基于单片机的蓄电池监测系统设计

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1、河南科技高校课 程 设 计 说 明 书 课程名称 电气限制技术 题 目 基于单片机的蓄电池容量测试系统设计 学 院 农业工程学院 班 级 学生姓名 指导老师 日 期 2015年4月3日 农业工程学院课程设计说明书专业课程设计任务书班级： 农电112 姓名： 唐聪杰 学号： 设计题目： 基于单片机的蓄电池容量测试系统设计 一、设计目的熟识专业课程设计的相关规程、规定，了解电力系统，电网设计数学模型的基本建立方法和相关算法的计算机模拟，熟识相关电力计算的内容，巩固已学习的相关专业课程内容，学习撰写工程设计说明书，对电力系统相关状态进行模拟，对电网设计相关参数计算机计算设计有初步的相识。二、设计要求

2、（1）通过对相应文献的收集、分析以及总结，给出相应项目分析，建立数学模型。（2）通过课题设计，驾驭电力系统计算机算法设计的方法和设计步骤。（3）学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计方法和计算结果。（4）学生应抱着严谨仔细的看法主动投入到课程设计过程中，仔细查阅相应文献以及实现，给出个人分析、设计以及实现。三、 设计任务（一）设计内容1了解蓄电池容量测试原理；2设计基于单片机的蓄电池容量测试系统，包括软件和硬件；3利用protues软件对所设计系统进行仿真；4相关论文在学校图书馆中文数据库“万方数字化期刊”中查找。（二）设计任务1建立相关算法、模型。2设计说明书，包括全部设计内容，对电力

3、系统相关状态进行模拟。3总体方案图，仿真软件模拟波形图，计算相关参数。四、设计时间支配查找相关资料（2天）、确定总体方案，进行必要的计算。（1天）、对电力系统相关状态进行模拟，计算相关参数，（2天）、运用（MATLAB）等相关软件进行电路图系统图设计与仿真。（2天）、撰写设计报告（2天）和答辩（1天）。五、主要参考文献1 电力工程基础2 工厂供电，电力系统分析3 相关设计仿真软件手册，如（MATLAB）等。4 数学建模算法分析等5 电气工程设计手册等2 图书馆中文数据库“万方数字化期刊”其他相关网络资料指导老师签字： 年 月 日基于单片机的蓄电池容量测试系统设计摘 要蓄电池作为一种供电便利、平

4、安牢靠的直流电源广泛应用于电力、石化、通讯等领域，为获得较高的电压，常用多节蓄电池串联工作方式。由于单体蓄电池特性的差异，在运行一段时间后，电池组中个别电池性能变差，进而失效，造成电池组整体性能下降，导致整个系统的牢靠性降低，且蓄电池是一种化学反映装置，内部的化学反映不易刚好发觉，因此有必要对蓄电池的运行状态进行实时在线监测。因此为了确保用电设备即使在沟通电源全部中断的状况下也能正常平安连续运行，必需保证蓄电池组的运行状态性能良好，在发生火电中断时能够有足够的放电容量，所以重视和加强对蓄电池的维护工作，特殊是对蓄电池实施实时在线监测意义重大。蓄电池监测系统中，主要内容是对单电池电压的监测。其中

5、，关于温度和电流的测量都属常规测量，而且在这些方面的测量技术都已成熟。在电压的测量方法上，对单个电压量的测量方法特别简洁。其中，最关键的是如何测量电池组中串联在一起的单体电池电压。在解决如何测量单体电池电压问题上，人们进行了大量的探讨工作。关键词：蓄电池，检测系统，电压目 录第一章 引言11.1 本课题探讨的意义11.2 国内外发展状况11.3 蓄电池组管理系统的功能2其次章 设计要求及系统框图32.1 限制要求32.2 系统框图3第三章 系统软件设计43.1 开发语言和开发环境43.2 主程序模块53.3 数据测量程序模块63.3.1 单总线的工作原理73.3.2 DS2438与单片机通讯1

6、03.3.3 系统对蓄电池各参数的检测113.4 显示电路子程序模块123.4.1 1602液晶显示基本操作时序123.4.2 1602指令说明133.4.3 1602标准字库143.4.4 显示子程序功能及流程143.5 串行通讯程序模块143.6 键盘输入子程序模块153.7 报警电路子程序模块15第四章 结论16参考文献17农业工程学院课程设计说明书第一章 引言1.1 本课题探讨的意义铅酸蓄电池(Lead Acid Battery，LAB)作为一种化学电源，自1860年普兰特(Plante)首次独创了好用的蓄电池以来，尤其是近年来随着阀控式铅酸蓄电池(Valve Regulated LA

7、B，VRLAB)的出现，蓄电池以其价格低廉、易于浮充运用、电能效率高、电源独立性好、可移动等优点被广泛应用于发电厂、变电站、邮电通讯系统、汽车、船舶、铁路客车等各个领域。蓄电池组作为直流系统向外供电的唯一设备，为电力系统和通信系统中的信号装置、继电爱护装置和限制装置等重要负载供应工作电源，其性能的好坏干脆关系到电力系统和通信系统的平安牢靠性。因此为了确保用电设备即使在沟通电源全部中断的状况下也能正常平安连续运行，必需保证蓄电池组的运行状态性能良好，在发生火电中断时能够有足够的放电容量，所以重视和加强对蓄电池的维护工作，特殊是对蓄电池实施实时在线监测意义重大。1.2 国内外发展状况随着科学技术的

