一種基于89C52單片機(jī)控制下的干電池*放電特性測(cè)試儀*

程 琦

(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西 太原 030006)

一種基于89C52單片機(jī)控制下的干電池*放電特性測(cè)試儀*

程 琦

(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西 太原 030006)

本設(shè)計(jì)的控制核心采用STC系列89C52單片機(jī)，通過ADC0832采集芯片及霍爾電流傳感器完成對(duì)電壓、電流的采集，運(yùn)用74LS138控制八路繼電器完成對(duì)八種負(fù)載阻抗的選擇，并且能夠通過矩陣鍵盤選擇負(fù)載阻抗以及預(yù)設(shè)干電池終止放電的電壓值，并且能夠在QC12864液晶屏上顯示放電前及放電時(shí)數(shù)據(jù)；該設(shè)計(jì)具有控制電路簡(jiǎn)單，可靠性高，操作方便，模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、斷電一體化，且成本低等特點(diǎn)。

STC89C52；QC12864；ADC0832；霍爾電流傳感器；74LS138；24C1024

具有關(guān)部門的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在“十二五”期間我國(guó)干電池市場(chǎng)需求及產(chǎn)量均迅速擴(kuò)大。其中平均每年的產(chǎn)量增長(zhǎng)速度可達(dá)20%，近5年以來總體漲幅高達(dá)2倍。這就意味著，經(jīng)過多年發(fā)展干電池的相關(guān)技術(shù)，如比能量、循環(huán)壽命、高低溫適應(yīng)性等性能已有所突破。目前我國(guó)的干電池的相關(guān)技術(shù)已有了很大的進(jìn)步，各種先進(jìn)技術(shù)的加入使干電池逐步形成一個(gè)成熟的技術(shù)。

針對(duì)于干電池廣闊的市場(chǎng)前景,本設(shè)計(jì)意在開發(fā)一種新型的干電池放電特性測(cè)量?jī)x，針對(duì)干電池在放電過程中的各項(xiàng)性能做測(cè)試，以促進(jìn)人們?cè)谌粘Ｊ褂眠^程中能夠有效的、完全的利用各類型的干電池[1]。本設(shè)計(jì)的控制核心采用STC系列89C52單片機(jī)，通過ADC0832采集芯片及霍爾電流傳感器完成對(duì)電壓、電流的采集，運(yùn)用74LS138控制八路繼電器完成對(duì)八種負(fù)載阻抗的選擇，并且能夠通過矩陣鍵盤選擇負(fù)載阻抗以及預(yù)設(shè)干電池終止放電的電壓值，且在QC 12864液晶屏上顯示放電前及放電時(shí)數(shù)據(jù)[2]；本設(shè)計(jì)使用兩片24C1024存儲(chǔ)芯片將測(cè)試數(shù)據(jù)保存，也可以實(shí)時(shí)顯示干電池放電的曲線。另外，用直流穩(wěn)壓電源給裝置提供5 V的直流電壓，保證該裝置的穩(wěn)定，該設(shè)計(jì)具有控制電路簡(jiǎn)單，可靠性高，操作方便，模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、斷電一體化，且成本低等特點(diǎn)[3]。

1 系統(tǒng)模塊選擇

1) 電壓采集模塊：電壓采集模塊通常是一種由8位分辨器、雙通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片組成。不同器件的掛接、處理器控制由獨(dú)立芯片代替，使得控制過程更便利。數(shù)據(jù)輸入部分采用DI控制器，使得通道功能選擇可輕松實(shí)現(xiàn)。輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)[4]。

2) 電流采集模塊：采用霍爾電流傳感器(LEM模塊)-LA25-NP對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)。霍爾傳感器的工作原理是根據(jù)磁補(bǔ)償原理制成，感應(yīng)范圍廣泛。最主要的特點(diǎn)是所工作區(qū)域可輸出線性的特性曲線[5]。其低功耗，質(zhì)量輕，穩(wěn)定的溫度性，對(duì)于測(cè)量頻帶較寬及不同波形的信號(hào)都適用。且其具有電隔離性，輸出信號(hào)易于理解，精準(zhǔn)高。

