宋海燕，陳繼濤，宋娟

基于單片機(jī)控制的汽車蓄電池電壓、容量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

宋海燕，陳繼濤，宋娟

（青島黃海學(xué)院，山東 青島 266427）

蓄電池作為汽車的穩(wěn)定電源和后備電源，是確保車載用電設(shè)備正常運(yùn)行的最后一道生命線。設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的汽車蓄電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對汽車蓄電池的電壓及容量等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、顯示及電壓超限報(bào)警，具有重要的意義。

蓄電池；電壓；容量；單片機(jī)

引言

現(xiàn)在隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，汽車蓄電池的重要性也越來越受到人們的重視，蓄電池作為直流系統(tǒng)向外供電的唯一設(shè)備，為汽車的起動、點(diǎn)火、照明等提供工作電源，其性能的好壞直接關(guān)系到汽車電力系統(tǒng)的安全、可靠、高效運(yùn)行與乘坐舒適性。因此，為了確保汽車用電設(shè)備能正常安全連續(xù)運(yùn)行，必須保證汽車蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)性能良好，要加強(qiáng)對汽車蓄電池的監(jiān)測工作。

1 控制方案的確立

在蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)中，對蓄電池的電流和溫度等常規(guī)測量的測量技術(shù)都已成熟。本文主要通過對蓄電池的電壓以及容量等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和顯示，在異常情況下向用戶發(fā)出報(bào)警信號（聲光）。整個(gè)系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成簡單，主要功能均由軟件編程實(shí)現(xiàn)，因此體積小、可靠性高、測量顯示方便、直觀。

1.1 系統(tǒng)功能

本設(shè)計(jì)由STC89C52單片機(jī)核心電路、A/D采樣芯片PCF8591電路、分壓電路、液晶LCD1602顯示電路、電源電路、報(bào)警電路等組成。

（1）單片機(jī)通過PCF8591進(jìn)行電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測，電壓超出額定值蜂鳴器報(bào)警。

（2）液晶LCD1602顯示容量百分比，實(shí)時(shí)監(jiān)測蓄電池的剩余容量。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)具體框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 PCF8591A/D采樣電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選擇低功耗、8-bitCMOS數(shù)據(jù)的PCF8591作為A/D采樣芯片。PCF8591具有1個(gè)串行I2C總線接口、4個(gè)模擬輸入和1個(gè)模擬輸出。在PCF8591器件上輸入輸出的控制、地址和數(shù)據(jù)信號都是以串行的方式通過雙線雙向I2C總線進(jìn)行傳輸。其具體電路設(shè)計(jì)如圖2所示。SCL、SDA外接兩上拉電阻，讓數(shù)字信號讀取更穩(wěn)定。

圖2 采樣電路原理圖

圖3 分壓電路原理圖

2.2 分壓電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用串聯(lián)電阻分壓設(shè)計(jì)。在串聯(lián)電路中，各電阻兩端的電壓之和等于電路總電壓，且各電阻上的電流相等。本系統(tǒng)選用的A/D芯片采集5V電壓，故超過5V的電壓需要分壓后降壓為0--5V才可以經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換。其電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.3 LCD1602液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出蓄電池?cái)?shù)據(jù)，通過電位器調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度，即清晰度，具體電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

為起到更好的報(bào)警作用，電路設(shè)計(jì)通過一個(gè)PNP三極管驅(qū)動蜂鳴器，從而使蜂鳴器的聲音更加響亮，且基極電路可避免誤報(bào)警。蜂鳴器電路如圖5所示。

圖4 LCD1602液晶顯示電路原理圖

圖5 蜂鳴器報(bào)警電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了滿足監(jiān)測的實(shí)時(shí)性，電池參數(shù)的采集是單片機(jī)采用定時(shí)中斷的方式訪問A/D采樣芯片進(jìn)行的。定時(shí)中斷發(fā)生之后進(jìn)入中斷服務(wù)程序，調(diào)用PCF8591的控制操作程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和顯示，電壓值若超過上下限則蜂鳴器報(bào)警。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用單片機(jī)進(jìn)行控制，硬件電路構(gòu)成較簡單，體積小，安裝方便。用單片機(jī)作為控制器，通過軟件的編程和硬件電路的相互配合，實(shí)時(shí)監(jiān)測汽車蓄電池的電壓及剩余容量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)汽車蓄電池電壓過低報(bào)警，能夠較好地對汽車蓄電池的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

[1] 劉純,張曉娟.蓄電池智能監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)[J].電源世界,2016,24 (06):28-30.

[2]孫國棟,于士軍.汽車蓄電池低壓報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù). 2017(4):28-29.

[3]孔偉偉,楊殿閣,李兵,連小珉.汽車蓄電池管理方法的研究[J].汽車工程. 2015(5):576-581.

[4]郭佑民,胡廣鵬,謝飛.機(jī)車蓄電池在線監(jiān)測與地面分析系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器. 2012(8):51-52,55.

Design of voltage and capacity monitoring system of automobile battery based on MCU*

Song Haiyan, Chen Jitao, Song Juan

（Qingdao Huanghai College, Shandong Qingdao 266427）

As the stable power supply and backup power supply of vehicle, battery is the last lifeline to ensure the normal operation of vehicle electrical equipment. It is of great significance to design a condition monitoring system of automobile battery based on single chip microcomputer, which can realize the real-time monitoring, display and over limit alarm of voltage and capacity of automobile battery.

Battery; Voltage; Capacity;MCU

U463.3

B

1671-7988(2019)24-165-02

U463.3

B

1671-7988(2019)24-165-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.053

宋海燕（1982-），女，青島黃海學(xué)院副教授，研究方向：系統(tǒng)與自動控制。

山東省高等學(xué)?？萍加?jì)劃項(xiàng)目（編號：J18KB155）。