毕业设计（论文）：蓄电池智能检测系统设计

1、摘 要铅酸蓄电池组是许多交通工具的动力源或应急电源，因此电池组的性能将直接关系到交通工具的正常运行。为了提高蓄电池的使用寿命，保证其可靠运行，需要经常对蓄电池参数进行严格测量，以确保蓄电池组处于最正确的工作状况。以往，蓄电池参数的测量都是人工完成的。人工测量速度慢，测量精度不高，而且有害气体影响人体健康。为减少工人的劳动强度，保障测量人员身体健康，提高测量速度和测量精度，对蓄电池参数进行自动测量显得尤为重要。由于受环境限制，要求系统简小而且实用，方便对单一电池进行维修和日常的维护，因此本次设计的是检测一路蓄电池端电压的系统。监测系统是以AT89C51单片机为核心，其工作性能优良，使用灵活、功耗

2、低，是一个性价比较高的芯片。数据采集完成后选用ADC0809进行电压信号的模数转换，测量数据在LCD1602上显示，通过MAX232电平转换电路将测得的电压数据传到PC机上显示、存储。关键词：单片机；铅酸蓄电池；智能检测；显示；通讯AbstractThe lead-acid storage battery group is the drive power supply or contingency power supply for many traffic toolsSo the performance of the storage battery group is directly rela

3、ted to the normal running of traffic toolsIt is necessary to measure batteries parameters accurately and frequently in order to enhance their lives，run them reliably and ensure the batteries in the optimal working statesIn the past the testing of the storage batteries parameters was completed artifi

4、ciallyHowever this method has many disadvantagesIts slow to test batteries artificially，the measurement precision is low，and the surroundings of storage battery cabin are very harmful to peoples healthSo its very important to design a device which can test batteries automaticallyBecause suffer envir

5、onmental restrictions, request system, convenient and practical Jane small on a single battery for repair and routine maintenance of the design, so the battery voltage is the system test all the way. Monitoring system based on AT89C51, its work fine performance, use agile, low power consumption, is

6、a high cost performance chip. Data collection after the completion of the ADC0809 voltage signal selection in frequency-field on LCD1602, measurement data display, through MAX232 level measured transform circuit will the voltage upload data PC computer display, storage.Key Words：Singlechip computer；

7、Lead-acid battery；Intellectual detection system；Display; communication目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294793945 摘 要 PAGEREF _Toc294793945 h I HYPERLINK l _Toc294793946 Abstract PAGEREF _Toc294793946 h II HYPERLINK l _Toc294793947 1 绪论 PAGEREF _Toc294793947 h 1 HYPERLINK l _Toc294793948 铅酸蓄电池的简单介

8、绍 PAGEREF _Toc294793948 h 1 HYPERLINK l _Toc294793949 铅酸蓄电池检测系统简介 PAGEREF _Toc294793949 h 3 HYPERLINK l _Toc294793950 进行铅酸蓄电池研究的主要意义 PAGEREF _Toc294793950 h 3 HYPERLINK l _Toc294793951 2 硬件局部主要芯片简介 PAGEREF _Toc294793951 h 5 HYPERLINK l _Toc294793952 单片机AT89C51 PAGEREF _Toc294793952 h 5 HYPERLINK l _

9、Toc294793953 液晶显示芯片LCD1602 PAGEREF _Toc294793953 h 8 HYPERLINK l _Toc294793954 模数转换芯片ADC0809 PAGEREF _Toc294793954 h 10 HYPERLINK l _Toc294793955 锁存器扩展并行输出口74LS373 PAGEREF _Toc294793955 h 13 HYPERLINK l _Toc294793956 电平转换芯片MAX232 PAGEREF _Toc294793956 h 14 HYPERLINK l _Toc294793957 3 硬件局部设计 PAGEREF

10、_Toc294793957 h 16 HYPERLINK l _Toc294793958 硬件局部原理框图 PAGEREF _Toc294793958 h 16 HYPERLINK l _Toc294793959 最小系统电路 PAGEREF _Toc294793959 h 18 HYPERLINK l _Toc294793960 电压测量电路 PAGEREF _Toc294793960 h 20 HYPERLINK l _Toc294793961 显示电路 PAGEREF _Toc294793961 h 21 HYPERLINK l _Toc294793962 3.5通讯电路 PAGEREF

