基于MSP430 單片機(jī)的電池組檢測裝置設(shè)計(jì)

張文文 徐 航 朱浩然 姚 璇

(長春工程學(xué)院,吉林 長春130012)

MSP430 系列單片機(jī)有著功耗低而且運(yùn)行速度快,處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)。它把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上,然后再根據(jù)實(shí)際問題,利用單片機(jī)制定解決問題的措施。在設(shè)計(jì)出一款檢測單體電池裝置之前,在MSP430 單片機(jī)的功能下可以檢測出單個電池電壓、電流的數(shù)據(jù)。然后根據(jù)檢測電池的數(shù)據(jù)對單體電池進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,避免單個電池?fù)p壞對整個電池組利用的影響。安全是電池生產(chǎn)制造的前提,所以基于MSP430 單片機(jī)的電池檢測裝置實(shí)際應(yīng)用作用大,市場前景十分樂觀。

1 工作原理

目前,對電池的檢測方案就是對其單體電池進(jìn)行測量,檢測單體電池兩端的電壓電流,從而實(shí)時監(jiān)控單體電池。將采集的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給數(shù)據(jù)庫,為以后對電池組的安全性和壽命的評估做出鋪墊。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)以基于MSP430 系列為控制核心,外部由電壓電流采集網(wǎng)絡(luò),液晶顯示模塊及按鍵組成。通過多路采樣器開關(guān)控制所需測量的單體電池,實(shí)時了解單體電池的電壓,電流情況。最后將采集的單體電池電流電壓信息顯示在液晶屏上。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 MSP430 系列單片機(jī)

MSP430 系列單片機(jī)是一種16 位超低功耗及運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高的混合信號處理器,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求可應(yīng)用到不同產(chǎn)品上?；贛SP430 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)出的器件適用于廣大市場,獲得很多公司及其使用者的認(rèn)可。本文應(yīng)用單片機(jī)為MSP430F149,它擁有8 路外部獨(dú)立輸入,12 位轉(zhuǎn)換精度,其ADC 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快。使本裝置實(shí)時監(jiān)測電池組的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度更高,測量效率更快。

2.2 電壓電流采集過程

測量電池電壓時,通過msp430 低功耗芯片編程控制多路選擇芯片cd4051 選擇不同的單節(jié)電池,因?yàn)閙sp430 芯片的AD 轉(zhuǎn)換模塊的電壓轉(zhuǎn)換范圍有限,所以將該電池電壓通過兩個反向比例運(yùn)算放大器縮小為可供單片機(jī)識別的電壓范圍0～2.5V。

電池的工作電流同樣也是一個重要參數(shù),在測量電流時通過將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號供ADC12 轉(zhuǎn)換芯片識別,因此我們通過在電路中串聯(lián)一個霍爾電流傳感器,ACS712 將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,再將電壓信號送入ADC12 采集芯片識別。

2.3 多路選擇器開關(guān)

在本文中多路選擇器開關(guān)承擔(dān)著選擇所需測單體電池的作用,使操作人員更快更方便去了解單體電池倆端的電壓電流。在多路數(shù)據(jù)傳送過程中能夠根據(jù)需求,通過按鍵將需要測量的一路選擇出來,然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中,最后顯示到顯示屏中。電路仿真如圖2 所示。

圖2 單體電池電壓電流測量仿真圖

3 程序模塊

程序采用是C 語言,由主函數(shù)main()作為軟件的執(zhí)行入口,然后進(jìn)行打開看門狗將系統(tǒng)初始化,控制按鍵顯示4 個單體電池的電壓電流信息。設(shè)計(jì)流程圖如圖3 所示。

圖3 程序設(shè)計(jì)流程圖

4 實(shí)際電路搭建

根據(jù)實(shí)際情況搭建了一個基于MSP430 系列單片機(jī),由按鍵控制多路選擇開關(guān)來選擇需測量電池組的單體電池電路,并且對四路單體電池的電流電壓進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。如圖4 所示。

圖4 硬件測量電路

5 結(jié)論

本文提出了一種基于MSP439 系列單片機(jī),由于多選擇器開關(guān)性質(zhì)控制,可實(shí)時測量所需了解的電池組中的單體電池的電壓電流及溫度情況,并且因此該系統(tǒng)可應(yīng)用在擁有多數(shù)量單體電池的電池組中,方便對大型電池組的安全進(jìn)行評估,避免因個別單體電池發(fā)生的故障而影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行。