畢業(yè)設(shè)計---鉛酸蓄電池容量檢測的設(shè)計

1、<p>　　完成日期 2008年5 月25日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務書</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計是以AT89C51單片機為核心的蓄電池容

2、量檢測系統(tǒng)，通過對AT89C51單片機軟件編程可以實現(xiàn)以下基本要求：1、通過蓄電池放電測量電池容量；2、測量電壓動態(tài)值；3、可切換顯示電池容量/電壓；4、測量結(jié)束后有報警提示。</p><p>　　為了檢測蓄電池的端電壓，以便顯示電壓，要進行電壓采樣，并且采樣電路為小電流放電，使所測試的電壓值比較準確；為了檢測蓄電池的容量，要進行電流采樣，并且為大電流放電，放電電流為3A-4.5A，還要求放電電流盡可能恒定。系統(tǒng)

3、的恒流放電電路由集成運算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測的準確。實時測量并顯示電壓，放電到10.5V則放電結(jié)束。實時顯示當前所放出的容量，積分計算出容量，不須人工計算。</p><p>　　采用了Atmel公司的AT89C51單片機，該單片機片內(nèi)有4K的ROM，不需外接ROM，由它設(shè)計制成的數(shù)字顯示的蓄電池容量檢測系統(tǒng)，其整個系統(tǒng)呈現(xiàn)單片化結(jié)構(gòu)，硬件電路

4、構(gòu)成簡單，主要功能均由軟件編程實現(xiàn)，因此體積小、可靠性高、測量顯示方便、直觀、價格低廉。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池 容量檢測 恒流放電</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design is battery measurement system, of which AT89C51

5、micro controller as the core, through the software programming of AT89C51 SCM can achieve the following basic requirements: 1, battery capacity measurement by battery discharge; 2, measuring dynamic value of voltage, 3,

6、may switch display the battery capacity / voltage; 4, alarm after the end of a measure.</p><p>　　In order to detect the battery voltage, show that voltage, we must sample voltage, and sampling circuit is sma

7、ll current discharge so that test the voltage more accurate; To test the battery capacity, we must sample current, and discharge current is large. Discharge current is 3A-4.5A, also requires discharge current constant as

8、 possible. The constant current discharge circuit is composed of Integrated Operational amplifier. Structure is simple, and adjustment is easy. The constant discharge cir</p><p>　　Using AT89C51 SCM of Atmel,

9、 4K ROM within the SCM, without external ROM, the battery capacity detection system, design made of it, showed its monolithic structure, hardware circuit is simple, the main function work by the software programming. So

10、size is small, it is highly reliable and measurement and showing is convenient, intuitive, price is low.</p><p>　　Key words: Lead-acid batteries Capacity detection Constant current discharge</p><

11、;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的及意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 當前蓄電池容量測試技術(shù)現(xiàn)狀1</p><

12、p>　　1.2.2 快速容量測試技術(shù)的難點分析3</p><p>　　1.2.3 容量測試技術(shù)解決的方向4</p><p>　　1.3 論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點4</p><p>　　第2章 鉛酸蓄電池5</p><p>　　2.1 工作原理5</p><p>　　2.1.1 放電中的化學變化

13、5</p><p>　　2.1.2 充電中的化學變化5</p><p>　　2.2 蓄電池的容量6</p><p>　　2.2.1 放電中電壓下降6</p><p>　　2.2.2 蓄電池之容量表示6</p><p>　　2.2.3 蓄電池溫度與容量7</p><p>　　2

14、.2.4 放電量與壽命7</p><p>　　2.2.5 放電量與比重7</p><p>　　2.2.6 放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗7</p><p>　　2.2.7 放電中的溫度8</p><p>　　2.3 影響鉛酸蓄電池容量的因素8</p><p>　　2.3.l 蓄電池生產(chǎn)工藝對電池容量的影響8

15、</p><p>　　2.3.2 蓄電池使用時的因素對電池容量的影響10</p><p>　　第3章 AT89C51單片機結(jié)構(gòu)及功能簡介13</p><p>　　3.1 AT89C51簡介13</p><p>　　3.2 主要特性13</p><p>　　3.3 管腳說明13</p>

16、<p>　　3.4 時鐘振蕩器15</p><p>　　第4章 硬件設(shè)計17</p><p>　　4.1 采樣電路的設(shè)計17</p><p>　　4.1.1 設(shè)計思路17</p><p>　　4.1.2 設(shè)計方案17</p><p>　　4.1.3 原理圖18</p>&

17、lt;p>　　4.2 恒流放電電路的設(shè)計18</p><p>　　4.2.1 設(shè)計思路18</p><p>　　4.2.2 設(shè)計方案18</p><p>　　4.2.3 原理圖19</p><p>　　4.2.4 工作原理19</p><p>　　4.3 數(shù)字顯示電路的設(shè)計20</p

18、><p>　　4.3.1 設(shè)計思路20</p><p>　　4.3.2 設(shè)計方案20</p><p>　　4.3.3 原理圖20</p><p>　　4.4 A／D接口電路的設(shè)計21</p><p>　　4.4.1 設(shè)計思路21</p><p>　　4.4.2 ADC0809簡

19、介21</p><p>　　4.4.3 設(shè)計方案22</p><p>　　4.4.4 原理圖23</p><p>　　第5章 軟件設(shè)計24</p><p>　　5.1 主要算法24</p><p>　　5.1.1 電壓24</p><p>　　5.1.2 電流24<

20、;/p><p>　　5.1.3 容量24</p><p>　　5.2 主程序設(shè)計26</p><p>　　5.3 A／D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計27</p><p>　　5.4 數(shù)字顯示程序設(shè)計28</p><p>　　第6章 結(jié)論與展望31</p><p><b>　　參考文獻

