崔越 梅斌 靳明歡 史津鴻 湖北師范大學(xué)教技學(xué)院

目前，我國為了實(shí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，大力發(fā)展電瓶車。在電瓶車的應(yīng)用中，蓄電池的充放電不當(dāng)?shù)葐栴},如果設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的電池電量檢測(cè)系統(tǒng),將對(duì)電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過電壓值更準(zhǔn)確地估計(jì)電池剩余電量，從而避免電池過充放電造成的損壞，從而提高電池的使用壽命。

1.鉛酸蓄電池電量檢測(cè)設(shè)計(jì)方案

通過功能需求分析,我們需要設(shè)計(jì)單片機(jī)主控電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊，LCD1602液晶顯示器，蜂鳴器等來實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控。用戶在騎行電瓶車時(shí)，電壓檢測(cè)電路將檢測(cè)到的電壓通過A/D轉(zhuǎn)換，再通過單片機(jī)讓液晶器顯示電壓值，用戶通過該電壓值可以大致判斷出該蓄電池是否需要充電以及充電完成大概在什么時(shí)候從而避免過沖導(dǎo)致蓄電池?fù)p壞。

2.硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)控制設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用52系列單片機(jī)，是集CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、看門狗等為一體的微型計(jì)算機(jī)。這款單片機(jī)性價(jià)比高，擁8k可重復(fù)閃存只讀程序存儲(chǔ)器和256 b隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與mcs 51指令系統(tǒng)兼容。我們需要時(shí)鐘電路、復(fù)位電源和電源系統(tǒng)組成的最小的單片機(jī)系統(tǒng)，將最小系統(tǒng)與LCD1602和PCF8591模塊相連接，通過PCF8591A/D轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)蓄電池電量的檢測(cè)。

2.2 PCF8591模塊A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)最核心的部分是A/D轉(zhuǎn)換，它需要將所測(cè)到的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。通過對(duì)功能分析，我們需要具有4個(gè)模擬輸入,1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I2C總線接口以及8位數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能的元器件，通過各方面的分析，我們采用了PCF8591芯片。它的工作原理將SDA和SCL連接到單片機(jī)的I/O口。電壓檢測(cè)電路將檢測(cè)到的電量通過PCF8591芯片里的8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得的電壓值，在單片機(jī)的控制下將測(cè)得的電壓值在1602并顯示出來。

2.3 LCD1602液晶顯示

本設(shè)計(jì)采用LCD1602顯示,它可以顯示圖像和數(shù)字功能。它由多個(gè)顯示字符塊組成,這些字符塊由多個(gè)點(diǎn)陣塊組成。每個(gè)點(diǎn)陣塊相當(dāng)于一個(gè)字符位。每個(gè)字符與字符之間存在著間隙導(dǎo)致它顯示的圖像效果不是很好。單片機(jī)通過向1602發(fā)送指令以完成對(duì)1602的控制，這些指令包括檢查其是否忙碌，清屏，復(fù)位等操作指令。

單片機(jī)一個(gè)并行口與1602的8位并行數(shù)據(jù)端口相連，然后使用該單片機(jī)的任何三個(gè)I/O引腳來控制該1602的使能端和讀寫功能。同時(shí)，在單片機(jī)和V0引腳之間連接一個(gè)滑動(dòng)電阻.我們可以通過改變滑動(dòng)變阻器R的阻值大小來調(diào)節(jié)顯示器的對(duì)比度。這里L(fēng)CD1602主要是顯示測(cè)量結(jié)果供用戶進(jìn)行參考。

2.4 報(bào)警裝置

報(bào)警裝置主要采用蜂鳴器，當(dāng)檢測(cè)到的電壓值低于預(yù)設(shè)電壓時(shí)，蜂鳴器會(huì)接收到單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)后發(fā)出警報(bào)聲，提醒用戶該對(duì)蓄電池進(jìn)行充電保護(hù)。

3 軟件程序設(shè)計(jì)以及調(diào)試

由于AT89C52單片機(jī)是一種可編程可擦除的高效微型控制器，程序主要使用的是C語言，該編程序是在用Keil 的環(huán)境下編寫完成的，該程序主要包括啟動(dòng)總線函數(shù)，結(jié)束總線函數(shù)，字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，字節(jié)數(shù)據(jù)接收函數(shù)，PCF8591轉(zhuǎn)換讀取函數(shù)，實(shí)時(shí)電壓顯示函數(shù)，蜂鳴器報(bào)警函數(shù)以及1602顯示函數(shù)等，通過該程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)蓄電池的電量檢測(cè)以及報(bào)警。在調(diào)試的過程中，本次設(shè)計(jì)主要使用Proteus等仿真軟件，通過仿真結(jié)果在程序編譯軟件keil 中進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，兩者結(jié)合起來進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

本次設(shè)計(jì)完全按照上述硬件電路、軟件程序要求模擬出的蓄電池電量檢測(cè)系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)電池電量的檢測(cè)。單片機(jī)控制部分使用單片機(jī)開發(fā)板電路(包括蜂鳴器),然后通過杜邦線分別連接LCD1602，PCF8591模塊，蜂鳴器，給單片機(jī)上電后，通過檢測(cè)電路與蓄電池連接，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)蓄電池的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過1602上的電壓值估算出蓄電池剩余電量，判斷其是否需要充電。

5 結(jié)語

通過這半年的學(xué)習(xí)，我發(fā)現(xiàn)基于單片機(jī)蓄電池系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。目前市場(chǎng)上有很多同類產(chǎn)品，比如說：蓄電池電量檢測(cè)儀，蓄電池電壓檢測(cè)等，但是成本都比較昂貴，不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本次設(shè)計(jì)不僅便利了人們的生活，同時(shí)在保護(hù)環(huán)境方面也做出了貢獻(xiàn)。由于單片機(jī)的可編程性和智能性，人們可以使其具有更大的應(yīng)用價(jià)值。