恒流放電容量測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)

孫公道 宮建

摘要：針對(duì)蓄電池長(zhǎng)期使用導(dǎo)致的電池容量明顯減小的問題，設(shè)計(jì)了一款恒流放電容量測(cè)試儀，采取大電流持續(xù)放電方法進(jìn)行活化處理延長(zhǎng)壽命；系統(tǒng)采用ATMEGA128單片機(jī)為主控芯片，以keil C為軟件編譯調(diào)試平臺(tái)，通過自主編寫控制軟件完成系統(tǒng)功能，經(jīng)使用證明系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足實(shí)際使用。

關(guān)鍵詞：蓄電池；放電；keil C

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）05-0962-03

Software Design of Constant Current Discharge Capacity Meter

SUN Gong-dao， GONG Jian

（Unit 91550 of PLA， Dalian 116023， China）

Abstract： To solve the problem that capability of lead and acid battery gets mass loss because of the long term use， developing a constant current discharge capacity meter， which can extend the usage period of batteries by large and long constant current discharging method； it uses the microcontroller ATMEGA128 to be the controlling core， compiles and debugs the software by keil C platform，all function components of the system are written by independent innovation， it is proved satisfying via practically using.

Key words： battery； discharge； keil C

蓄電池在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和軍事裝備中使用量巨大，許多電子設(shè)備都需要配套備用電源—蓄電池組。眾所周知，如果只對(duì)蓄電池做充電維護(hù)，長(zhǎng)期使用后（約2～3年），電池容量會(huì)明顯減小，其特征是剛充滿電的電池，連接負(fù)載后便迅速耗盡，使用壽命大大縮短。如果采取大電流持續(xù)放電方法來活化電池，可以恢復(fù)絕大部分的電池容量，延長(zhǎng)電池壽命（約2～3倍），既可節(jié)約大量用于購買蓄電池的經(jīng)費(fèi)，也減少電池造成的環(huán)境污染。我們提出研制恒流放電容量測(cè)試儀。

1 系統(tǒng)功能

恒流放電容量測(cè)試儀主要有四大功能。分別如下：

參數(shù)修改功能：用戶可以修改測(cè)試儀五個(gè)參數(shù)，包括放電電流、放出容量、終止總電壓、放電時(shí)間和實(shí)時(shí)時(shí)間。

故障自動(dòng)記錄與清除功能：如果測(cè)試儀出現(xiàn)故障，能夠自動(dòng)記錄故障出現(xiàn)的日期和時(shí)間，以便用戶查找故障原因。

停止放電自動(dòng)記錄功能：無論人工干預(yù)停止放電，還是故障導(dǎo)致停止放電，都能夠自動(dòng)記錄停止放電的日期、時(shí)間和原因，以備查閱。

開始放電/停止放電功能：用戶認(rèn)為各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置正確，下達(dá)開始放電命令，放電即刻開始。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體方案設(shè)計(jì)

硬件總體框圖如圖1所示：

圖1 硬件總體框圖

恒流放電容量測(cè)試儀硬件部分包括：ATMAGE128單片機(jī)電路，電源電路，觸摸屏及其控制電路，LCD 顯示模塊，PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，存儲(chǔ)器及時(shí)間芯片電路，數(shù)據(jù)采集電路[1-2]。

ATMAGE128單片機(jī)是本儀器的主控核心，觸摸屏作為輸入設(shè)備，LCD 顯示模塊完成界面顯示功能，PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路可以直接驅(qū)動(dòng)IGBT進(jìn)行斬波調(diào)整負(fù)載，存儲(chǔ)芯片中存儲(chǔ)放電曲線數(shù)據(jù)，時(shí)間芯片是整個(gè)放電器的時(shí)間基準(zhǔn)，為放電過程提供時(shí)間累積數(shù)據(jù)，同時(shí)為停止放電提供時(shí)間點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集電路是恒流放電容量測(cè)試儀輸入電壓和放電電流的調(diào)理電路。具體硬件設(shè)計(jì)思路見參考文獻(xiàn)3[3]。

2.2 軟件總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能和使用需求，給出主操作界面框圖，如圖2所示：

圖2 主操作界面框圖

其中參數(shù)修改可以修改五個(gè)參數(shù)，分別是放電電流、放出容量、終止總電壓、放電時(shí)間和實(shí)時(shí)時(shí)間。程序中設(shè)置一個(gè)通用數(shù)字小鍵盤，用于輸入數(shù)字，每個(gè)參數(shù)都有其輸入范圍，超過這個(gè)范圍則要求重新輸入。參數(shù)修改框圖如圖3所示：

圖3 參數(shù)修改框圖

清除記錄、停放記錄和開始放電/停止放電分別實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)其它三個(gè)功能。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，設(shè)計(jì)的主操作界面如圖4所示：

