发布时间 : 星期三 文章基于单片机的蓄电池监测系统设计更新完毕开始阅读7a2d9e1ff5ec4afe04a1b0717fd5360cbb1a8d6c
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2 设计要求及系统框图
2.1 控制要求
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UPS电源是电力、通信、银行等行业的必备电源，要求其稳定可靠。蓄电池是UPS系统的重要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠性。精确预测蓄电池的临界失效期,对提高UPS系统的可靠性具有重要意义。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；按照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
蓄电池监测系统最基本的作用是监测电池的工作状态：电池的电压、电流和温度，预测蓄电池SOC，管理电池的工作情况，避免出现过放电、过热，对出现的故障应能及时报警，以便最大限度地利用电池的存储能力和循环寿命。
根据系统的需求分析，设计主要分为两部分：数据采集和数据处理，这两部分都需要硬件和软件的相互配合才能完成。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，进行保护。结构框图如图2.1所示。
图2.1 系统框图
键盘单元 电池电压、电流、温度等信号采集电路 LCD显示电路 单片机89C51 声光报警输出单元 看门狗电路 串行通讯接口 本 科 毕 业 设 计
本设计中模块单元的功能如下：
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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，并产生相应的控制信号； 4)LCD显示电路：显示电压、电流、温度等参数值；
5)报警输出单元：当所测数据超过上限值或低于下限值时，产生声光报警； 6)串行通讯接口：实现与上位机的通信连接； 7)看门狗电路：对单片机系统进行保护。
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3 系统硬件设计
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针对12V蓄电池系统进行设计，考虑到应尽量降低成本和避免复杂的硬件电路，主控器采用低功耗、高性能CMOS8位单片机AT89C51；信号采集单元采用专用的蓄电池监测芯片DS2438,芯片为单总线结构，大大简化了采样电路；工作所需要的+5V电源是通过蓄电池单体电压通过三端稳压器LM7805得到；显示器选用1602字符型液晶显示器；选用发光二极管和蜂鸣器实现报警输出，操作人员可以通过系统中的键盘来设定报警限值，以及显示数据的切换；看门狗电路选用X25045芯片；单片机可以将采集到的数据通过串行接口电路送到PC机进行数据显示。所以本设计硬件系统分为5个模块：单片机最小系统、信号采集电路、显示电路、声光报警与键盘电路、看门狗保护电路。下面对硬件电路作具体的设计。
3.1 单片机最小系统
AT89C51单片机芯片内集成了计算机的基本功能部件，已具备了很强的功能。一块芯片就是外加振荡电路和复位电路就是一个完整的最小微机系统，连线图如图3.1所示。
图3.1 最小系统接线图
3.1.1 微处理器介绍
本系统中的微控制器采用了AT89C51，AT89C51是美国ATMEL公司生产的，其内部包括一个8位的80C51微处理器(CPU)、256字节的数据存储器RAM/SFR、4K程序存储器Flash ROM、4个8位并行I/O端口P0-P3、1个全双工UART的串行I/O口、两个16位的定时器/计数
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器、具有5个中断源两个中断优先级的中断控制系统、片内振荡器和时钟产生电路（石英晶体和微调电容需外接，最高允许振荡频率为24MHz），与8051相比，具有节电工作方式，其封装引脚图如图3.2所示，下面分类介绍其引脚。
图3.2 AT89C51封装图
1）电源引脚VCC和VSS
VCC(40脚)：电源端，为5V。 VSS(20脚)：接地端。 2）时钟引脚XTAL1、XTAL2
时钟引脚外接晶体与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可以外接晶体振荡器。
XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容的一端。在89C51片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。若须采用外部时钟电路，则该引脚悬空。
XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。 3）控制引脚
此类引脚提供控制信号，有的还具有复用功能。
RESET（9脚）：当振荡器运行时，在此引脚外加上两个机器周期的高电平将使单片机复位。此引脚与VSS引脚之间连接一个约10KΩ的下拉电阻，与引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠的复位。在单片机正常工作时，此引脚为≤0.5V的低电平。
ALE/PROG（30脚）：当访问单片机外部存储器时，ALE（地址锁存器）输出脉冲的负跳沿用于16位地址的低8位的锁存信号。即使不访问外部存储器，ALE端仍有正脉冲信