21、32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　附 錄34</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的及意義</p><p>　

22、　鉛酸蓄電池經(jīng)過百余年的發(fā)展與完善已成為世界上廣泛使用的一種化學電源，具有良好的可逆性、電壓特性平穩(wěn)、使用壽命長、適用范圍廣、原材料豐富(且可再生使用)及造價低廉等優(yōu)點。主要應用在交通運輸、通訊、電力、鐵路、礦山、港口、國防、計算機、科研等國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，是社會生產(chǎn)經(jīng)營活動和人類生活中不可缺少的產(chǎn)品。隨著鉛酸蓄電池的廣泛應用，如何精確檢測蓄電池容量成為廣大用戶極為關(guān)注的問題。GB5008.1標準規(guī)定“整個試驗期間蓄電池均放置在溫度25

23、±2℃的水浴中”，由此可見，標準對于試驗溫度的要求25±2℃范圍較為精確，且規(guī)定電池、水浴之間的距離，使之在反應過程中不會相互影響。因為蓄電池放電容量與溫度的關(guān)系密切，標準才規(guī)定±2℃的要求，第一，只有在相同的環(huán)境條件下的試驗結(jié)果才具有可比性，可重復性；第二，在放電過程中，蓄電池將化學能轉(zhuǎn)換成電能，是放出能量，蓄電池要從環(huán)境中吸熱，蓄電池溫度下降，為避免影響化學反應的進行，需要有恒溫水浴向蓄電池補充熱能使其

24、溫度恒定。質(zhì)檢部門的監(jiān)督檢驗及仲裁檢驗，工商部門市場監(jiān)測，教學研究等工作，務求對蓄電池容量檢測數(shù)據(jù)準確無誤。務必使試驗溫度保持在標準要求范圍內(nèi)，才能減少</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 當前蓄電池容量測試技術(shù)現(xiàn)狀</p><p><b>　　1.核對放電法</b></p><p

25、>　　核對放電法即100%C的深度放電，它具有容量測試準確可靠的優(yōu)點，因此，仍然是目前世界上檢測電池性能的最可靠方法。核對放電法即全放電的容量試驗，是檢測電池容量最直接、最可靠的方法，無論是在線還是離線進行檢測，都必須設(shè)置備用電源作為防范措施，以保證系統(tǒng)的安全。傳統(tǒng)的核對放電設(shè)備普遍采用電阻絲進行核對放電，并且是人工操作，程序繁瑣，存在一定的人身危險，這種傳統(tǒng)的核對放電試驗方式正在逐步被淘汰。目前，國內(nèi)外普遍采用了新型的等效的電子

26、負載，以保證電池組恒流放電。經(jīng)過數(shù)小時后，可以找出最落后的一到幾節(jié)電池，以落后電池到達終止電壓時的放電時間與放電電流來估算其容量，并以此容量作為整組電池的容量。不過它的缺點也很突出，主要表現(xiàn)為：</p><p>　　(1)放電時間長，風險大，電池組須脫離系統(tǒng)，蓄電池組所存儲的化學能全部以熱能形式消耗掉，既浪費了電能又費時費力，效率低；少數(shù)放電系統(tǒng)采用逆變技術(shù)可以將化學能予以回收利用。</p><

27、;p>　　(2)進行核對性放電試驗，必須具備一定條件，首先，盡可能在市電基本保障的條件下進行；其次，必須有備用電池組。</p><p>　　(3)目前，核對放電只能測試整組電池容量，不能測試每一節(jié)單體電池容量，以容量最低的一節(jié)作為整組容量，而其他部分電池由于放電深度不夠，其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來。</p><p>　　(4)有損蓄電池的容量。由于蓄電池的內(nèi)部化學反應不是

28、完全可逆的。全深度循環(huán)放電的次數(shù)是有限的，所以，不宜對鉛酸蓄電池頻繁進行深放電。但是間隔時間過長，兩次核對之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。我們會面臨兩難的選擇。密封蓄電池的使用壽命是否終結(jié)的主要判據(jù)為，電池的剩余容量是否滿足機房工作要求，或者滿足有關(guān)維護規(guī)程的要求。國家有關(guān)電源維護規(guī)程中的核對放電試驗目前仍是唯一被公認的測試剩余容量的最有效方法，它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時刻能否發(fā)揮作用，確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。</p>

29、<p>　　2.不完全放電測試法</p><p>　　對于電池組采用1%～5%C的淺度放電；機房可以沒有備用電池組。在放電狀態(tài)下，對蓄電池組的各單體電池的端電壓進行巡檢，找出端電壓下降最快的一只，將其確認為落后電池，再利用核對放電儀器，對該節(jié)電池進行核對放電，檢測其容量，即代表該組電池的容量。目前，此法可以較快地判定電池組中部分或者個別落后或劣化電池，但還不足以準確測定電池的好壞程度，包括電池的容量等

30、指標，僅適宜作為一個定性測試的參考。以前有廠家根據(jù)客戶的需求特點，推出一系列在線測試電池容量的設(shè)備與儀器，即在線檢測儀或在線巡檢儀，但是除了少數(shù)情況外，一般都達不到一個很理想的效果。原因是多方面的，其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因，有蓄電池電化學特性的原因，即容量相同的蓄電池的負載電壓本身具有離散性。大量研究實踐證明，即便是淺度放電狀態(tài)，單純通過電壓高低完全不足以判別電池性能的好壞。這種方法的優(yōu)點是操作簡單，風險系數(shù)小，并可以快速查找落