11、 _Toc294793962 h 23 HYPERLINK l _Toc294793963 4 软件局部设计 PAGEREF _Toc294793963 h 25 HYPERLINK l _Toc294793964 系统总程序设计 PAGEREF _Toc294793964 h 25 HYPERLINK l _Toc294793965 电压测量A/D转换程序设计 PAGEREF _Toc294793965 h 26 HYPERLINK l _Toc294793966 显示程序设计 PAGEREF _Toc294793966 h 29 HYPERLINK l _Toc294793967 通讯程序

12、设计 PAGEREF _Toc294793967 h 32 HYPERLINK l _Toc294793968 结 论 PAGEREF _Toc294793968 h 34 HYPERLINK l _Toc294793969 致 谢 PAGEREF _Toc294793969 h 35 HYPERLINK l _Toc294793970 参考文献 PAGEREF _Toc294793970 h 36 HYPERLINK l _Toc294793971 附录1 蓄电池智能检测原理图设计 PAGEREF _Toc294793971 h 37 HYPERLINK l _Toc294793972 附录

13、2 蓄电池智能检测PCB图设计 PAGEREF _Toc294793972 h 38 HYPERLINK l _Toc294793973 附录3 蓄电池智能检测程序设计 PAGEREF _Toc294793973 h 391 绪论交通工具用动力蓄电池通常由多节单体电池串联或者并联构成，一般串联的单体电池数可到达十至几十个单体电池电压一般是12V，总电压在100V以上，总容量在100Ah以上。本文所阐述的蓄电池性能检测系统在结构设计上可以根据需要增加或减少被检测电池的数量，具有较高的灵活性。蓄电池种类很多，有铅酸蓄电池、铅酸胶体蓄电池、镍氢电池、锉离子电池、锌空气电池和燃料电池等。目前常用的蓄电

14、池主要是铅酸蓄电池，它分别为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池。铅酸蓄电池一般是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成，其放电的化学反响是依靠正极板活性物质(二氧化铅)和负极板活性物质(海绵状纯铅)在电解液(稀硫酸溶液)的作用下进行，放电对，正极板由二氧化铅变成硫酸铅，负极板也由铅变成硫酸铅，充电时，正极板上的硫酸铅复原成二氧化铅，负极板上的硫酸铅复原成纯铅。 铅酸蓄电池组是许多交通工具的动力源或应急电源，例如火车指挥调度、邮电通信、银行运营、船用等必不可少的应急电源。因此电池组的性能将直接关系到系统的可靠运行，火车调度、邮电通信、银行运营、船用等。为了正确使用蓄电池，提高蓄电池的使

15、用寿命，保证可靠运行，需要经常对蓄电池进行维护和周期治疗。但怎样才能知道蓄电池处于最正确工作状况，什么时候需要充电，什么时候需要添加蒸馏水，电解液的温度等，这些参数都需要严格测量。以往，蓄电池参数的测量都是手工完成的。手工测量速度慢，测量精度不高，而且有害气体影响人体健康。为了现代化的需要，减少工人的劳动强度、保护身体健康，提高测量速度和测量精度，所以对蓄电池参数的自动测量显得尤为重要。因此这方面的研究越来越多的为入们所关注，测量一些相应的参数可以对系统是否正常工作做出一个最快的判定，方便进行及时的维修和维护。铅酸蓄电池的简单介绍根本定义：电能可由多种形式的能量变化得来，其中把化学能转换成电能

16、的装置叫化学电池，一般简称为电池，电池有原电池和蓄电池之分。放电后不能用充电的方式使内部活性物质再生的叫原电池，也称一次性电池。放电后可以用充电的方式使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转为电能的电池，叫蓄电池，也称二次电池。铅酸蓄电池的定义：是蓄电池的一种，主要特点是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别做为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。关于电池的一些常用语言，充电；蓄电池从其他直流电源获得的电能叫充电。放电：蓄电池对外电路输出电能时叫放电。放电。浮充放电：蓄电池和其他直流电源并联，对外电路输出电能叫浮充放电。有不间断供电要求的设备，起备用电源作用的蓄电池都