3) 時(shí)鐘模塊：利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)系統(tǒng)。即定時(shí)系統(tǒng)設(shè)置好工作方式后啟動(dòng)器中斷程序，此時(shí)無需使用CPU的功能資源，定時(shí)系統(tǒng)自行工作。程序進(jìn)行到計(jì)算器溢出，中斷程序啟動(dòng)CPU開始工作，這一工作原理使單片機(jī)控制系統(tǒng)靈活度提高，效率增強(qiáng)。

4) 顯示部分：系統(tǒng)采用QC12864B型號(hào)液晶顯示器，其特有的16*16點(diǎn)陣8192個(gè)中文漢字點(diǎn)陣模塊和16*8點(diǎn)陣128個(gè)字符的GDRAM，可以很好的顯現(xiàn)出相關(guān)文字及圖形。配置LED背光，具有低電壓低功耗特點(diǎn)。

5) 繼電器驅(qū)動(dòng)模塊：采用PNP型三極管驅(qū)動(dòng)繼電器：當(dāng)給三極管基極低電平時(shí)，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)繼電器吸合，反之亦然；為了節(jié)省I/O資源，采用74LS138譯碼器，來控制三極管的通斷，進(jìn)而控制繼電器的吸合與斷開。

6) 電源模塊：開關(guān)穩(wěn)壓電源。主要控制電路有基準(zhǔn)電壓的誤差檢測(cè)放大、脈寬調(diào)制器、振蕩器、分頻器及門電路組成，在此采用開關(guān)電源集成芯片，整體機(jī)構(gòu)集成度高，外圍元器件少，效率高。

2 總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)為核心控制，對(duì)干電池的放電實(shí)施自動(dòng)檢測(cè)、循環(huán)采樣、自動(dòng)分析處理采樣結(jié)果，記錄干電池放電的各項(xiàng)參數(shù)，并在液晶上顯示數(shù)據(jù)；本系統(tǒng)采用八種負(fù)載阻抗，每種負(fù)載阻抗都對(duì)應(yīng)一個(gè)繼電器，通過鍵盤選擇負(fù)載阻抗；本系統(tǒng)還可以通過鍵盤任意設(shè)定干電池放電的電壓值，當(dāng)干電池放電達(dá)到設(shè)定的電壓值時(shí)，控制負(fù)載的繼電器斷開，干電池停止放電[6]；本系統(tǒng)使用兩片24C1024存儲(chǔ)芯片可以將測(cè)試數(shù)據(jù)保存下來，也可以實(shí)時(shí)顯示干電池放電的曲線，另外增加了按鍵聲音功能。該系統(tǒng)具有控制電路簡(jiǎn)單，可靠性高，操作方便，模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、斷電為一體化，且成本低等特點(diǎn)。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)框圖

圖1 系統(tǒng)框圖

3.2 單元電路設(shè)計(jì)

3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

STC系列89C52單片機(jī)是新一代運(yùn)算速度高、功耗小的單片機(jī)，其內(nèi)部使用的程序語言兼容了以往51系列單片機(jī)12/6時(shí)鐘機(jī)器周期的選擇性，內(nèi)部集成MAXB10專用復(fù)位電路，時(shí)鐘頻率在12 MH以下時(shí)，復(fù)位即可直接接地。

3.2.2 負(fù)載選擇電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用八種負(fù)載阻抗，每種負(fù)載阻抗都對(duì)應(yīng)一個(gè)繼電器，通過鍵盤選擇負(fù)載阻抗，從而控制干電池放電；當(dāng)鍵盤輸入要選擇的負(fù)載阻抗，控制器執(zhí)行做出相應(yīng)的判斷，使負(fù)載阻抗對(duì)應(yīng)的繼電器吸合，負(fù)載阻抗則與干電池正極相連接。

3.2.3 存儲(chǔ)模塊電路設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)模塊采用24C1024電可擦除PROM存儲(chǔ)芯片，24C1024與單片機(jī)的接口非常簡(jiǎn)單，兩線串行接口，完全兼容IIC總線，具有體積小，數(shù)據(jù)掉電不揮發(fā)等特點(diǎn)。

3.2.4 液晶顯示硬件電路設(shè)計(jì)

顯示模塊我們采用了QC12864液晶屏，它具有顯示質(zhì)量高，數(shù)字式接口，功耗功率小的特點(diǎn)，能夠滿足文字、數(shù)字及圖形符號(hào)的顯示，能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求。

