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1、基于单片机的蓄电池电量检测系统王艳, 郭文成, 刘金辉, 李树麟(天津工业大学计算机技术与自动化学院,天津300160)摘要:本文所阐述的蓄电池检测系统,在结构设计上采用了单片机控制,对蓄电池组的工作状态可进行实时监控,以期对延长蓄电池组的使用寿命有所帮助。在硬件方面,本系统主要以HOLTEK系列单片机HT46R22和运放LM321为中心器件来实现电量的检测及显示;在软件方面,我们的目的主要是实现低功耗。关键词:单片机;蓄电池组;电量检测Battery power detection system based on m icrochipWANG Yan, GUO Wen2cheng, L IU
2、 J in2hu i, L I Shu2lin(Department of Computer Technology and Automa tion,Tianjin Polytechn ic Un iversity, Tianjin 300160, China)Abs tra c t: In view o f the abo ve que s tio ns, the s to rage ba tte ry exam i2na tion sys tem wh ich th is a rtic le e labo ra te , ha s u sed the m ic ro 2co n2tro ll
3、e r to con tro l in the s truc tura l de s ign, in o rde r to ca rry on the re a l2time mo nito ring to ac tive s ta tus of the s to rage ba tte ry, and we hop eit w ill be he lpful to leng then the se rvice life o f s to rage ba tte ry. In thea sp ec t of ha rdwa re , th is sys tem adop ts HOLTEK s
4、e rie s m ic ro 2co n2tro lle r HT46R22 and the op e ra tiona l amp lifie r LM321 to be the cen tra ldevice to re a lize the e lec tric quan tity exam ina tion and the demo ns tra2tio n. In the a spe c t o f so ftwa re , we m a in ly need to rea lize the lowpowe r lo s s go a l.Key wo rds: m ic ro 2
5、con tro lle r; s to rage ba tte ry g ro up; powe r de tec tio n目前在电动汽车的应用中,普遍存在着蓄电池的使用寿命不长,管理不当等问题。针对以上问题,本文所阐述的蓄电池检测系统,在结构设计上采用了单片机控制,对蓄电池组的工作状态可进行实时监控,以期对延长蓄电池组的使用寿命有所帮助。该系统能够实时监测每个电池的电压,以便随时了解电池的充放电状态;较为精确地估计出电池的剩余电量,并且进行实量显示,从而避免电池因过充、过放而受到伤害。使用该系统后,可以使用户了解电池的运行状态和方便快速地维护蓄电池。该系统可应用于各种蓄电池组的性能检测,这
6、对确保电力、通信电源系统的可靠性具有一定的现实意义。此外,该系统最突出的优势在于低功耗设计。当系统检测到无电流时,单片机将进入休眠状态,此时,正常的工作电流降到很低,这是因为系统的RC振荡器已停止振荡从而降低了功耗。芯片维持现在状态直到被唤醒后继续运行。1设计原理介绍本文的主要内容为阐述如何用HOLTEK单片机测量和监控蓄电池组的充放电,并加以记录显示。设计原理方面则重点突出了如何通过软件编程实现低功耗的设计。在整体的硬件组成设计中,蓄电池组可为整个电路提供电源,在其充放电电路串接了一个电阻,其上的电压作为运放LM321的一个输入电压,另一个输入电压由稳压器的+ 5V输出提供。四个电阻及一个运