17、处于该种放电状态。电动势：外电路断开，即没有电流通过时在正负极间量得的电位差，叫电池的电动势。端电压：电路闭合后电池正负极问的电位差叫做电池的电压或端电压。安时容量：电池的容量单位为安时(Ah)。自放电：由于电池的局部作用造成的电池自身容量的消耗。使用寿命：电池在保证输出一定容量的情况下进行充放电的次数。电解液：是组成铅酸电池的重要局部，是传导和参加化学反响，其纯度和密度是电池容量和寿命有重要影响。放电率：是以一定的电流放完额定容量所需的时间。对于不同的电池有各其规定的标准放电率。例如120Ah电池的容量为20h率120Ah意味着电池120Ah20h的电流(6A)放电能延续20小时，电池容量为

18、100。铅酸蓄电池的分类，按蓄电池极板结构分为：形成式，涂膏式，管式蓄电池。按蓄电池盖和结构分为；开口式，排气式，防酸隔爆式，密封溺控式蓄电池。按蓄电池维护方式分为：普通式，少维护式，免维护式蓄电池。蓄电池的根本结构如下列图1-1所示，图中1、硬橡胶槽；2、负极板；3、正极板；4、隔板；5、鞍子；6、汇流排：7、封口胶；8、电池槽盖；9、连接条g 10、极柱；11、排气拴。图1-1 蓄电池的根本结构铅酸蓄电池的工作原理，主要分充电和放电两个状态进行，充电过程电能转换成化学能，放电的时候化学能转化成电能。充电时应在外接一直流电源(充电机或整流器)，使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物

19、质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I同时在电池内部进行化学反响。铅酸蓄电池检测系统简介电池剩余电量计算，对于单节铅酸蓄电池来说，它的电动势是一个定值，是由它本身的制造工艺和特性确定的。当电池开路时，电池的端电压等于它的电动势；当外接负载后，流过它的电流大小取决于负载大小，但是电池的端电压值随电流增大会略微减小，这是因为电池有内阻的缘故，所以电池可以用理想电压源和内阻的串联组合来代表，因此我们可以通过检蓄电池的电压来间接知道它的电量。铅酸蓄电池检测系统是能够实时在线检测蓄电池的端电压。铅酸蓄电池检测系统由三个大局部组成：

20、检测模块，用以测量单个蓄电池的端电压；显示模块，用于实时显示测得的电压数据。通信模块，将单片机与计算机连接，将测得的数据传到电脑当中显示。测量模块主要是电压测量，测量铅酸蓄电池的端电压，并通过ADC0809进行电压的模数转换。LCD显示模块，可以把测量模块测量出来的数据直接显示出来，方便进行系统维护和管理。通信模块，用MAX232接口将单片机与计算机连接，并将测得的电压值上传到计算机中显示。进行铅酸蓄电池研究的主要意义在现今这个以工业为主的社会中，铅酸蓄电池的应用越来越广泛了，如今交通工具大都装有蓄电池，诸如各式各样的飞机、船用、火车和汽车等，还有通信行业的后备电源，金融行业的后备电源等等。这

21、些场合都是要求蓄电池的运行绝对可靠，这样就对蓄电的检测和维护提出了很高的要求。如果这些领域在蓄电池方面出现了故障，没有及时发现和解除，那么造成的严重后果是无法估量的，因此蓄电池检测仪表对蓄电池的正常运行，提高蓄电池的使用寿命，减少应用领域事故发生，降低财产损失有着重要的意义，应用前景广阔。美国哥伦比亚的一个著名的预测中心BATELL机构提出了今后20年最具开展前景的三项技术：(1)信息技术；(2)化学电源；(3)生物技术。从中可以看出化学电源处于第二位，极具广阔的开展前景。其中，铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种化学电源，也是最早被广泛使用的二次电池。进入20世纪90年代以后，由于大量新技术