圖4 主操作界面

主操作界面分為實(shí)時(shí)顯示區(qū)、操作區(qū)和設(shè)置參數(shù)顯示區(qū)。

實(shí)時(shí)顯示區(qū)（圖中左上區(qū)域）主要用于顯示實(shí)測(cè)參數(shù)和放電曲線。操作區(qū)（圖中右上區(qū)域）用于用戶向測(cè)試儀發(fā)送操作指令。設(shè)置參數(shù)顯示區(qū)（圖中左下部區(qū)域）顯示用戶設(shè)置的放電電流、放電電壓、放電容量和放電時(shí)間。

本方案采用keil C作為軟件編譯調(diào)試平臺(tái)[4-5]，恒流放電容量測(cè)試儀的軟件實(shí)現(xiàn)的功能有：對(duì)輸入電源的電壓電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示，開始放電，停止放電，參數(shù)設(shè)置，清除記錄，停放記錄查看，放電曲線查看，在放電狀態(tài)下累計(jì)放電時(shí)間，累計(jì)放電容量，繪制放電曲線。

本測(cè)試儀可以存儲(chǔ)五條放電曲線，即可以保存最近放過電的五塊電池的放電數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括放出的電池容量，放電時(shí)間，放電電壓和放電曲線。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、修改及顯示子程序的調(diào)用通過可視化圖形界面與用戶交互，該交互系統(tǒng)作為軟件方案設(shè)計(jì)的核心部分，占整體工程量的百分之七十。

3 程序?qū)嵗?/p>

以恒流放電容量測(cè)試儀的主操作界面為例，其部分關(guān)鍵程序如下：

void maindisp（void） //主操作界面框架繪制程序

{……

clear（）； //清屏

map_mode（）； //切換LCD為繪圖模式

vertical_shift（）； //畫筆移動(dòng)方向?yàn)榇怪币苿?dòng)

L=30；H=28；writeadrr（L，H）； //設(shè)定繪圖初始點(diǎn)像素地址

for（m1=0；m1<186；m1++） //畫垂直線，長(zhǎng)度為186個(gè)點(diǎn)

{ writedata（0Xc0）； }

……

horical_shift（）； //畫筆移動(dòng)方向?yàn)樗揭苿?dòng)

L=0；H=0；writeadrr（L，H）； //設(shè)定繪圖初始點(diǎn)像素地址

for（i=0；i<40；i++） //畫水平線，長(zhǎng)度為40個(gè)點(diǎn)

{ writedata（0Xff）； }

……

coordinate（）； //刷新實(shí)測(cè)參數(shù)、放電曲線顯示區(qū)的內(nèi)容

word_mode（）； //切換LCD為文字模式

L=1；H+=22；writeadrr（L，H）；

writehz（'電'）；writehz（'流'）；writedata（'='）；//在設(shè)置參數(shù)顯示區(qū)顯示設(shè)定的放電電流值，精確到百分位

……

L=10；H=8；writeadrr（L，H）；

for（i=0；i<=8；i++）{writehz（hz[i]）；} //顯示主界面名稱“恒流放電容量測(cè)試儀”

}

在觸摸顯示屏上顯示主操作界面前，刷新屏幕，清空一切。切換到繪圖模式，先畫垂直線條，再畫水平線條。然后切換到文字模式，顯示主操作界面上所有文字，便完成主操作界面的顯示工作。

4 結(jié)論

恒流放電容量測(cè)試儀最高接入電壓40V，最大放電電流10A，能夠完成單節(jié)或雙節(jié)串接12V電池的放電工作，在每節(jié)電壓不大于13V情況下，也可完成三節(jié)串接12V電池的放電工作；功能與指標(biāo)完全滿足使用需求。通過調(diào)整軟件功能模塊的參數(shù)，可以完成自定義用戶界面、設(shè)置參數(shù)的門限值、繪制復(fù)雜對(duì)比曲線等高級(jí)軟件功能。通過恒流放電容量測(cè)試儀不定期對(duì)電池進(jìn)行放電活化處理，延長(zhǎng)了電池的壽命（約2～3倍），恢復(fù)了電池的容量，解決了蓄電池?zé)o法進(jìn)行放電維護(hù)的問題，為使用方節(jié)約了經(jīng)費(fèi)，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈建良，趙文宏，賈玉坤.ATmega128單片機(jī)入門與提高[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[2] 胡兵，吳升艷，岳春生.ADS7843觸摸屏接口[J].國(guó)外電子元器件，2002（7）：27-29.

[3] 付曉偉，普仕凡.蓄電池恒流放電容量監(jiān)測(cè)儀的電路設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，2013（32）：10-13.

[4] 劉香蘭，張秋生.ATmega128單片機(jī)應(yīng)用與開發(fā)實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：14-74.

[5] 沈文.AVR單片機(jī)C語言開發(fā)入門指導(dǎo)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003：173-225.