31、后電池。不過最大的缺點還是測試精度低，只能作為電池落后狀態(tài)判定依據(jù)，不能準確測算電池的好壞程度及電池容量指標。同時測試要求較高，測試情況還不是很理想，尤其是容量測試準確度較低。</p><p>　　3.電導(內(nèi)阻)測量法</p><p>　　電導測試線是目前主要的日常維護儀器。從測試技術(shù)分為交流法和直流法，使用95%以上的電導(內(nèi)阻)測量儀屬于交流法。交流法電導測量是向蓄電池兩端加一個已知

32、頻率和振幅的交流電壓信號，測量出與電壓同相位的交流電流值，其交流電流分量與交流電壓的比值即為電池的電導。電導是頻率的函數(shù)，不同的測試頻率下有不同的電導值，電池的容量越小，電池電阻越大，電導值越小。電導法能準確查出完全失效的電池，根據(jù)大量的實驗分析及研究結(jié)果證明，電池的容量只有降低到50%時，內(nèi)阻或者電導會有所變化，降低到40%以后，會有明顯變化，所以，根據(jù)電池電導值或者內(nèi)阻值，可以在一定程度上確定電池的性能。采用電導法測試電池的內(nèi)阻或電

33、導是判定蓄電池好壞的一種有價值的參考思路，但是問題如下：</p><p>　　(1)對于電池的好壞程度，還不能提供準確的數(shù)據(jù)依據(jù)；不足以準確地測算出電池的實際性能指標，尤其是容量指標；不能判斷(SOC)容量50%以上的蓄電池的好壞；不能到達國標的要求。根據(jù)國家有關(guān)電源維護規(guī)程以及蓄電池維護效果要求，電池組荷電容量達不到80%便應整組淘汰。</p><p>　　(2)不同型號的儀表測量結(jié)果的

34、差異性較大，由于各種交流法測量儀的測量頻率(15Hz～1000Hz)、測量方法(相位差法、有效值法、調(diào)制解調(diào)法、比較法等等)和測量電流(1A～10A)相差較大，讓使用不同的測量儀對于同一塊電池的測量結(jié)果相差較大，有時相差一倍。造成用戶選擇儀表困難，以及對于儀表測量結(jié)果的可信度懷疑。目前基于直流法的電導(內(nèi)阻)測量儀檢測水平也未能超出交流法測量儀。電導測量技術(shù)雖然測試工作比較簡單，但是，由于內(nèi)阻與容量是非線性的，所以，測試結(jié)果不能很好地反

35、映蓄電池的真實健康狀況。</p><p><b>　　4.安時Ah容量法</b></p><p>　　對于動力蓄電池，蓄電池需要頻繁的充電、放電。往往采用Ah容量法。使用Ah容量法記錄的電能量，需要知道蓄電池的初始狀態(tài)和終點SOC；但是初始狀態(tài)和終點SOC受到下述多種因素的影響，在一般情況下，并不是一個常數(shù)。所以安時Ah容量法僅能紀錄已經(jīng)使用或通過電量計的電量，而不能

36、較為準確地預測終點SOC。</p><p>　　1.2.2 快速容量測試技術(shù)的難點分析</p><p>　　針對目前的實際情況，就蓄電池制造廠家、蓄電池測試技術(shù)研究機構(gòu)，以及廣大蓄電池維護人員而言，都在積極探索一種快速、準確、可靠、安全的蓄電池測試技術(shù)。特別對于廣大現(xiàn)場維護工程師而言，這種需求更顯迫切。遺憾的是，蓄電池是實現(xiàn)化學與電能之間轉(zhuǎn)換的一種非常復雜的裝置。蓄電池的放電過程是化學能

37、轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)化變?yōu)榛瘜W能的的過程。從電化學的角度，不能對于使用者提供更多的內(nèi)部的信息。對它進行快速準確的容量測試是非常困難的。由于目前多是密封蓄電池，型號和規(guī)格千變?nèi)f化，性能也不盡相同，外部只有兩個電極接頭。對于使用者來說，從外部來看，密封蓄電池是一個“黑箱”，至少是一個“灰箱”。對于蓄電池的設(shè)計和制造者同樣如此。蓄電池容量測試技術(shù)的難點：</p><p>　　(1)蓄電池的化學能不

38、能直接測量。</p><p>　　(2)蓄電池化學能本身是一個變量。由于化學反應不完全可逆?；瘜W能隨著使用次數(shù)和使用時間、儲存時間而衰減。</p><p>　　(3)使用容量又與工作溫度和充、放電率，充、放電的方法有關(guān)，并隨著SOC狀態(tài)等條件在變化。</p><p>　　(4)容量相同的密封蓄電池的負載電壓和內(nèi)阻本身具有離散性。即使對于同一個廠、同期生產(chǎn)的、同型號的

39、蓄電池也是如此，無法避免。而且，對于蓄電池組，使用時間越長，蓄電池個體之間的差異性和離散性越大，會出現(xiàn)兩極分化。</p><p>　　(5)難以等效。一般來說，不能使用線性元器件或者其任意的組合來等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。退一步說，使用非線性元器件的組合，可以等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也僅適用于特定的電池和特定的條件。不能適用于各種規(guī)格的電池以及同一個電池在不同的使用條件[1]。</p><p>

40、　　1.2.3 容量測試技術(shù)解決的方向</p><p>　　基于蓄電池本身的性能和技術(shù)特點，必須保留核對放電技術(shù)，它可以定量測試，是其他測試技術(shù)的基礎(chǔ)。其次，應該改進目前的電導法(內(nèi)阻法)、電壓測量法等快速測量法，使之提高測量精度，以滿足現(xiàn)場維護工程師的要求。采用恒流放電技術(shù)，使放電電流基本恒定，對電流和時間進行積分，也就是對放電電流進行求和運算，最終得到放出的容量值。</p><p>