22、，新材料的涌现，再加上信息时代对蓄电池的挑战，人们正力图使铅酸蓄电池取得新的突破。铅酸电池与其它电池比较，铅酸蓄电池因为具有较高的性能价格比，因而很有竞争优势。本文涉及的主要是单个小系统的设计，由于对电池检测的时间比较长，同时需要检测的电池的数量和参数的数目相比照较多，而且每个模块都要检测电压数据，由于受使用的主控制器存储空间限制，很难将这些数据都保存下来，所以希望可以将检测的数据保存在存储量足够的PC机中，方便数据的调用和比较，利用PC机软件可以进行数据的实时检测，数据的比照分析，实时曲线绘制，数据打印报表本文设计的系统主要特点，响应速度快，可以和上位机进行很好的通讯。2 硬件局部主要芯片简

23、介在此次蓄电池电压智能检测设计中主要用到的芯片有用于主控制器的单片机AT89C51、用于实时显示电压测量值的液晶显示芯片LCD1602、用于测量并进行电压模数转换的芯片ADC080、用于锁存器扩展并行输出口的芯片74LS373、用于实现单片机与PC机通讯的电平转换芯片MAX232。单片机AT89C51单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。通用计算机系统主要用于海量高速数值运算，不必兼顾控制功能，其数据总线的宽度不断更新，从8位、16位迅速过渡到32位、64位，并且不断提高运算速度和完善通用操作系统，以突出其高速海量数值运算的能力，在数据处理、模拟仿真、人工

24、智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛应用；单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的本钱，广泛应用于家用电器、机器人、仪器仪表、工业控制单元、办公自动化设备以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。因此，单片机的出现大大促进了现代计算机技术的飞速开展，成为近代计算机技术开展史上一个重要里程碑。由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用存放器，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于属于芯片化的微

25、型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构到达最优化，工作也相对稳定。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最正确器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。单片机的典型代表是Intel公司在20世纪80年代初研制出来的MCS-51系列单片机。MCS-51单片机很快在我国得到广泛的推广应用，成为电子系统中最普遍的应用手段，并在工业控制、交通运输、家用电器、仪器仪表等领域取得了大量应用成果。MCS-51系列单片机的优点是价钱廉价,I/O口多,程序空间大。因此在测控系统中，使用此单片机是最理想的选择。AT89C51是美国ATMEL公司生产的一种带4K字节FL

26、ASH HYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm t _blank 存储器FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory的低功耗、高性能CMOS 8位微处理器，俗称 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1012.htm t _blank 单片机。它采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程ISP也可用传统方法进行编程及通用 8位微处理器于单片芯片中，具有高性价比。单片机的主要工作特性是：内含4KB

27、字节的FLASH HYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm t _blank 存储器，擦写次数1000次；内含128字节的RAM；具有32根可编程I/O线；具有2个16位可编程定时器；具有5个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构；具有1个全双工的可编程串行通信接口；具有1个数据指针DPTR；两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定位；工作电源电压为510.2V且典型值为5V；最高工作频率为24MHZ。AT89C51是一个有40个引脚的芯片，引脚配置如图2-1所示。图2-1 AT89C51引脚AT89C51芯片的40个引脚功能

28、为：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1410710.htm t _blank 高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电

29、平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P1口局部端口引脚及功能如表2-1所示。表2-1 P1口特殊功能P1口引脚特殊功能MOSI用于ISP编程MOSI用于ISP编程SCK用于ISP编程P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，

30、当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流ILL这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表2-2所示：表2-2 P3口特殊功能P3口引脚特殊功能RXD串行输入口TXD串行输出口 SKIPIF 1 0 外部中断0 SKIPIF 1 0 外部中断1T0定时器0外部输入T1定时器1外部输入 外部

31、数据存储器写选通 外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE

32、禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，那么在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 TAL2：来自反向振荡器的输出。液晶显示芯片LCD1602液晶显示器以其微功耗、体积小、显示

33、内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。 字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等点阵LCD，这里介绍的字符型液晶模块是一种用57点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的内容可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等。1602液晶模块内部的字符发生存储器 CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形。这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比方大写的英文字母“A的代码是01000001B41H，显示时模块把地址41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A。160

34、2液晶模块内部的控制器共有11 条控制指令，它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。说明：1 为高电平、0 为低电平指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H 位置 指令2：光标复位，光标返回到地址00H 指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平那么无效 指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 。 指令5：光标或显示移位 S/C：高

