蓄電池管理系統(tǒng)中硬件電路設(shè)計(jì)

蘭燕娜

（南通大學(xué)理學(xué)院，江蘇 南通 226007）

隨著電子科技的發(fā)展，蓄電池在通訊、汽車、發(fā)電廠、自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，而且各種電子產(chǎn)品和裝備對(duì)蓄電池供電質(zhì)量的要求也不斷提高。但是長(zhǎng)期以來(lái)，蓄電池在存儲(chǔ)、充放電控制和使用過(guò)程中缺乏有效的管理，常常引起蓄電池過(guò)充電或過(guò)放電的現(xiàn)象，從而縮短蓄電池使用壽命，因此,設(shè)計(jì)高效的蓄電池管理系統(tǒng)很有必要[1～2]。

本文設(shè)計(jì)了一種基于Zigbee無(wú)線通訊的蓄電池電量實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，能夠同時(shí)檢測(cè)蓄電池的端電壓、電流和溫度。該系統(tǒng)具有智能化、自動(dòng)化、低功耗、高精度的特點(diǎn)。硬件是整個(gè)蓄電池管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，硬件設(shè)計(jì)的好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果和底層的軟件設(shè)計(jì)[3～4]，所以本文主要討論本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。

1 硬件電路的設(shè)計(jì)

1.1 蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

單片機(jī)作為智能控制芯片,已經(jīng)在中小型測(cè)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用,其具有操作簡(jiǎn)便,控制精確,易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)展開的。數(shù)據(jù)采集的方法是在蓄電池組充放電回路中采用分壓的方式進(jìn)行電量的檢測(cè)，該方法不但具有方便、簡(jiǎn)單、可靠的優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)一定計(jì)算變換后可以得到充放電狀態(tài)及電量值。本文設(shè)計(jì)的蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，硬件設(shè)計(jì)部分主要包括微控制模塊、采集模塊、電壓模塊、報(bào)警模塊、通信模塊等。硬件電路圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

圖2 硬件電路圖

電路工作原理如下：首先ADC0809對(duì)蓄電池組進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳輸給單片機(jī)控制中心，控制中心根據(jù)采集到的電量首先判斷是否啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，隨后把采集數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊傳輸給Zigbee無(wú)線通信模塊，最后傳輸給上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（1）微控制模塊

在設(shè)計(jì)微控制中心硬件電路時(shí)，除了考慮該單片機(jī)的功能之外，還應(yīng)該考慮該單片機(jī)的管腳是否滿足我們的設(shè)計(jì)需求。本系統(tǒng)采用宏晶科技的芯片90C516RD。STC90C516RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超性能、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，時(shí)鐘頻率在12 MHz以下時(shí)，復(fù)位腳可直接接地。

（2）采集模塊

本系統(tǒng)采集模塊主要采用ADC0809芯片。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。其是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。

（3）通信模塊

RS-232通信又叫串口通信方式，是指計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用串口連接線和單臺(tái)設(shè)備（控制器）進(jìn)行通訊的方式。本系統(tǒng)中采用Max232芯片，其是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器，適用于各種EIA-232E和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-232C輸出電平所需±10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。

本文設(shè)計(jì)的通信方式具有以下特點(diǎn)：通信距離短。遠(yuǎn)程通常采用Zigbee無(wú)線通信的方式，RS-232的作用只是讓單片機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送給Zigbee模塊。Max232系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單易操作。綜上考慮我們選擇了RS-232的通信方式，可以滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的需要。

（4）電源模塊

本系統(tǒng)的電源模塊原理圖如圖3所示，220 V的交流電，通過(guò)變壓器后得到9 V交流電壓，通過(guò)整流濾波電路，然后通過(guò)LM7805穩(wěn)壓電路得到+5 V的工作電壓。

圖3 電源模塊電路

2 硬件電路的制作與檢測(cè)

2.1 硬件電路PCB板的制作

本文完成的是PCB單面板的制作，這樣難免會(huì)有少量的飛線。不過(guò)在設(shè)計(jì)PCB板電路時(shí)，已經(jīng)盡量把飛線的數(shù)量降到最少，以便后續(xù)的焊接工作能相對(duì)簡(jiǎn)單些。本文設(shè)計(jì)的PCB電路板如圖4所示。

圖4 PCB板布線圖

2.2 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)

我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析和性能測(cè)試，主要包括硬件電路接線檢查，ADC0809脈沖時(shí)序調(diào)試，電源模塊調(diào)試，最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)模塊調(diào)試測(cè)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電壓檢測(cè)和過(guò)壓報(bào)警的功能，并且達(dá)到了預(yù)期需要的過(guò)溫自動(dòng)報(bào)警切斷蓄電池繼續(xù)工作的功能。實(shí)物如圖5所示。

圖5 成品實(shí)物圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)制作了一種基于無(wú)線模塊的蓄電池管理系統(tǒng)，可以對(duì)蓄電池的電量和溫度進(jìn)行檢測(cè)，能夠有效提高電池的使用壽命，而且運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善。

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