41、　　1.3 論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點</p><p>　　主要研究利用單片機AT89C51設(shè)計一個蓄電池容量測量系統(tǒng)。鉛酸蓄電池的容量檢測方法很多，為了準確測量蓄電池的容量，本設(shè)計采用放電方法測試電池容量，并采取設(shè)計的恒流放電電路，而且單獨測試電壓和電流，保證了所測試電壓和電流的準確。要求實時顯示電池容量，實時顯示電池電壓，放電到10.5V測量結(jié)束并有報警提示，放電電流為3-4.5A，三位數(shù)碼管顯示，切換顯示電壓/

42、安時。</p><p>　　主要創(chuàng)新點是系統(tǒng)采用恒流放電，該電路由集成運算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測的準確。本系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成簡單，主要功能均由軟件編程實現(xiàn)，因而體積小、可靠性高、測量顯示方便、直觀、價格低廉。</p><p>　　第2章 鉛酸蓄電池</p><p><b>　　2.1

43、工作原理</b></p><p>　　所謂蓄電池即是貯存化學能量，在必要時放出電能的一種電氣化學設(shè)備。構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如下[2]： </p><p>　　陽極板(過氧化鉛.PbO2)---> 活性物質(zhì)</p><p>　　陰極板(海綿狀鉛.Pb) ---> 活性物質(zhì)</p><p>　　電解液(稀硫酸) ---&

44、gt; 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O</p><p><b>　　電池外殼 </b></p><p><b>　　隔離板 </b></p><p>　　其它(液口栓.蓋子等)</p><p>　　鉛蓄電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產(chǎn)生2V的電力，這是根據(jù)

45、鉛蓄電池原理，經(jīng)由充放電，則陰陽極及電解液即會發(fā)生如下的變化： </p><p>　　(陽極) (電解液) (陰極) </p><p>　　PbO2 + 2H2SO4 + Pb  --->  PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放電反應) </p><p>　　(過氧化鉛) (硫酸) (海綿狀鉛) </p&g

46、t;<p>　　(陽極) (電解液) (陰極)</p><p>　　PbSO4 +  2H2O   +  PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充電反應) </p><p>　　(硫酸鉛) (水) (硫酸鉛) </p><p>　　2.1.1 放電中的化

47、學變化</p><p>　　蓄電池連接外部電路放電時，稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應，生成新化合物(硫酸鉛)。經(jīng)由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測得電解液中的硫酸濃度，亦即測其比重，即可得知放電量或殘余電量。 </p><p>　　2.1.2 充電中的化學變化</p><p>　　由于放電時在陽極

48、板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸，鉛及過氧化鉛，因此電池內(nèi)電解液的濃度逐漸增加,亦即電解液之比重上升，并逐漸回復到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質(zhì)時，即等于充電結(jié)束，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽極板則產(chǎn)生氧，充電到最后階段時，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會減少，此時應以純水補充之。</p><p>　　2.2 蓄電池

49、的容量</p><p>　　電動車用蓄電池的容量以下列條件表示之： </p><p>　　◎ 電解液比值　　　　　　1.280/20℃ </p><p>　　◎ 放電電流　　　　　　　5小時的電流 </p><p>　　◎ 放電終止電壓　　　　　1.70V/Cell </p><p>　　◎ 放電中的電解液溫度　　30

50、±2℃ </p><p>　　2.2.1 放電中電壓下降</p><p>　　放電中端子電壓比放電前之無負載電壓(開路電壓)低，理由如下： </p><p><b>　　(1)V=E-IR</b></p><p>　　V-端子電壓(V)　　 I-放電電流(A) </p><p>　　

51、E-開路電壓(V)　　　R-內(nèi)部阻抗(Ω) </p><p>　　(2)放電時，電解液比重下降，電壓也降低。 </p><p>　　(3)放電時，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強，完全充電時若為1倍，則當完全放電時，即會增強2-3倍。 </p><p>　　用于起重時電瓶電壓之所以比用于行走時的電壓低，乃是由于起重用之油壓馬達比行走用之驅(qū)動馬達功率大，因此放電流大，則上式的I

52、R亦變大[3]。</p><p>　　2.2.2 蓄電池之容量表示</p><p>　　在容量試驗中，放電率與容量的關(guān)系如下： </p><p>　　5HR....1.7V/cell </p><p>　　3HR....1.65V/cell </p><p>　　1HR....1.55V/cell </p>

53、;<p>　　嚴禁到達上述電壓時還繼續(xù)放電，放電愈深，電瓶內(nèi)溫會升高，則活性物質(zhì)劣化愈嚴重，進而縮短蓄電池壽命。 </p><p>　　因此，堆高機無負重揚升時的電池電壓若已達1.75V/cell(24cell的42V,12cell的21V)，則應停止使用，馬上充電。 </p><p>　　2.2.3 蓄電池溫度與容量</p><p>　　當蓄電池溫

54、度降低，則其容量亦會因以下理由而顯著減少。 </p><p>　　(A)電解液不易擴散，兩極活性物質(zhì)的化學反應速率變慢。 </p><p>　　(B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降，蓄電池的5HR容量會隨蓄電池溫度下降而減少。 </p><p><b>　　因此: </b></p><p>　　(1)冬季比夏季的使用時間

55、短。 </p><p>　　(2)特別是使用于冷凍庫的蓄電池由于放電量大，而使一天的實際使用時間顯著減短。 </p><p>　　若欲延長使用時間，則在冬季或是進入冷凍庫前，應先提高其溫度。 </p><p>　　2.2.4 放電量與壽命</p><p>　　每日反復充放電以供使用時，則電池壽命將會因放電量的深淺，而受到影響。 </p