8、发展，特殊是单片机和计算机在智能化限制方面的应用，以及在变电站综合自动化系统等方面探讨的深化，关于蓄电池的自动化监测问题也提到日程上来。近几年以来，很多人起先探讨蓄电池的自动化监测。蓄电池监测系统中，主要内容是对单电池电压的监测。其中，关于温度和电流的测量都属常规测量，而且在这些方面的测量技术都已成熟。在电压的测量方法上，对单个电压量的测量方法特别简洁。其中，最关键的是如何测量电池组中串联在一起的单体电池电压。在解决如何测量单体电池电压问题上，人们进行了大量的探讨工作。有人提出用继电器来切换电池组中的每只电池。用触点式继电器切换的缺点是：体积大、成本高、寿命短、速度慢，且其电压值计算比较麻烦；

9、有人提出另外一种方法：在多路输入信号的选择上采纳模拟开关进行选通，在模拟信号的转换上采纳可编程定时器的V/F转换器。其中，在解决输入信号电压高于芯片的最大工作电压的问题上存在技术难点，且采纳V/F 转换作为A/D转换器。其缺点是响应速度慢、在小信号范围内线性度差、精度低。关于在线测量单只电池电压的方法，还有人提出用光电隔离器件和大电解电容器构成采样，保持电路来测量蓄电池组中单只电池电压。此电路的缺点是：在A/D转换过程中，电容上的电压能发生改变，使其精度趋低，而且电容充放电时间及晶体管和隔离芯片等器件动作延迟等因素，确定采样时间长等缺点。国内研制并投产的ZXJ24/2-1型蓄电池组智能监测仪，

10、采纳浮动地技术测量蓄电池组中各单体电池电压，测量结果比较精确，但也存在模拟开关切换以及各器件的不一样性问题对浮动地的电位的影响，从而使测量结果偏差加大。国外有人探讨VMS（VRLA Battery Management System）阀控密封铅酸蓄电池管理系统。因为恒压充电的方法不能满意不同蓄电池所需的不同充电电流。系统监测的内容包括：单电池电压、电池内部温度、放电电流及放电过程中测量电池组总电压。VMS中包含了BMS，它是在监测的基础上对蓄电池进行分析，并进行管理和限制。这样更有利于对蓄电池的维护，延长蓄电池运用寿命。1.3 蓄电池组管理系统的功能蓄电池电池组监测系统要担当电池组的系统管理，

11、一方面保证电池组的正常运做，显示电池的动态响应并刚好报警，使操作人员随时都能驾驭蓄电池的状况。另一方面要避开出现意想不到的各种事故。蓄电池电池组监测系统通过标准通讯接口和限制模块对电池组进行管理，它的基本功能包括以下几个方面的内容：1)蓄电池电池组管理监视电池组的双向的总电压和电流、电池组的温升，并通过液晶或其他显示装置，动态显示总电压、电流、温升的改变，避开电池组过放，使电池组不会受到人为的损坏。2)单节电池管理对电池组中的单节电池的管理，可以刚好发觉单节电池的电状态，对单节电池动态电压和温度的改变进行实时测量，以便刚好发觉单节电池存在的问题，并实行有效的防范措施。其次章 设计要求及系统框图

12、2.1 限制要求UPS电源是电力、通信、银行等行业的必备电源，要求其稳定牢靠。蓄电池是UPS系统的重要组成部分，它的优劣干脆关系到整个UPS系统的牢靠性。精确预料蓄电池的临界失效期,对提高UPS系统的牢靠性具有重要意义。本设计是基于单片机的蓄电池在线监测电路系统的设计。其主要任务是完成蓄电池各个参数（电压、电流、温度、剩余电量）的采集，并且可以显示输出，当各参数超限时，产生声光报警。设计过程中要有理论的分析，选择合适的器件；运用Protel绘制电路；编辑相应的程序；通过仿真器来测试系统的可行性；依据学校有关文件的要求完成毕业设计前期材料。2.2 系统框图 依据系统的需求分析，设计主要分为两部分

13、：数据采集和数据处理，这两部分都须要硬件和软件的相互协作才能完成。蓄电池的电压、电流及温度等数据参数经采样电路得到后送单片机，经单片机运算处理，进行LCD显示、与上位机通讯等操作。信号采样电路选用DS2438蓄电池监测专用芯片，对单体电池电压、电流、温度等信号参数进行测量；单片机通过连接的键盘，可以设置产生报警的限值，同时能够实现显示数据的切换；当参数值超限时，自动进行声光报警。设计中加入硬件看门狗电路，进行爱护。 本设计中模块单元的功能如下：1)单体电池电压、电流、温度等信号采集电路：将被监测的蓄电池单体电池的电压、温度等信号进行采集，并且送到单片机内；2)键盘单元：设定报警上下限值，并对显

14、示内容进行切换；3)89C51单片机：对接收到的二进制信号进行相应的处理，并产生相应的限制信号；4)LCD显示电路：显示电压、电流、温度等参数值；14第三章 系统软件设计 系统硬件电路设计完成之后，就要进行软件的设计和调试。假如没有软件来限制硬件电路和外围设备，系统仍旧是不完善的。在监控系统中，软件的编制须要符合以下基本要求：1) 易理解、易维护。通常是指软件系统简洁阅读和理解，简洁发觉和订正错误，简洁修改和补充。由于检测限制系统的困难性，设计人员很难在短时间内就对整个系统理解无误，应用软件的设计和调试不行能一次就完成，有些问题是在运行中逐步暴露出来的，这就要求编制的软件简洁理解和完善。2) 实时性。实时性是监测限制系统的普遍要求，既要求系统刚好相应外部事务的发生，并刚好给出处理结果。3) 可测试性。检测限制系统软件的可测试性具有两方面的含义：其一是指比较简洁地制定出测试准则，并依据这些准则对软件进行测定；其二是指软件设计完成后，首