35、电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4 位总线，低电平时为8 位总线。 指令7：字符发生器RAM 地址设置。指令8：DDRAM 地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据。指令11：读数据。N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10 的点阵字符 有些模块是 DL：高电平时为 8 位总线，低电平时为 4 位总线。LCD1602的操作控制表如下2-3表所示表2-3 1602操作控制表操作控制表操作读状态写

36、指令读数据写数据输入RS=0RW=1E=1RS=0RW=0D07=指令码，E=H脉冲RS=1RW=1E=1RS=1RW=0D07=数据，E=H脉冲LCD1602采用标准16脚带背光接口，如下列图2-2所示。图2-2 LCD1602引脚LCD1602各引脚功能如下：VSS：VSS为电源地。VDD：VDD接5V电源正极。V0：V0为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地电源时比照度最高比照度过高时会产生“鬼影，使用时可以通过一个10K的电位器调整比照度。RS：RS为存放器选择，高电平1时选择数据存放器、低电平0时选择指令存放器。RW：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(

37、0)时进行写操作。当RS 和RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS 为低电平RW 为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW 为低电平时可以写入数据。 E(或EN)：E(或EN)端为使能(enable)端,当E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。D0D7：D0D7为8位双向数据端。BLA：BLA为背光正极。BLK：BLK为背光负极。2.3模数转换芯片ADC0809ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。它的主要特点如下：逐次比较型，单电源供电，具有三态输出锁存；输出TT

38、L兼容，无需外部进行0点和满度调整；8位分辨率，最大非线性误差LSB。ADC0809的内部逻辑结构如下列图2-3所示，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。图2-3 ADC0809内部结构逻辑ADC0809的工作过程:首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中，此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近存放器复位，下降

39、沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行，直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门翻开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。 1定时传送方式 对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序

40、，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 2查询方式 A/D转换芯片由说明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 3中断方式 把说明转换完成的状态信号EOC作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。如下列图2-4所示是ADC0809引脚结构图图2-4 ADC0809引脚图ADC0809各脚功能如下：D7

41、-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF+：参考电压正端。REF-：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。以上两种信号用于启动A/D转换。EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以翻开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端一般为500KHz。A、B、C：地址输入线。2.4锁存器扩展并行输出口74LS37374LS373为三态输出的8D透明锁存器, 373 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE为低电平时

42、，O0O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。下列图2-6所示为74LS373的引脚图： 图2-6 74LS373引脚图74LS373的引脚功能说明如下： VCC：+5V工作电压。GND：地。1D8D：8位数据输入端。 E：三态允许控制端低电平有效。 LE：锁存允许端。 1Q8Q:8位数据输出锁存端。 如下列图2-6所示为74L

43、S373的内部逻辑图。图2-6 74LS373的内部逻辑图2.5电平转换芯片MAX232MAX232接收器的输入为RS232电平，输出为TTL/CMOS电平。不使用的输入输出端可以悬空。其输入端内置5K的下拉电阻，当输入端悬空时，被下拉至低电平经过反相器，输出端为高电平。MAX232的引脚分布如图2-7所示。图2-7 MAX232引脚图MAX232的引脚功能说明如下：T1IN、T1OUT：发送器T1输入、输出端。T2IN、T2OUT：发送器T2输入、输出端。R1IN、R1OUT：接收器R1输入、输出端。R2IN、R2OUT：接收器R2输入、输出端。f电容正负连接端。f电容正负连接端。f电容接地

44、。MAX232含有两个RS-232发送驱动器和接受驱动器，其中发送器的输入为TTL/CMOS电平，输出为RS-232电平。当MAX232的工作电压为+5V,而RS-232接收端负载为5K时，发送器的输出电压为8V左右；空载时在V+-0.6V-之间变化。MAX232的两个发送器假设只用一个发送器，另一个发送器输入输出端可以悬空。从MAX232的组成原理图2-8可以看出，发送器的输入端内置400K的上拉电阻，当输入端悬空时，被上拉至Vcc，经过反相器，输出端为低电平。上拉电阻耗电仅为15A，所以悬空时的功耗很低。图2-8 MAX232的结构组成3 硬件局部设计蓄电池作为交通工具的后备电源，在整个交