56、><p>　　2.2.5 放電量與比重</p><p>　　蓄電池之電解液比重幾乎與放電量成比例。因此，根據(jù)蓄電池完全放電時的比重及10%放電時的比重，即可推算出蓄電池的放電量。 </p><p>　　測定鉛蓄電池之電解液比重為得知放電量的最佳方式。因此，定期性的測定使用后的比重，以避免過度放電，測比重的同時，亦側(cè)電解液的溫度，以20℃所換算出的比重，切勿使其降到80

57、%放電量的數(shù)值以下。 </p><p>　　2.2.6 放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗</p><p>　　內(nèi)部阻抗會因放電量增加而加大，尤其放電終點時，阻抗最大，主要因為放電的進行使得極板內(nèi)產(chǎn)生電流的不良導體—硫酸鉛及電解液比重的下降，都導致內(nèi)部阻抗增強，故放電后，務必馬上充電，若任其持續(xù)放電狀態(tài)，則硫酸鉛形成安定的白色結(jié)晶后(此即文獻上所說的硫化現(xiàn)象)，即使充電，極板的活性物質(zhì)亦無法恢復原狀，而

58、將縮短電瓶的使用年限。</p><p><b>　　白色硫酸鉛化 </b></p><p>　　蓄電池放電，則陰、陽極板同時產(chǎn)生硫酸鉛(PbS04)，若任其持續(xù)放電，不予充電，則最后會形成安定的白色硫酸鉛結(jié)晶(即使再充電，亦難再恢復原來的活性物質(zhì))此狀態(tài)稱為白色硫化現(xiàn)象。 </p><p>　　2.2.7 放電中的溫度</p>

59、<p>　　當電池過度放電，內(nèi)部阻抗即顯著增加，因此蓄電池溫度也會上升。放電時的溫度高，會提高充電完成時溫度，因此，將放電終了時的溫度控制在40℃以下為最理想。</p><p>　　2.3 影響鉛酸蓄電池容量的因素</p><p>　　鉛酸蓄電池的容量是指在一定的放電條件下，可以從電池中獲得的容量，一般用安時(Ah)數(shù)表示，符號為C。鉛酸蓄電池容量有理論容量、實際容量和額定容量

60、之分。理論容量是假設(shè)電池中活性物質(zhì)放電時能夠全部參加反應，并結(jié)合電池的反應方程式和各成份的電化學當量數(shù)值，按照法拉第定律計算求得的；實際容量是指在一定的放電條件下電池實際放出的電量，它總是低于理論容量；額定容量是設(shè)計和生產(chǎn)電池時，規(guī)定或保證電池在規(guī)定的放電條件下應該放出的最低限度的電量。通常說影響鉛酸蓄電池容量的因素，都是指對電池實際容量的影響。因為一旦電池活性物質(zhì)的總量確定下來，電池的理論容量就確定了，并且額定容量也是實際容量的一種反

61、應。因為但凡說額定容量，都要確定放電電流值，并且也通常約定了放電的終止電壓。而如果談電池的實際放電容量，則包括的因素最為全面，不僅包含對理論容量的影響因素，甚至連對額定容量的影響因素也包含在內(nèi)了，下面著重談一下各種因素對鉛酸蓄電池實際容量的影響。影響電池容量的因素很多，大致可以分為兩類：一是生產(chǎn)工藝方面的因素，包括活性物質(zhì)量、極板厚度、活性物質(zhì)孔率、活性物質(zhì)的真實表面積、極板的中心距、活性物質(zhì)的組成；二是使用時的</p>

62、<p>　　2.3.l 蓄電池生產(chǎn)工藝對電池容量的影響</p><p>　　1.活性物質(zhì)量的影響</p><p>　　活性物質(zhì)量的多少是影響鉛酸蓄電池容量的主要因素，一個電池活性物質(zhì)的量確定以后，因為電解液硫酸的量通常是夠用的，因此它的理論容量也就確定了，其他因素對容量的影響，就是對活性物質(zhì)利用率的影響了。這里需要著重說明的是通常正極和負極的活性物質(zhì)的理論容量是不一樣的，并且在

63、任何情況下，電池的實際容量都要以電池中容量相對較小電極的實際容量為準，這就要看不同放電條件分別對正負極實際容量的影響程度了。一般情況下，在常溫及放電電流不太大時，電池的實際容量都受正極容量的限制，在低溫及放電電流比較大時，電池容量通常受負極容量控制。但是對于閥控密封型鉛酸蓄電池，由于氧復合反應的要求，使電池在設(shè)計之初就要求電池的負極容量大于正極的容量。</p><p><b>　　2.極板厚度的影響&l

64、t;/b></p><p>　　當極板上活性物質(zhì)總量確定以后，實際反應中，活性物質(zhì)參加反應量的多少與極板厚度密切相關(guān)。一般說來，極板表面的活性物質(zhì)能夠直接和硫酸電解液接觸起反應，而極板深處的活性物質(zhì)就不然，以較大的電流放電時，由于表層生成的硫酸鉛會堵塞活性物質(zhì)的孔隙，致使極板深層的活性物質(zhì)得不到電解液的及時補充而中斷反應，導致極板越厚，深處極板上活性物質(zhì)反應的利用率就越少。這是因為在活性物質(zhì)總量相同的前提下

65、，要么增加極板片數(shù)，要么增加單極板的表面積。這兩種方式都相當于擴大了電解液擴散的表面積，如果把極板變薄，則相當于減小了擴散的厚度。在這種情況下，不僅擴散速度加快，濃度極化減小，而且由于反應面積的增加，電化學極化也減小。伴隨著放電過程表現(xiàn)出來的現(xiàn)象是，電池端電壓下降的慢，電池的放電容量增加，而厚極板則是情況相反。當然極板也不能太薄，這樣不僅會影響電池的循環(huán)壽命，電池容量的增加也不會太明顯。有研究表明：盡管極板越薄，活性物質(zhì)利用率越高，但是

