電流蟲其中流過，該電流的大小依賴于電極電位和電極表面附近液層中參與電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的濃度。交流電流中依賴于電極電位的這部分是跟交流電壓同相位的，可以用傳輸電阻來表示。依賴于物質(zhì)濃度的這部分交流電流是受反應(yīng)物和生成物擴(kuò)散過程控制的，Warbug提出這種控制作用可以表示為一個(gè)電阻和一個(gè)電容串聯(lián)組成的阻抗，該電阻和電容成分跟交

29、流電頻率平方根成正比。如果電化學(xué)反應(yīng)結(jié)果會(huì)有一部分物質(zhì)吸附在電極表面，則這部分表面就被覆蓋了，就會(huì)對(duì)總的交流電流大小有影響，它跟交流電壓的頻率相同但相位不同，這種影響可以用電阻和電容并聯(lián)組成的電抗來表示。當(dāng)電池兩級(jí)上沒有電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，在正弦交流電壓作用下的交流只用于電極雙重電容的充放電。由于鉛酸蓄電池交流阻抗中有感抗存在，不能采用在復(fù)數(shù)平面圖中相應(yīng)虛部為零時(shí)阻抗實(shí)部值作為電池內(nèi)阻值，而采用電池阻抗模變化最小的頻率區(qū)域（0.1-10KHz）中阻抗實(shí)部的平均值作為電池內(nèi)阻，此時(shí)濃差極化的干擾就相對(duì)小一些。3 硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 總體框架在實(shí)際使用中，由于饋入信號(hào)的幅值有限，電池的內(nèi)阻在微歐或

30、毫歐級(jí)，因此，產(chǎn)生的電壓變化幅值也在微伏級(jí)，信號(hào)容易受到干擾。尤其是在線測(cè)量時(shí)，會(huì)受到充電機(jī)或用電負(fù)載的影響。交流法，首先要有一個(gè)交流源，原理框圖如圖2所示，交流原，就是提供交流信號(hào)，使之注入到蓄電池后能在蓄電池兩端產(chǎn)生一個(gè)交流相應(yīng)信號(hào)。同時(shí)考慮到交流流源與蓄電池串聯(lián)后，蓄電池會(huì)產(chǎn)生一個(gè)直流信號(hào)。為了避免與恒流源影響。故在串聯(lián)電路中串聯(lián)一個(gè)電容，電容可以起到隔直流，通交流的作用。其阻值的大小選取，選擇較大電容阻值的，因?yàn)檫x擇較大的電容c，交流信號(hào)在其分的電壓降，就少，其阻抗為 1/jc。蓄電池的內(nèi)阻不是純電阻，里面存在有容性成分，故交流信號(hào)經(jīng)過蓄電池后相位差會(huì)發(fā)生變化。所以要測(cè)出蓄電池的阻抗，

31、還要測(cè)出相位差。為了測(cè)出相位差我們需要一個(gè)參考電壓，電阻Ro，就是提供一個(gè)參考電壓，R取值1K，流過一個(gè)恒定的交流信號(hào)，如公式（10）所示 （10）R上產(chǎn)生一個(gè)已知的電壓信號(hào)，如公式（11）所示 （11）設(shè)計(jì)總體框圖如圖2所示 交流源蓄電池差分放大AD8302幅相檢測(cè)A/D采樣單片機(jī)LCD顯示圖2 設(shè)計(jì)總體框圖因?yàn)榻涣餍盘?hào)經(jīng)過蓄電池后，在蓄電池兩端的相應(yīng)信號(hào)十分微弱，直接取值不方便，并且如果直接取值還攜帶有直流信號(hào)，故我們選擇一個(gè)差分放大器，其輸入信號(hào)就是蓄電池兩端的的信號(hào)，經(jīng)過差分放大。得到蓄電池兩端的交流相應(yīng)電壓信號(hào)，并且此時(shí)已經(jīng)將直流信號(hào)去掉。同樣我們對(duì)已知的參考信號(hào)R兩端的信號(hào)作為輸入

32、信號(hào)也經(jīng)過差分放大器。所以，我們就需要兩個(gè)完全一樣的差分放大器，放大器我們選用INA2321芯片，INA2321放大器一塊芯片里面有兩個(gè)完全一樣的放大器。故經(jīng)過INA2321后，信號(hào)放大同樣的倍數(shù)。放大后的信號(hào)經(jīng)過AD8302幅相檢測(cè)芯片可以得到兩個(gè)輸入信號(hào)的幅度之比和兩輸入信號(hào)的相位差。假設(shè)幅度之比為q,則蓄電池兩端的相應(yīng)電壓信號(hào)如公式（12）所示 （12）帶入阻抗公式（2）和（3），其中Vo=Umax= qARo，Is=Imax=A 得公式（13） R=qRocos （13）在單片機(jī)里數(shù)據(jù)處理后，送入LCD顯示。直觀現(xiàn)實(shí)出來蓄電池性能的好壞。3.2 主處理器模塊AT89C51是一種帶4K字

33、節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。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MCS-51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， 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。（1）主要特性與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的

