基于單片機(jī)的電池放電實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張春奇等

摘要：由于對(duì)電池?fù)p耗狀態(tài)檢測(cè)的需要，該文將對(duì)可充電電池放電測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將該系統(tǒng)分為控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信息存儲(chǔ)模塊和顯示模塊。通過(guò)以STC89C52作為支持的控制模塊對(duì)電池放電進(jìn)行控制，利用數(shù)據(jù)采集模塊將電池放電信息進(jìn)行采集，將它存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)模塊并顯示在顯示模塊上。通過(guò)與合格新電池的放電信息進(jìn)行對(duì)比，從而可以評(píng)估出電池的損耗狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：電池?fù)p耗；模塊；STC89C52單片機(jī)；測(cè)量系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP334 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）14-0247-02

Abstract： due to the need for battery wear state detection， this paper will be to design rechargeable battery discharge measurement system .Using the modular design thought， the system can be divided into control module， data acquisition module， data storage module and display module. Through STC89C52 as support control module to control the battery discharge， data acquisition module is used to change the battery discharge information collection， store it in the information storage module and display on the display module. By comparing with qualified new battery discharge information， which can assess the state of loss of the battery.

Key words： battery depletion； Module； STC89C52 single-chip microcomputer； Measurement system

1概述

自從伏特發(fā)明電池以來(lái)，電池給人們的生活帶來(lái)了巨大的影響。人們通過(guò)將電能存儲(chǔ)在電池里，得以能夠隨時(shí)隨地的利用電能，為便捷式電子設(shè)備的發(fā)展和普及提供了基本條件。而當(dāng)今社會(huì)人們也幾乎離不開(kāi)電池。手機(jī)電池、手表中的紐扣電池、電動(dòng)汽車中的電池等都在我們生活中扮演了重要的角色。但是我們也經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)用久了的電池耗電會(huì)特別嚴(yán)重，所以電池的使用損耗狀態(tài)是我們所關(guān)心的，當(dāng)電池?fù)p耗特別嚴(yán)重的時(shí)候，我們需要更換新電池來(lái)保證電子設(shè)備的正常運(yùn)行。因此設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量電池信息的測(cè)量系統(tǒng)是很有意義的，它能夠?qū)p耗嚴(yán)重的電池區(qū)分開(kāi)來(lái)，人們可以方便的對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估而決定是否更換電池。

2硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1硬件總體結(jié)構(gòu)框圖

本文以STC89C52芯片作為主控芯片，采用PCF8951芯片構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊，對(duì)電池放電電流和電壓進(jìn)行采集，用AT24C02作為存儲(chǔ)芯片，將電池信息存儲(chǔ)在里面，用TFT液晶彩屏作為顯示模塊，將電池放電信息實(shí)時(shí)顯示在液晶彩屏上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池放電信息的實(shí)時(shí)測(cè)量。其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.2系統(tǒng)工作原理

利用單片機(jī)主控模塊對(duì)負(fù)載電路進(jìn)行控制，當(dāng)負(fù)載電路導(dǎo)通時(shí)，電池經(jīng)過(guò)負(fù)載電路進(jìn)行放電，采用數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)放電電壓和電流進(jìn)行采集，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中并顯示液晶模塊上。對(duì)放電電壓和電流變化進(jìn)行分析，與全新電池放電信息進(jìn)行比較，從而對(duì)電池的壽命進(jìn)行判斷，將不符合正常電池放電的電池淘汰。

2.3測(cè)量模塊

測(cè)量電路為一般的電池放電特性測(cè)量電路。它由電池、開(kāi)關(guān)和負(fù)載電阻構(gòu)成，通過(guò)開(kāi)關(guān)的閉合控制電路的導(dǎo)通，從而產(chǎn)生放電電流和電壓。測(cè)量電路如圖2所示

