實(shí)時(shí)檢測(cè)干電池放電特性的控制系統(tǒng)研究

陸云飛

（淮南聯(lián)合大學(xué)，安徽 淮南 232002）

1 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的要求

設(shè)計(jì)制作一個(gè)干電池放電特性測(cè)量?jī)x，負(fù)責(zé)干電池放電數(shù)據(jù)的采集處理.

設(shè)計(jì)目的:

(1)測(cè)量并采集干電池放電前及放電時(shí)的電壓和電流值，并實(shí)時(shí)顯示數(shù)值.

(2)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)保存，保存時(shí)間間隔為1秒，保存的數(shù)據(jù)包括時(shí)間、電壓和電流，電壓和電流分別以伏特和安培為單位，取小數(shù)點(diǎn)后3位.

(3)負(fù)載阻抗至少可選八種，用鍵盤選擇負(fù)載阻抗.

(4)可以進(jìn)行多次斷續(xù)放電直至達(dá)到電壓或電流預(yù)設(shè)下限值.

(5)允許預(yù)設(shè)多節(jié)干電池串、并聯(lián)放電.

(6)顯示出干電池放電曲線.

1.2 系統(tǒng)的總體構(gòu)架

根據(jù)試題的要求，本簡(jiǎn)易干電池放電特性測(cè)量?jī)x由四大模塊構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電源及負(fù)載阻抗切換與選擇模塊.如圖1-1所示.

圖1-1 系統(tǒng)總體構(gòu)架框圖

1.3 設(shè)計(jì)方案

采用C8051F020系列單片機(jī)為16位的單片機(jī)，內(nèi)部自帶12位的A/D轉(zhuǎn)換模塊，輸入輸出端口豐富，主頻相對(duì)較高，計(jì)算速度快.F020提供8路AD轉(zhuǎn)換，利用其中一路直接電壓量采樣，另一路由霍爾元件實(shí)現(xiàn)電流量的采樣.

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，由C8051F020單片機(jī)為總控制器，外圍電路包括電壓、電流數(shù)據(jù)采樣模塊，電源與阻抗切換選擇模塊，顯示模塊，鍵盤模塊等模塊構(gòu)成，如圖2-1所示.

圖2-1 系統(tǒng)硬件框圖

2.2 系統(tǒng)的單元電路的設(shè)計(jì)

2.2.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路

本系統(tǒng)在時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)過程中，選擇了DS1302，它是一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，可一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù).實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、月和年，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間的同時(shí)記錄.其與控制器的硬件接口電路如圖2-2所示.

圖2-2 時(shí)鐘電路

2.2.2 電源與負(fù)載阻抗切換電路

在電源串并聯(lián)連接形式選擇電路中，控制器控制繼電器K9斷開，K10吸合電源為串聯(lián)連接形式對(duì)外供電；若控制器控制K9吸合和K10吸合，電源為并聯(lián)形式對(duì)外供電，如圖2-3所示.在負(fù)載阻抗切換電路設(shè)計(jì)過程中，由控制器信號(hào)來控制相關(guān)繼電器吸合，實(shí)現(xiàn)不同阻抗的切換，如圖2-4所示.

圖2-3 電源串并聯(lián)選擇電路

圖2-4 負(fù)載阻抗切換電路

2.2.3 數(shù)據(jù)采集模塊

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電流和電壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，其中電流數(shù)據(jù)采集通過霍爾元件CSM006NPT5實(shí)現(xiàn)，其硬件原理圖如圖2-5所示.

圖2-5 電流、電壓數(shù)據(jù)采集模塊

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)軟件的組成

在本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)由三級(jí)菜單構(gòu)成，三級(jí)菜單如圖3-1所示，一級(jí)菜單為顯示界面，如圖3-1(a)所示，在該界面按“確定”鍵可進(jìn)入二級(jí)菜單；二級(jí)菜單由工作模式、曲線顯示、原始記錄和實(shí)時(shí)值四項(xiàng)構(gòu)成，如圖3-1(b)所示，可通過上下選擇鍵對(duì)二級(jí)菜單中不同功能進(jìn)行切換，在選定相應(yīng)選項(xiàng)后，按“確定”鍵進(jìn)入第三級(jí)菜單；第三級(jí)菜單完成設(shè)計(jì)的基本功能及擴(kuò)展功能，放電曲線的顯示及原始記錄的回放功能如圖3-1(c)、3-1(d)和3-1(e).鍵盤為4x4矩陣鍵盤，各鍵功能如表1所示.

表1 矩陣鍵盤各鍵功能

圖3-1 系統(tǒng)顯示三級(jí)菜單

3.2 系統(tǒng)的主程序流程圖

簡(jiǎn)易干電池放電特性測(cè)量?jī)x主程序流程圖，如圖3-2所示.

圖3-2 主程序流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

4.1 測(cè)試的方法

當(dāng)繼電器的控制端為低電平時(shí)繼電器的常開觸點(diǎn)閉合導(dǎo)通，這時(shí)可用萬用表測(cè)量電路中的電壓與電流記錄，同時(shí)將LCD顯示的實(shí)時(shí)值進(jìn)行記錄，把測(cè)量值與顯示值相比較，取若干組數(shù)據(jù)記錄于表2.

4.2 部分測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 測(cè)量數(shù)據(jù)

5 小結(jié)

本檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要以F020單片機(jī)為控制單元，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換和采樣電路模塊，軟件設(shè)計(jì)語言采用單片機(jī)C語言，可直接進(jìn)行燒錄，體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì).

〔1〕周立功.SoPC 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程.北京航天航空大學(xué)出版社，2006.

〔2〕蘭吉昌.單片機(jī)C51 完全學(xué)習(xí)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

〔3〕劉鯤. 單片機(jī)C 語言入門. 人民郵電出版社，2010.