34、閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C51引腳如圖3所示圖3 AT89C51引腳（2）管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。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(shí)，將輸

35、出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8

36、個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩

37、器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程

38、序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。本設(shè)計(jì)采用的處理器模塊如圖4所示圖4 主處理器模塊3.3 探測(cè)電路此電路就是連接蓄電池的直接電路，伸出的兩根線，分別如蓄電池

39、的正負(fù)極相接，即可完成。該部分電路如圖4所示圖5 探測(cè)電路3.4 差分放大電路放大器芯片INA2321是INA321系列輸入輸出電壓范圍可以達(dá)到電源電壓的提供的微功耗 CMOS 儀表放大器，可以單電源以及雙電源。INA321 系列提供低成本、低噪聲、微功耗的差分信號(hào)的放大器 40A 的電流消耗。 當(dāng)芯片關(guān)閉，該INA321 有靜態(tài)電流小于 1A。在幾納秒返回到正常工作，關(guān)機(jī)功能，可以在使INA321 得到最佳應(yīng)用，低功耗電池或多路復(fù)用。在內(nèi)部增益配置為 5V/V，INA321 提供了靈活的外接電阻可以得到靈活的增益。3.4.1 INA321芯片簡(jiǎn)化圖該芯片引腳如圖5所示圖6 INA321芯片引

40、腳引腳5、6分別與1接上電阻R1和R2，電阻阻值的不同可以得到不同的增益，如公式（14）所示 （14）3.4.2 INA2321電路圖 INA2321芯片有兩個(gè)這樣的，接法與之類似，其INA2321芯片的外圍連接電路如圖6，引腳3和2接蓄電池兩端的信號(hào)，引腳5和6接已知電阻Ro兩端的信號(hào)。作為差分放大器的輸入信號(hào)。輸出端為引腳13和9。此放大電路濾出了直流成分的影響，而且解決了，相應(yīng)信號(hào)微弱，難易采集的問題，其中根據(jù)實(shí)際情況，圖中電阻R7、R8、R9、R10的阻值選取合適的阻值。但是R7與R10、R9與R8必須分別取值相同，才能得到相同的增益。另外，INA2321中兩個(gè)放大器存在相同的環(huán)境中（

41、溫度等），即它們產(chǎn)生相同的放大倍數(shù)。圖7 差分放大電路3.5 幅相檢測(cè)電路本次設(shè)計(jì)用的是AD8302，該芯片可以得到兩個(gè)輸入信號(hào)的幅度之比和兩輸入信號(hào)的相位差。3.5.1 AD8302介紹AD8302是ADI公司的用于RF/IF幅度和相位測(cè)量的單片集成電路，主要由精密匹配的兩個(gè)寬帶對(duì)數(shù)檢波器、一個(gè)相位檢波器、輸出放大器組、一個(gè)偏置單元和一個(gè)輸出參考電壓緩沖器等部分組成，能同時(shí)測(cè)量從低頻到2.7GHz頻率范圍內(nèi)的兩輸入信號(hào)之間的幅度比和相位差，可應(yīng)用于RF/IF功率放大器線性比的測(cè)量、RF功率的精確控制、駐波比測(cè)量及遠(yuǎn)程系統(tǒng)的監(jiān)視和診斷等。AD8302引腳如圖7所示。AD8302主要有測(cè)量、控制

42、器和電平比較器三種工作方式，但其主要的功能是測(cè)量幅度和相位。AD8302通過兩個(gè)寬度對(duì)數(shù)檢波器使幅度測(cè)量范圍可達(dá)60dB，獨(dú)立的相位檢測(cè)器檢測(cè)范圍可達(dá)180°。圖8 AD8302引腳圖當(dāng)芯片輸出引腳VMAG和VPHS直接跟芯片反饋設(shè)置輸入引腳MSET和PSET相連時(shí)，芯片的測(cè)量模式將工作在默認(rèn)的斜率和中心點(diǎn)上(精確幅度測(cè)量比例系數(shù)為30mV/dB，精確相位測(cè)量比例系數(shù)為10mV/度，中心點(diǎn)為900mV)。另外測(cè)量模式下，工作斜率和中心點(diǎn)可以通過引腳MSET和PSET的分壓加以修改。在中心點(diǎn)900mV處其增益是0dB，-30dB-+30dB的增益范圍對(duì)應(yīng)于0-1.8V的輸出電壓范圍；在

43、中心點(diǎn)900mV處其相位為90度，0-180度的相位范圍對(duì)應(yīng)于1.8-0V的輸出電壓范圍。3.5.2 AD8302電路圖AD8302芯片的外圍連接電路如圖8 圖9 幅相檢測(cè)電路R1，R2為輸入端電阻。R3為UREF輸出端的負(fù)載。C1、C4為交流輸入的耦合電容，C2和C3為濾波電容，C5，C6為電源退耦電容。3.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) 3.6.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD0809AD0809芯片引腳如圖9所示 圖10 AD0809芯片引腳（1）A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。   工作電壓：+5V；片內(nèi)無時(shí)鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時(shí)鐘信號(hào)；模

