張文文 徐 航 朱浩然 姚 璇

(長春工程學(xué)院,吉林 長春130012)

MSP430 系列單片機有著功耗低而且運行速度快,處理能力強的特點。它把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上,然后再根據(jù)實際問題,利用單片機制定解決問題的措施。在設(shè)計出一款檢測單體電池裝置之前,在MSP430 單片機的功能下可以檢測出單個電池電壓、電流的數(shù)據(jù)。然后根據(jù)檢測電池的數(shù)據(jù)對單體電池進行實時監(jiān)控,避免單個電池損壞對整個電池組利用的影響。安全是電池生產(chǎn)制造的前提,所以基于MSP430 單片機的電池檢測裝置實際應(yīng)用作用大,市場前景十分樂觀。

1 工作原理

目前,對電池的檢測方案就是對其單體電池進行測量,檢測單體電池兩端的電壓電流,從而實時監(jiān)控單體電池。將采集的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給數(shù)據(jù)庫,為以后對電池組的安全性和壽命的評估做出鋪墊。

2 系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)以基于MSP430 系列為控制核心,外部由電壓電流采集網(wǎng)絡(luò),液晶顯示模塊及按鍵組成。通過多路采樣器開關(guān)控制所需測量的單體電池,實時了解單體電池的電壓,電流情況。最后將采集的單體電池電流電壓信息顯示在液晶屏上。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 MSP430 系列單片機

MSP430 系列單片機是一種16 位超低功耗及運行穩(wěn)定、可靠性高的混合信號處理器,根據(jù)實際應(yīng)用的需求可應(yīng)用到不同產(chǎn)品上?；贛SP430 系列單片機設(shè)計出的器件適用于廣大市場,獲得很多公司及其使用者的認可。本文應(yīng)用單片機為MSP430F149,它擁有8 路外部獨立輸入,12 位轉(zhuǎn)換精度,其ADC 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快。使本裝置實時監(jiān)測電池組的數(shù)據(jù)準確度更高,測量效率更快。

2.2 電壓電流采集過程

測量電池電壓時,通過msp430 低功耗芯片編程控制多路選擇芯片cd4051 選擇不同的單節(jié)電池,因為msp430 芯片的AD 轉(zhuǎn)換模塊的電壓轉(zhuǎn)換范圍有限,所以將該電池電壓通過兩個反向比例運算放大器縮小為可供單片機識別的電壓范圍0～2.5V。

電池的工作電流同樣也是一個重要參數(shù),在測量電流時通過將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號供ADC12 轉(zhuǎn)換芯片識別,因此我們通過在電路中串聯(lián)一個霍爾電流傳感器,ACS712 將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,再將電壓信號送入ADC12 采集芯片識別。

2.3 多路選擇器開關(guān)

在本文中多路選擇器開關(guān)承擔著選擇所需測單體電池的作用,使操作人員更快更方便去了解單體電池倆端的電壓電流。在多路數(shù)據(jù)傳送過程中能夠根據(jù)需求,通過按鍵將需要測量的一路選擇出來,然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中,最后顯示到顯示屏中。電路仿真如圖2 所示。

圖2 單體電池電壓電流測量仿真圖

3 程序模塊

程序采用是C 語言,由主函數(shù)main()作為軟件的執(zhí)行入口,然后進行打開看門狗將系統(tǒng)初始化,控制按鍵顯示4 個單體電池的電壓電流信息。設(shè)計流程圖如圖3 所示。

圖3 程序設(shè)計流程圖

4 實際電路搭建

根據(jù)實際情況搭建了一個基于MSP430 系列單片機,由按鍵控制多路選擇開關(guān)來選擇需測量電池組的單體電池電路,并且對四路單體電池的電流電壓進行實時監(jiān)控。如圖4 所示。

圖4 硬件測量電路

5 結(jié)論

本文提出了一種基于MSP439 系列單片機,由于多選擇器開關(guān)性質(zhì)控制,可實時測量所需了解的電池組中的單體電池的電壓電流及溫度情況,并且因此該系統(tǒng)可應(yīng)用在擁有多數(shù)量單體電池的電池組中,方便對大型電池組的安全進行評估,避免因個別單體電池發(fā)生的故障而影響整個系統(tǒng)的運行。