2.4電池信息采集模塊

本文使用了PCF8951芯片加上外圍電路構(gòu)成了信息采集模塊。它是整個(gè)系統(tǒng)最為重要的部分，因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，所以需要模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將電池放電電流和電壓這些模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后這些數(shù)字信號(hào)才能被存儲(chǔ)在AT24C02中并顯示在液晶屏上。由于電流電壓信號(hào)變化較快，所以需要逐次逼近型的A-D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近式A-D轉(zhuǎn)換器會(huì)通過(guò)一系列的基準(zhǔn)電壓和采集到的輸入電壓相比較，一般基準(zhǔn)電壓會(huì)取所在電壓范圍的一半，逐漸縮小電壓范圍，若比較器的輸出為高，則說(shuō)明輸出電壓高于基準(zhǔn)電壓，則該位置1，從高位逐次確定各位是0還是1。而 PCF8951作為一種逐次逼近式A-D轉(zhuǎn)換器很好的滿足系統(tǒng)對(duì)其轉(zhuǎn)換速度和精度的要求。

2.5 信息存儲(chǔ)模塊

當(dāng)信息被采集以后需要被存儲(chǔ)下來(lái)，方便在計(jì)算機(jī)上和合格新電池放電信息進(jìn)行比對(duì)，從而對(duì)電池?fù)p耗情況進(jìn)行評(píng)估。AT24C02作為電可擦除存儲(chǔ)器，具有低功耗、低電壓、接口方便、體積小、數(shù)據(jù)掉電不消失等優(yōu)點(diǎn)而通常被使用作為大部分便攜式儀表的存儲(chǔ)芯片，所以本文采用它作為作為電池放電系統(tǒng)的存儲(chǔ)芯片。

該芯片的引腳圖如圖3所示。其中A0、A1、A2作為器件地址輸入引腳，通過(guò)接地或者接高電壓來(lái)確定器件地址，所以在電路中最多可以接入8片AT24C02芯片。同時(shí)芯片完全兼容I2C總線傳輸協(xié)議。I2C是一種雙向、兩線串行總線，它的構(gòu)成很簡(jiǎn)單，只由兩根串行數(shù)據(jù)（SDA）線和串行時(shí)鐘（SCL）線組成。它通過(guò)串行數(shù)據(jù)（SDA）線和串行時(shí)鐘 （SCL）線在單片機(jī)與AT24C02芯片之間傳遞信息，因此可以將采集到的電池放電電流與電壓信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到芯片中。AT24C02與單片機(jī)的連接電路如圖4所示。

2.6液晶顯示模塊

該系統(tǒng)采用了TFT—LCD液晶顯示屏作為顯示器，具有顯示速度快，亮度好，對(duì)比度高，顏色鮮艷等優(yōu)點(diǎn)，能快速地顯示電池放電電流電壓信息，方便觀測(cè)和進(jìn)行比對(duì)。

3軟件設(shè)計(jì)

程序是硬件的靈魂，只有在一個(gè)系統(tǒng)硬件上配有合適的程序時(shí)，才能夠體現(xiàn)并發(fā)揮出整個(gè)系統(tǒng)的最大功能。所以軟件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。本文具體的程序設(shè)計(jì)是 ：通過(guò)STC89C52單片機(jī)檢測(cè)負(fù)載電路是否導(dǎo)通，若導(dǎo)通則可通過(guò)控制單片機(jī)選擇電磁繼電器通道使電池放電處在連續(xù)放電模式（電池也可處于間歇放電模式）。此時(shí)可以啟動(dòng)PCF8951芯片對(duì)收集到的信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換從而得到數(shù)字信號(hào)的電流和電壓值，在此同時(shí)將信息存儲(chǔ)在芯片AT24C02中，并調(diào)用顯示模塊子程序?qū)⑿畔@示在TFT-LCD液晶顯示模塊上。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了解決電池消耗檢測(cè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于STC89C52單片機(jī)的電池放電電流與電壓的檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)電池放電電壓和電流信息進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，并能夠?qū)崟r(shí)對(duì)電池放電特性進(jìn)行觀測(cè)。在多次試驗(yàn)和調(diào)試后的結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有良好的對(duì)電壓電流檢測(cè)功能，且檢測(cè)時(shí)能夠穩(wěn)定顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，又因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有體積小便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于對(duì)不合格或損耗嚴(yán)重的電池的檢測(cè)，從而方便地將這些電池挑揀出來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙全利. 單片機(jī)原理及應(yīng)用教程[M].3版.機(jī)械工業(yè)出版社，2013：184-185.

[2] 邵強(qiáng). 智能電池及其充放電管理系統(tǒng)[D].鄭州大學(xué)，2005.

[3] 肖鳴， 李齊鳴， 朱志明. AT24C02及在智能儀表中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)，1996（3）：12-13.