44、擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號(hào)ALE將三位地址信號(hào)ADDC、ADDB和ADDA進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸信號(hào)加到A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時(shí)序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接連CPU的DB。（2）ADC芯片的控制信號(hào) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)（START）：是由CPU提供給ADC芯片的，在正脈沖的下降沿轉(zhuǎn)換開始； 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)（EOC）：一旦啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，EOC立即變低，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出高電平，通知CPU轉(zhuǎn)換已結(jié)束； 允許輸出信號(hào)（OE）：AD

45、C轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在輸出鎖存器中，并沒有送入數(shù)據(jù)總線上。CPU取數(shù)時(shí)，發(fā)出OE信號(hào)選通芯片內(nèi)部三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出。 （3）引腳功能D7D0：8位數(shù)據(jù)輸出線 IN7IN0：8路模擬信號(hào)輸入 ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號(hào)輸入通道的地址選擇線 ALE：地址鎖存允許，其正跳變鎖存地址選擇線狀態(tài)，經(jīng)譯碼選通對(duì)應(yīng)的模擬輸入信號(hào) START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)，上升沿使片內(nèi)所有寄存器清零，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換開始后，此引腳變?yōu)榈碗娖剑D(zhuǎn)換一結(jié)束，此引腳變?yōu)楦唠娖?OE：輸出允許，此引腳為高電平有效，當(dāng)有效時(shí)，芯片內(nèi)部三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器被打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果送到D7D0

46、 CLOCK：時(shí)鐘，最高可達(dá)1280KHz，由外部提供 REF（+）、REF（-）：參考電壓正極、負(fù)極，通常REF（+）接Vcc，REF（-）接GND Vcc：電源，+5V，GND：地線 模擬輸入與數(shù)字量輸出的關(guān)系為N（VIN-VREF（-）×256/（VREF（+）-VREF（-），當(dāng)VREF（+）+5V，VREF（-）0V，若輸入模擬電壓為2.5V，則轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量N128，即二進(jìn)制數(shù)：B3.6.2 ADC0809與單片機(jī)的接口電路AD0809芯片與單片機(jī)的連接如圖10所示圖11 AD0809與單片機(jī)的連接圖引腳ADD A 、ADD B、ADD C分別接單片機(jī)P2.3、P2.4、

47、P2.5，用來選擇需轉(zhuǎn)換的模擬通道，轉(zhuǎn)換的數(shù)字量與單片機(jī)的P1口相連，當(dāng)OUTPUT ENABLE引腳有效時(shí)，單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換過的數(shù)據(jù)。 3.7 液晶顯示3.7.1 LCD1602介紹字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。本設(shè)計(jì)用的是16*2（16列2行） 模塊。1602可以顯示內(nèi)部常用字符(包括阿拉伯?dāng)?shù)字，英文字母大小寫，常用符號(hào)和日文假名等)，也可以顯示自定義字符(單或多個(gè)字符組成的簡(jiǎn)單漢字，符號(hào)，圖案等，最多可以產(chǎn)生8個(gè)自定義字符)。（1）1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，

48、各引腳接口說明：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙

49、向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。（2）1602LCD的指令說明1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，

50、低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。（3）讀寫操作時(shí)序如圖11和12所示：圖12讀操作時(shí)序圖13 寫操作時(shí)序（4）1602LCD的RAM地址映射液晶顯示模塊是一

51、個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。1602的內(nèi)部顯示地址如圖13所示。圖14 1602LCD內(nèi)部顯示地址在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。3.7.2 LCD1602與單片機(jī)的接口電路LCD1602與單片機(jī)的連接如圖14所示圖15 LCD1602與

52、單片機(jī)的連接控制信號(hào)由單片機(jī) P2.0P2.2控制，數(shù)據(jù)從P0.0P0.7引入。通過P2.0來選擇是用數(shù)據(jù)寄存器還是指令寄存器，P2.2作為芯片使能端子，P2.1控制芯片是進(jìn)行讀操作還是寫操作。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。4 軟件部分該部分主要是關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、LCD1602的編程。經(jīng)過幅相檢測(cè)電路得到電壓比值和相位差，在A/D轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量，送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后經(jīng)過顯示器顯示，直觀地觀察蓄電池性能的好壞。4.1 主程序主程序如圖15所示開始LCD初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序延時(shí)調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序數(shù)據(jù)處理子程序顯示結(jié)果判定蓄電池性能結(jié)束圖16 主程序主程序剛開始先對(duì)液晶顯示器進(jìn)行初始化設(shè)置，然后調(diào)用轉(zhuǎn)換子程序，先對(duì)增益系數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)一段時(shí)間再對(duì)阻抗角轉(zhuǎn)換，按公式R=qRocos 處理數(shù)據(jù),根據(jù)結(jié)果顯示不同電阻值，用百分?jǐn)?shù)表示蓄電池性能，與顯示數(shù)據(jù)成正比，即顯示值越大，蓄電池性能越好。 4.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖17所示 開始啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束取轉(zhuǎn)換結(jié)果結(jié)束YN圖 17 A/D轉(zhuǎn)換子程序 4.3 LCD160