45、通工具供电系统中起着非常重要的作用，主要表达为在启动柴油机时，供给起动马达电流，使起动马达转动来带动柴油机起动；当柴油机停止转动或缓慢转动，发电机不能供电给各用电设备时，可由蓄电池供电；当发电机转速较高时，吸储发电机所发出的过剩电能，以备后用。铅酸蓄电池自身特性要求，外部尺寸：高1093mm，长656mm，宽366mm；重量：5kg士688甙块)；极板：正极46块，负极48块；电解液：采用密度1270士00059cm的稀硫酸溶液；液面位于极板上的高度为601mm，最高为75ram；充好电的蓄电池电势约为2122V；蓄电池内最高工作温度可达500度。由以上我们可以看出来，我们设计的系统要满足交通

46、工具的需要，因为交通工具蓄电池本身数量多，体积大，并且要求系统要足够的稳定和可靠，可以在交通工具上相对恶劣的环境中正常运行。因此我们设计的系统，应用运行稳定的配件，数据连接上位机存储空间大，放弃传统的检测密度的方法，进行电压标定估算电池剩余电量，极大的简化了硬件系统。为了方便安装调试和维护，因此要求检测系统的体积相比照较小，结构比较简单，如图3-1所示，电池的电压检测参数被检测后再经过A/D模数转换输入到主控制器，由主控制器进行相应的数据处理之后送到LCD显示电路进行电压数据的实时数据显示，通讯电路连接单片机与PC机，实现它们之间的数据通讯。留出的数据输出端口用于连接单片机和设计当中所用到的其

47、他功能器件。图3-1主机流程数据采集流程图，如图3-2所示蓄电池作为被控对象经检测元件采集后将物理量传给传感器，由传感器通过信号处理将物理信号转换为电信号传给A/D转换器，再有A/D转换器将模拟的电信号转换成数字信号后直接送到单片机。因此我们可以看出在电压数据采集的过程中经过的两次信号的转变，用到了两种转换器件，传感器和A/D转换器。图3-2数据采集流程电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供给器，其特点是可为 HYPERLINK :/baike.baidu /view/380272.htm t _blank 专用集成电路ASIC、 HYPERLINK :/baike.baidu /vie

48、w/529231.htm t _blank 数字信号处理器 (DSP)、/1125.htm t _blank 微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点 (POL) 电源供给系统或使用点电源供给系统 (PUPS)。由于模块式结构的优点甚多，因此 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1485179.htm t _blank 模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、w/838066.htm t _blank 微波通讯以及光传输、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1360.ht

49、m t _blank 路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。尤其近几年由于数据业务的飞速开展和分布式 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1983760.htm t _blank 供电系统的不断推广,模块 HYPERLINK :/baike.baidu /view/13542.htm t _blank 电源的增幅已经超出了一次电源。随着 HYPERLINK :/baike.baidu /view/19928.htm t _blank 半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用,模块电源 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2203547.htm

50、 t _blank 功率密度越来越大,转换效率越来越高,应用也越来越简单。 人们在 HYPERLINK :/baike.baidu /view/13632.htm t _blank 开关电源技术领域是边开发相关 HYPERLINK :/baike.baidu /view/448381.htm t _blank 电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向开展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/D

51、C的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。本设计中所用到的电源电路如下列图3-3所示，由一个变压器T、一个IN4007型号的整流桥VD、一个220/25V的电解电容C2和一个12V的稳压管DW构成。电路功能：220V交流电压经过变压器T降压、整流桥VD整流、电解电容C2滤波、稳压管DW稳压后输出稳定的5V直流电压供控制电路工作。图3-3 电源电路系统主机局部蓄电池智能检测总体电路原理图设计见附录1所示，电路PCB图设计见附录2所示。设计的主电路图的核心局部采用的是单片机AT89C51，检测出的模拟电压值经过分压电路后直接送到A/D转换器ADC0809进行

52、模数转换，经单片机数据处理后，送到LCD进行显示。检测出的主要数据电压值，既可以在LCD上显示，也可以通过和单片机相连的MAX232接口上传PC机进行数据显示与存储。3.2最小系统电路单片机最小系统是在以MCS-51单片机为根底上扩展，使其能更方便地运用于测试系统中，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测试的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。目前的单片机开发系统只能够仿真单片机，