3.2.5 鍵盤模塊電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)硬件處理方面使用較多的按鍵開關(guān)，通過將按鍵進(jìn)行矩陣形式的排列，減少I/O端口的使用。矩陣形式的鍵盤，由按鍵開關(guān)作用于交叉連接處。當(dāng)開關(guān)沒有按下，所有輸出端口均得到高電平值，也就意味著無鍵按下。當(dāng)開關(guān)按下，所涉及到的輸出線會(huì)得到低電平，從而可知此時(shí)有信號(hào)。

4 軟件流程圖

圖2 軟件流程圖

5 安裝調(diào)試與數(shù)據(jù)分析

時(shí)鐘功能系統(tǒng)具有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、調(diào)節(jié)顯示的時(shí)間。本系統(tǒng)能夠以24小時(shí)制設(shè)定任意時(shí)間；時(shí)間設(shè)定通過鍵盤輸入所需的時(shí)間；存儲(chǔ)功能系統(tǒng)存儲(chǔ)功能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電壓、電流、時(shí)鐘的保存。由于要保存的數(shù)據(jù)量比較大，我們采用了2片24C1024，通過地址選擇來選取到那個(gè)存儲(chǔ)芯片中。另外我們?cè)黾恿藢⒋鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)回放功能，通過一個(gè)獨(dú)立的按鍵將其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)回放出來，每按一下回放一次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，能夠直觀的看出存儲(chǔ)的數(shù)值；控制干電池放電電壓模式：系統(tǒng)可以通過鍵盤任意設(shè)定干電池放電的電壓值，當(dāng)干電池放電達(dá)到設(shè)定的電壓值時(shí)，控制負(fù)載的繼電器斷開，干電池停止放電；另外，還可以進(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；實(shí)時(shí)顯示干電池放電曲線：系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)顯示干電池放電的電壓隨時(shí)間變化的曲線功能，能夠直觀的看出干電池的放電電壓的變化。輸出電壓、電流分析：系統(tǒng)能夠通過控制器將檢測(cè)到的電壓和電流值在液晶上顯示出來，對(duì)檢測(cè)出的電壓電流值有一定的要求。

6 設(shè)計(jì)總結(jié)

本設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用于電池的研究及生產(chǎn)過程中，有效改善了干電池放電特性的性能指標(biāo)。

其控制電路簡(jiǎn)單，可靠性高，操作方便，模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、斷電為一體化，且成本低等特點(diǎn)，受到廣大生產(chǎn)廠商的好評(píng)。

[1] 蔣凱.幾類面向電網(wǎng)的儲(chǔ)能電池介紹[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013(4)：71-75.

[2] 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].第3版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[3] 李洪.基于單片機(jī)控制的鋰電池充電和保護(hù)[J].通信對(duì)抗，2004(9)：56-57.

[4] 范麗.電池性能在線檢測(cè)技術(shù)的研究與設(shè)計(jì)[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2014.

[5] 耿海翔.光電池特性測(cè)量的研究[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(4)：44-46.

[6] 邵欣.基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)[J].河南科技，2014(2)：19-20.

Feature Tester Based on 89C52 Single Chip Microcomputer Control

Cheng Qi

(ShanxiPolytechnicCollege,TaiyuanShanxi030006,China)

This design takes 89C52 SCM of STC series as the control core, through the ADC0832collecting chip and the Hall current sensor, to complete the acquisition of voltage and current. The choice for eight kinds of load impedance is completed using 74LS138 eight-way relay, and the load impedance can be selected by the matrix keyboard selection and preset the terminate discharge voltage of dry cell, and then the data before the discharge and discharging can displayed in the QC12864 LCD panel. The design has the advantages of simple control circuit, high reliability, easy operation, conversion of module, storage, power failure of integration, and low cost.

STC89C52；QC12864；ADC0832；Hall current sensor；74LS138；24C1024

2017-06-22

山西省教育科學(xué)規(guī)劃課題(GH-16154);山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題(H201601)

程 琦(1981- )，女，山西太谷人，講師，碩士研究生，電子信息及通信技術(shù)。

1674- 4578(2017)04- 0031- 03

TM911.1；TP216

A