66、當極板厚度減薄到2mm以下時，再減薄極板厚度，活性物質(zhì)利用率也變化不大。也就是說，在活性物質(zhì)總量相同的前提下，薄極板的優(yōu)點主要體現(xiàn)在大電流放電情況下。</p><p><b>　　3.極板孔率的影響</b></p><p>　　所謂極板的孔率是指極板上活性物質(zhì)中孔的總體積與鉛膏的表觀總體積之比的百分數(shù)?？茁蕦Ψ烹娙萘康挠绊懢哂袃芍匦?，一方面孔率大了，擴散容易，容量提高

67、；另一方面，孔率大了，活性物質(zhì)總量就會減少，容量反而減少，并且孔率過大，還會縮短電池的壽命。因此極板孔率應在極板生產(chǎn)時合理選擇工藝過程，并且要嚴格控制過程保障能力，以生產(chǎn)出適合不同使用條件要求的最佳孔率的極板?；钚晕镔|(zhì)的孔率決定于鉛膏的視比重及涂板時的壓板操作，鉛膏視比重小，壓板時壓力小，則孔率大，反之則孔率小。一般正極板孔率控制在55%左右，負極板控制在60%左右。需要注意的是，不僅要注意孔率，還要注意孔的大小及其分布。這是因為活性物

68、質(zhì)放電后，體積要增加，孔太小時很容易被堵塞而使活性物質(zhì)不能被充分利用，孔太大時又會影響活性物質(zhì)之間的連接，在閥控密封鉛酸蓄電池中，還會因影響氣體復合時的通道而影響氣體的復合效率。</p><p>　　4.活性物質(zhì)真實表面積的影響</p><p>　　相同活性物質(zhì)總量的極板放電容量不僅與上面提到的因素有關(guān)，而且還與極板的真實表面積有關(guān)。所謂真實表面積，也就是能夠與電解液直接接觸的活性物質(zhì)的表

69、面積，它要比按照極板幾何尺寸計算出來的面積大的多，一方面包括極板的片數(shù)，另一方面還包括極板細孔的表面積。因為對于含活性物質(zhì)的極板來說，活性物質(zhì)粒子越小，表面積就越大。并且鉛酸蓄電池活性物質(zhì)的粒子都很小，因此它們做出的極板的真實表面積要比極板的表觀表面積大幾百到幾千倍。真實表面積大，則擴散截面積與反應面積都增加，因此放電時濃度極化和電化學極化都減小，電池電壓下降減慢，放電容量提高。因此對于體積、重量一定的鉛酸蓄電池來說，要想提高其放電容量

70、，可以通過增大極板的真實表面積來得到。此外，真實表面積還與孔的大小有關(guān)，把一個大孔分成幾個小孔，盡管總孔體積不變，但是真實表面積卻增大了。但需要注意的是小孔易被堵塞，造成這一部分表面積不能發(fā)揮作用。</p><p>　　5.極板中心距的影響</p><p>　　極板中心距是指兩個同極性極板中心之間的距離。極板中心距的大小對電池的容量也有一定的影響，這個影響可以從兩個方面來分析，一是要考慮電

71、解液量對電池容量的影響；二是通過極板中心距的改變影響內(nèi)阻，進而影響電池放電時放出電量的多少。說到電解液量對電池容量的影響，就需要引入另一個和極板中心距密切相關(guān)的概念：極板面間距，它指的是一個電池中不同極性的相鄰極板之間的距離。大家都知道，極板中活性物質(zhì)孔內(nèi)的酸液量遠遠不夠活性物質(zhì)電化學反應的需要，據(jù)報道鉛酸電池極板中的酸液量僅夠活性物質(zhì)總量的10%參加電化學反應。而在當今比較流行的閥控密封型鉛酸蓄電池的設(shè)計原則中，不僅不允許有游離態(tài)的電

72、解液存在，還要求電池隔板中的酸液量不能夠飽和，必須留下5%～10%的孔來作為氧復合的通道。并且鉛酸蓄電池中電解液硫酸的利用率通常也只有75%左右，這就要求電池在設(shè)計時，不僅要有足夠活性物質(zhì)反應的電解液量，而且又要極板的面間距盡可能的小，這樣可以減小電池的內(nèi)阻，放電容量同樣也會上升。</p><p>　　2.3.2 蓄電池使用時的因素對電池容量的影響</p><p>　　1.放電電流密度的

73、影響</p><p>　　對于同種規(guī)格和數(shù)量的極板制成的蓄電池來說，放電電流密度大時，放電容量減小。反之，放電電流密度小時，放電容量增大。這是因為放電電流密度大時，電化學極化和濃差極化都將加劇，造成放電電壓迅速下降，放電容量減小。此外，放電電流密度大時，鉛離子的數(shù)量在電極附近增加很快，使硫酸鉛的過飽和度增大，生成晶粒細小而又致密的薄層硫酸鉛鹽層，它會在電解液來不及擴散進入活性物質(zhì)內(nèi)部時堵塞孔道，造成電極內(nèi)部活性物

74、質(zhì)更加不易反應，利用率更低，放電容量更少。反之，當采用較小電流密度放電時，不僅電化學極化和濃差極化減小，而且由于鉛離子的過飽和度減小，生成的硫酸鉛層將是粗大而疏松的。這種鹽層雖然也遮蓋了電極表面，但是硫酸電解液仍然可以通過它的孔隙擴散到極板深處與活性物質(zhì)接觸、反應，當然能夠放出較多的容量。這也是針對同種規(guī)格電池，各種標準規(guī)定在大電流放電時，允許放出較少的容量的主要原因。比如，針對固定型的閥控密封鉛酸蓄電池，各種標準基本都規(guī)定，3小時率放