53、却没有给用户提供一个通用的最小系统。根据设计的要求，需要做很小集成度的最小系统应用在一些小的控制单元。其应用特点是：全部I/O口线均可供用户使用；内部存储器容量有限只有4KB地址空间；应用系统开发具有特殊性。本设计中主控机系统采用了Atmel 公司生产的AT89C51单片机，芯片本身就是一个最小系统。在能满足系统打性能要求的情况下，可优先考虑采用此种方案。用这种芯片构成的最小系统简单、可靠。用AT89C51单片机构成最小系统时，只要将单片机接上复位电路和晶振电路即可。单片机最小系统电路图3-4所示。图3-4 单片机最小系统图在单片机的最小系统中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1

54、、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pFMHz。AT89C51的复位端是一个史密特触发输入，高电平有效。复位电路实现复位是利用电容充电来完成的。当按键按下的接电瞬间，RST端得电位与VCC相同，随着充电电流的减少，R

55、ST的电位逐渐下降，只要保证RST端假设由低电平上升到高电平并持续两个机器周期即24个晶振周期，系统将实现一次复位操作。电路中通常选择：C3=10F, R1=200,R2=10K.80C51单片机复位的目的是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。复位后将PC初始化为0000H,使CPU从0000H单元开始执行程序；复位操作同时使SFR存放器进入初始化，但内部RAM的数据是不变的。EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH4Kbyte地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。3.3电压测量电路蓄电池的电压经精密电阻R6R13

56、，R14R21分压将012V模拟电压量转换为05V的模拟电压量送入8位串行AD转换集成电路ADC0809的模拟信号输入端IN0IN7进行转换，转换后的电压的数字通过ADC0809的DOUT送入单片机AT89C51的脚，并由单片机的2.控制ADC0809的读写，P2.7提供片选信号，ALE/PROG提供时钟信号，ADC0809的基准电压VREF+接+5伏，VREF-接地，通过单片机AT89C51计算后得到蓄电池的实际电压，送入LCD1602进行显示；本文选择的检测方法和常用几种方法的比照结果是如果选用隔离运放和继电器的方法进行电压检测，继电器电压范围宽，但是价格比较高，不适合我们的多系统，因为我

57、们检测下位机可能要每节蓄电池中放置一个，同理隔离运放的价格相对更高，并且继电器检测不适合高速检测，因此我们只能采用光耦或者是电阻分压的方式，因为我们对精度要求比较低，单个检测装置不需要太高精度，所以我们采用电阻分压的方式。分压电阻原理图如下列图3-5所示。图3-5分压电阻结构图ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。本设计中参加了锁存器扩展芯片74LS373，用于以后实现多路采集的扩展。在ADC0809模数转换过程中的初始化时，使ST和OE信号全为低电平。送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 是否转换完毕，我

58、们根据EOC信号来判断。当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，假设信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如假设模拟量变化太快，那么需在输入前增加采样保持电路。如下列图3-6所示为电压A/D转换电路，从ADC0809的通道IN0输入05V之间的模拟量，通过ADC0809转换成数字量送入单片机AT89C51。图3-6 电压A/D转换电路3.4显示电路传统的七段数码LED显示器虽然价格廉价，但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。所以采用LCD液晶屏进行显示，LCD液晶

59、显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比较的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。优点为：显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁；数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便；功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件要小很多。虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的

60、主流，所以采用LCD 作为显示器。选用的LCD1602模块,可以方便地显示汉字和图形，单片机AT89C51将收集的电压的数字量简单运算后送入LCD，非常直观的显示出被测蓄电池的电压。如下列图3-7所示为LCD1602显示电路。电压的数字信号通过单片机AT89CD7，并由单片机的2.0控制LCD1602的数据/命令选择，P2.1控制LCD1602的读写，P22提供LCD1602的使能信号。VDD和BLA接+5伏，VSS和BLK接地，VEE接10K的滑动变阻器，10K的排阻起分流作用。图3-7 LCD1602显示电路3.5通讯电路目前采用PC与单片机构成的分布式系统、工业控制系统、数据传输系统等越