7、放构成的运算电路,将蓄电池组充放电电路中的电流量,转换成电压量再输入单片机,以实现对蓄电池组充放电情况的测量和监控。HT46R22的A /D转换模块将输入的模拟电压转换为数字电压,再通过芯片的PA口驱动LED灯以显示电量。另外, HOLTEK单片机还可通过一个PA口来控制晶体管以起到电子开关的作用。由于整个设计的目的是完成电量的采集以及显示,除了电平转换电路以及LED之外,几乎没有其它所需的外部电路,由此可以看出合泰单片机的功能相当强大。低功耗需要通过软件及硬件设计来共同完成。当检测到蓄电池组充放电回路没有电流时,就要通过编程让单片机处于休眠状态,此时,系统振荡器将停止以减少能量消耗。当看门狗
8、溢出复位或者外部有键按下时,单片机将会被唤醒,继续进行工作。2硬件设计2. 1电量检测及显示的方案论证当要检测一个电池的电量时,并不能直接测量电池两端的端电压,但是我们可以通过检测蓄电池组充放电回路的电流量,来达到检测电池组电量的目的。方案是这样的,在蓄电池组充放电回路中串接一个阻值很小的电阻,其上必有压降。当充电时,电压值为负;放电时,电压值为正。这一电压值可以作为后接运放LM321的一路输入电压,经过运算电路处理后接入HT46R22单片机的A /D转换引脚,从而将模拟电压量转换为数字电压量,在数字电压量经过一定处理后,再驱动LED灯来显示蓄电池组电量的大小。2. 2硬件系统工作原理硬件部分
9、的设计要求,是要实现电池组电量的采集以及显示,并且需要通过HOLTEK单片机来实现电压的模拟量到数字量的转换。整个系统共分三个部分:电量的检测,电量的转换,电量的显示。(1)电量的检测当要检测一个电池的电量时,并不能直接测量电池两端的端电压,但是我们可以通过检测蓄电池组充放电回路的电流量,来达到检测电池组电量的目的。所以我们在蓄电池组充放电回路中串一个阻值很小的电阻,其上必有压降。当充电时,电压值为负;放电时,电压值为正。这个电压值直接作为后接电路的一个输入电压,经过特定的运算处理后,可以较显著地说明充放电状态及电量的高低。(2)电量的转换由四个电阻及一个运放LM321组成了一个运算电路(图1
10、) ,这个电路总共有两个输入电压,一个是上述电阻上的压降,另一个是经稳压器处理后输出的5V正电压。按下式运算:运算后,输出电压U0 直接接入单片机HT46R22 的A /D转换接口,A /D转换接口将输入的模拟电压量转换为数字电压量以便于驱动LED灯加以显示,至此,完成了电量的转换。(3)电量的显示HT46R22单片机有四个PA口分别接入四个LED灯用以电量显示,在采集的模拟电压量转换为数字电压量后,通过单片机控制直接驱动LED灯,从而完成电量的显示。此外,蓄电池组经过稳压器处理后,还可为运放LM321,单片机以及LED显示部分提供+ 5V的正向电压。而且,单片机还可以通过一个PA口来控制外接
11、的电子开关,由用户编程来控制同相加法电路的电源供给,从而实现低功耗的目的。系统框图如图2所示。3软件设计3. 1软件设计所要实现的功能(1) 完成整个系统的初始化。(2) 检测有无电流:有电流则进入电量显示的操作模块;无电流就让单片机处于休眠状态,以减少能量消耗,达到低功耗的目的。(3) 是否要唤醒单片机,是何种唤醒方式:若是看门狗,则进行初始化;若是有键按下,则显示电量。(4) 有键按下时,判断键是否放开:放开则关闭显示,继续检测电流;没放开则继续显示电量。(5) 完成A /D转换模块的初始化及A /D转换结果的累加及显示。3. 2程序流图(1)电量显示子程序的流程图(图3)其中,ADRR为
12、采集转换后,经过累加及软件滤波处理求得的平均值,这个数字电压量作为显示的依据。(2)主程序的流程图(图4)4结语上述系统设计的重点是低功耗的实现。系统采用HOLTEK系列单片机HT46R22和运放LM321为中心器件来完成电动车蓄电池组的使用记录和电量管理的设计。该系统能够实时监测每个电池的电压,以便随时了解电池的充放电状态;较为精确地估计出电池的剩余电量,并且进行实量显示,从而避免电池因过充、过放而受到伤害。通过芯片的PA口接入LED来实现电量显示的功能;为了系统稳定可靠还加入了看门狗 ,避免了系统因为死机而停止工作的情况发生; 运算电路电源的供给采用开关三极管VT8050来控制;稳压器的+ 5V输出为整个系统提供电源。系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。系统的不足之处是不能很精确地进行电量的显示。这是由于数据采集部分不够精准以及电量显示器件本身所决定的,如果有需要可以设计扩充原系统来实现。参考文献 1 何立明. 单片机应用技术选编M . 北京:北京航空航天大学出版社, 1997. 2 马青玉. 高压蓄电池组的计算机检测设计 J . 电子工程师,2002, 28 (1) : 25 - 26. 3 陈杰. 智能铅酸蓄电池组性能的监控系统 J . 机电工程,1999, (6) : 18 - 20.