75、電的容量只要達到10小時率放電容量的75%即判為合格。</p><p>　　2.放電終止電壓的影響</p><p>　　鉛酸蓄電池的放電終止電壓，指的是蓄電池在一定的電流密度下放電時，放電到不宜再繼續(xù)放電時的電池電壓值。終止電壓是根據(jù)實際需要而定的，一般小電流放電時，終止電壓高些，大電流放電時，終止電壓低些。這是因為小電流放電時，放電曲線平坦部分很長，到終止電壓后，如果繼續(xù)放電，則電壓急劇

76、下降。超過終止電壓的容量最多也不能超過總?cè)萘康?0%左右。而且這樣的小電流過放電，容易形成大的PbSO4結(jié)晶或者在電極深處生成PbSO4，它們在充電時不易復原成金屬鉛，造成極板損傷。而大電流放電時，電壓沒有平坦部分，這時主要是擴散跟不上，形成的PbSO4較細，再充電時容易還原成金屬鉛，所以終止電壓可以定得高些。</p><p>　　3.電解液溫度的影響</p><p>　　電解液溫度對鉛酸

77、蓄電池在一定放電率和終止電壓條件下可供給的容量值有很大的影響，電解液溫度升高，放電容量增加；溫度降低，放電容量減小。電池容量隨著溫度降低而減小，與溫度對電解液粘度和電阻有嚴重影響密切相關(guān)。溫度低時，電解液粘度增大，離子運動受到較大阻力，電解液擴散能力降低，濃差極化急劇增加；同時溫度低時，電解液的歐姆電阻也增大，導致電化學極化和歐姆極化也增加，容量同樣減小。另外，溫度低時，硫酸鉛在電解液中的飽和度降低，這就必然造成鉛離子在極板附近的過飽和

78、度增加，形成致密的硫酸鉛層，阻礙活性物質(zhì)與電解液接觸，同樣也導致電池容量降低。這里需要著重說明兩點：一是負極板受溫度的影響比正極板敏感，這也說明了電池制造商為了提高電池的低溫或大電流放電性能，通常都只在負極鉛膏中增加相應的添加劑；二是由于電解液溫度降低而引起的放電容量的降低，并不是說電池損失了一部分容量，因為只要給蓄電池加溫，使電解液溫度升高，鉛蓄電池仍可放出其額定的放電容量。</p><p>　　4.電解液密度

79、的影響</p><p>　　在鉛酸蓄電池中，硫酸電解液密度的變化直接影響其放電的容量。密度太低，不僅極板孔內(nèi)電解液密度下降太多，造成內(nèi)阻增加，容量下降，而且還會造成電極附近電解液擴散困難而導致容量減少。雖然低密度的電解液會對電池容量產(chǎn)生不利的影響，但是電解液密度也不能太高，如果電解液密度超過一定限度時，電解液的固有電阻增加，粘度變大，同時電池的自放電也增大，對電池容量反而不利。在電解液的相對密度為1.22時電導率

80、呈最大值，但是在電池放電過程中，酸的密度發(fā)生變化，由于放電率不同以及溫度和對應于電池內(nèi)活性物質(zhì)量的電解液量不同，電解液的最適宜密度也就不同。相對密度在1.30以上的硫酸，除能增加自放電外，還會加速電池中隔板和正極板柵的腐蝕。這里需要著重說明的是：電池電解液密度的提高僅對正極有利，對負極則不然，特別是在大電流低溫放電時這種差異更為顯著，這時負極可能成為限制電池容量的因素[4]。</p><p>　　第3章 AT8

81、9C51單片機結(jié)構(gòu)及功能簡介</p><p>　　3.1 AT89C51簡介</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單

82、片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案[5]。</p><p><b>　　3.2 主要特性

83、</b></p><p>　　·與MCS-51兼容 </p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 </p><p>　　·壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　·數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p

84、><p>　　·三級程序存儲器鎖定</p><p>　　·128×8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32位可編程I/O線</p><p>　　·兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　·5個中斷源 </b></p>

85、;<p><b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p><b>　　3.3 管腳說明</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。&l

86、t;/b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須

87、被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個

88、TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p>&l

89、t;p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>　　口管腳     

90、0;   備選功能</p><p>　　P3.0       RXD(串行輸入口)</p><p>　　P3.1       TXD(串行輸出口)</p><p>　　P3.2       (外部中斷0)&

91、lt;/p><p>　　P3.3       (外部中斷1)</p><p>　　P3.4      T0(記時器0外部輸入)</p><p>　　P3.5       T1(記時器1外部輸入)</p><p>

92、;　　P3.6        (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)</p><p>　　P3.7        (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復位輸入。當

93、振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可

94、在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/VPP：當保持低電平時，則在此期間為外部程序存儲器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當端保持高電平時，此間為內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編

95、程電源(VPP)。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性:</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英晶體振

96、蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3.4 時鐘振蕩器</p><p>　　AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外

97、石英晶體或陶瓷振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3-1。</p><p>　　外接石英晶體(或陶瓷振蕩器)及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷振蕩器建議選擇40pF±10

98、pF。</p><p>　　用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖3-1右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。</p><p>　　圖3-1 內(nèi)部振蕩電路和外部振蕩電路</p><p>　　由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的。所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電

99、平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。</p><p><b>　　第4章 硬件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 采樣電路的設(shè)計</p><p>　　4.1.1 設(shè)計思路</p><p>　　對蓄電池進行容量檢測，需要大電流恒流放電，并且要測量出電流值，通過積分和累加計算出蓄電池容量，因

100、此必須有電流取樣電路。電流采樣電路為大電流放電電路，因此放電回路上的電阻應為大功率電阻，其他器件也要符合大功率和大電流的要求；需要對電池放電進行自動控制，放電到10.5V則放電結(jié)束，顯示閃爍最后數(shù)據(jù)，因此要有放電控制電路；系統(tǒng)要求實時電壓顯示，因此必須有電壓取樣電路。</p><p>　　4.1.2 設(shè)計方案</p><p>　　電壓采樣時，電路采用分壓形式，蓄電池電壓變化范圍為10.5

101、V-15V，分壓后將3.5V-5V范圍內(nèi)的電壓輸入A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端。為了提高準確性，應小電流放電，即放電電阻應為大電阻，電阻R6、R7選用1K的小功率電阻，由于電阻阻值存在較大的誤差，R8選用1K左右的電位器[6]；電流采樣，應進行大電流放電，放電電阻RL為小阻值的大功率電阻。而蓄電池容量檢測需要對蓄電池進行恒流放電，因此在電流采樣電路中加入了恒流放電裝置，該恒流放電電路的詳細說明見4.2；由繼電器控制放電電路的通斷，繼電器的

102、選取應符合大電流的要求。當蓄電池電壓大于10.5V時，通過軟件設(shè)計，使P3.0口為低電平，則三極管基極為高電平，三極管導通，進而控制繼電器閉合；當電壓小于10.5V時，使P3.0口為高電平，則三極管基極為低電平，三極管截止，繼電器失電，切斷電路停止放電，并報警[7]。</p><p>　　4.1.3 原理圖</p><p>　　圖4-1 采樣電路原理圖</p><p

103、>　　4.2 恒流放電電路的設(shè)計</p><p>　　4.2.1 設(shè)計思路</p><p>　　為了檢測蓄電池的容量，需要對電池進行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。隨著放電的進行，蓄電池的電壓必然要降低，如不加入恒流放電裝置而是進行定電阻放電，則放電電流也會隨著電壓的降低而降低。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補償降低的電壓，使電流基本恒定。</p>&l

104、t;p>　　4.2.2 設(shè)計方案</p><p>　　電路由集成運算放大器構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，其方框圖為：</p><p>　　一圖4-2a 恒流放電電路方框圖</p><p>　　電路原理圖如圖4-2b，比較放大環(huán)節(jié)由兩個運算放大器構(gòu)成(1片324)，采用+12V，單電源供電，RL為負載電阻，Rs為取樣電阻。Q2與Q3三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)?？烧{(diào)電源

105、提供基準電源，輸入信號Ei為蓄電池的電壓。電壓隨著放電時間的延長而減小。它經(jīng)過負載電阻、調(diào)整環(huán)節(jié)后在取樣電阻上形成取樣電壓。該電壓與基準電壓比較并經(jīng)放大環(huán)節(jié)放大后，經(jīng)控制調(diào)整環(huán)節(jié)使電路電流恒定[8]。</p><p>　　4.2.3 原理圖</p><p>　　圖4-2b 恒流放電電路原理圖</p><p>　　4.2.4 工作原理</p>&l

106、t;p>　　若由于輸入電壓Ei的減小而使負載電流減小，則取樣電壓必然減小，從而使取樣電壓Us與基準電壓E的差值(Us—E)減小。由于U5A為反相放大器，因此其輸出電壓Ub必然升高，從而使Us升高，保證了放電電流的恒定。恒流過程表示為：Ei↓→IL↓→US↓→(Us—E)↓→Ub=K(US—E)↑→Us↑。</p><p>　　由于檢查不同種類的蓄電池時，要求放電電流的大小不同，因此電路的放電電流值必須是可調(diào)

107、的，該電路中調(diào)節(jié)基準電壓E，則改變了Us與E的比較值，從而就改變了恒流放電的電流值。</p><p>　　電路元器件的參數(shù)[9]:</p><p>　　RL ：(Emin-3)/IL，其中Emin為蓄電池的放電終止電壓，IL為放電電流。</p><p>　　蓄電池的終止電壓為10.5V，IL為3-4.5A，取RL=2Ω。</p><p>　　

108、RS：0.33Ω；R1：6.2K；R2：1K；R3：16K；R4：1K；R5：100K；R6：1K。</p><p>　　4.3 數(shù)字顯示電路的設(shè)計</p><p>　　4.3.1 設(shè)計思路</p><p>　　靜態(tài)顯示亮度高，編程容易，管理也比較簡單，但占用的I/O口資源較多，為了簡化電路，降低成本，數(shù)字顯示采用動態(tài)顯示方式。所謂動態(tài)顯示，就是單片機定時地對顯

109、示器件掃描。在這種方法中，顯示器件分時工作，每次只能有一個器件顯示。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺到所有的器件都在“同時”顯示。這種顯示方法的優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低；但占用機時多，只要單片機不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。動態(tài)顯示的亮度與導通電流有關(guān)，也與點亮時間和間隔時間的比例有關(guān)[10]。</p><p>　　4.3.2 設(shè)計方案</p><p>　　圖4-3為89C51

110、單片機和三位共陰極顯示器的接口電路。89C51的P3.1、P3.4、P3.5口作為掃描口，經(jīng)反相驅(qū)動器7406接顯示器公共陰極；P1口作為段數(shù)據(jù)口，接顯示器的各個陽極。</p><p>　　4.3.3 原理圖</p><p>　　圖4-3 數(shù)字顯示電路原理圖</p><p>　　4.4 A／D接口電路的設(shè)計</p><p>　　4.4.

111、1 設(shè)計思路</p><p>　　本設(shè)計要進行電壓采樣和電流采樣，因此涉及到A/D轉(zhuǎn)換器的應用。AT89C51單片機內(nèi)無A/D轉(zhuǎn)換器，要外接A/D，這里選用8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。</p><p>　　4.4.2 ADC0809簡介</p><p>　　ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以