[毕业论文]基于单片机的电池监控系统设计.doc

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1、摘要摘要 蓄电池是电池中的一种，它的作用是能把有限的电能储存起来，在合适 的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能。它用填满海绵状的铅 板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用2228的稀硫酸作电解质。 在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。其充放电都 有严格的电压、电流、温度的要求，所以必须设计它的检测系统。 蓄电池种类很多，有铅酸蓄电池、铅酸胶体蓄电池、镍氢电池、锂离子电 池、锌空气电池和燃料电池等目前常用的蓄电池主要是铅酸蓄电池分别为普通 蓄电池、干电荷蓄电池和免维护蓄电池。铅酸蓄电池一般是由正负极板、隔板、 壳体、电解液和接线桩头等组成。蓄电池组是许多设备的动力源

2、或应急电源， 因此电池组的性能将直接关系到设备的正常运行。为了提高蓄电池的使用寿命， 保证其可靠运行，需要经常对蓄电池参数进行严格测量，以确保蓄电池组处于 最佳的工作状况。以往蓄电池参数的测量都是人工完成的。人工测量速度慢， 测量精度不高，而且有害气体影响人体健康。为减少工人的劳动强度，保障测 量人员身体健康，提高测量速度和测量精度，对蓄电池参数进行自动测量显得 尤为重要。 本监测系统是以 AT89S52 单片机为核心，它含有 8K 字节快擦写可编程/擦 除只读存储器(EEPROM)，具有 8k 的内部 RAM;3 个 16 位定时记数器;32 个可编 成程的 1/0 口线;6 个中断源;可编

3、程的串行编口，还具有空闲和掉电方式，它 的集成度高、速度快、功耗低，特别适合于多路数据采集的控制系统中。本系 统可以测量蓄电池端电压、电池温度、蓄电池充放电电流等，数据采集电路采 用模块化设计。测量数据在 LCD 上的显示、存储、上传 PC 机等功能。 关键词关键词: :单片机;蓄电池;智能检测;硬件设计。 毕业设计（论文） II Abstract Energy can be changed in various forms of energy, one of them, the chemical energy into electrical energy conversion device

4、called chemical batteries, the general referred to as batteries, battery cells and batteries are the original division. Discharge can not be used after the manner of charging the internal regeneration of active substances called primary cells, also known as a one-time battery. Can be used after disc

5、harge rechargeable internal activity of the establishment of renewable material, the energy stored as chemical energy, the need to discharge the chemical energy to electrical energy is converted to the battery, called the battery, also known as secondary batteries. The lead-acid storage battery grou

6、p is the drive power supply or contingency power supply for many machines. So the performance of the storage battery group is directly related to the normal running of many device. It is necessary to measure batteries parameters accurately and frequently in order to enhance their lives. The monitor

7、system is to take AT89S52 as the core, its chip adopt the craft of CMOS and faces to monolithic machine with memory structure. It implies the quick cleaning of the 8 inside the break source. The programmable string goes to weave, still having the spare time and dropping to give or get an electric sh

8、ock the way. Its integrated degree is high, the speed is quick the power consumed is low specially suitable for the control system of many methods, data collection. This system can measure 10 roads or 20 roads the electric voltage of electric current etc. Key words: single-chip computer; battery; de

9、tection. 目录目录 1 绪论1 1.1 概述1 1.2 课题的意义2 1.3 蓄电池的发展现状 3 2.蓄电池检测系统总体设计5 2.1 蓄电池的工作原理5 2.2 当前蓄电池的主要检测方法5 2.3 铅酸蓄电池检测系统6 2.4 系统框图 6 3 系统硬件设计 8 3.1 器件选择 8 3.2 主控单片机 AT89S52.8 3.3 AD 转换器件 TLC54911 3.4 电压采集部分 .12 3.5 电流采集电路设计 .14 3.6 温度采集电路设计 .14 3.7 显示电路设计 .16 3.8 系统总体电路设计.20 4 系统通信电路设计 .22 参考文献.25 致谢.26 中

10、英文翻译.27 毕业设计（论文） 1 1 1 绪论绪论 蓄电池组是许多设备的动力源或应急电源，因此电池组的性能将直接关系 到设备的正常运行。为了提高蓄电池的使用寿命，保证其可靠运行，需要经常 对蓄电池参数进行严格测量，以确保蓄电池组处于最佳的工作状况。以往，蓄 电池参数的测量都是人工完成的。人工测量速度慢，测量精度不高，而且有害 气体影响人体健康。为减少工人的劳动强度，保障测量人员身体健康，提高测 量速度和测量精度，对蓄电池参数进行自动测量显得尤为重要。在多个单体电 池串联组成的系统中，单个电池故障就会影响到整个系统，因此要对电池的充 电和放电过程进行系统的检测，在线实时检测蓄电池冲放电的每个

11、阶段的电池 的电压，电流，电池体的温度等。及时找出损坏的和性能显著降低的电池，可 以提高整个电池系统的安全性和稳定性。由于受环境限制，要求系统简小、实 用，可以每个电池配备一个单独的系统，通过 LCD 显示单独的电压和电流的变 化，方便对单一电池进行维修和日常的维护。 本文涉及的主要是单个小系统的设计，由于需要检测的电池的数量和参数 的数目相对比较多，而且每个模块都要检测电压、电流、温度等数据，由于受 使用的主控制器存储空间限制，很难将这些数据都保存下来，所以将检测的数 据保存在存储量足够的上位机中。 1.11.1 概述概述 蓄电池种类很多，有铅酸蓄电池、铅酸胶体蓄电池、镍氢电池、锂离子电 池

12、、锌空气电池和燃料电池等目前常用的蓄电池主要是铅酸蓄电池分别为普通 蓄电池、干电荷蓄电池和免维护蓄电池。铅酸蓄电池一般是由正负极板、隔板、 壳体、电解液和接线桩头等组成。 镍镉电池是前几年使用最为普遍的充电电池。它的优点主要是价格便宜， 缺点是其自放电率较高，存在记忆效应，且会对环境产生污染，因此也将逐渐 地退出市场。通常可以充放电 1000 次左右。 毕业设计（论文） 2 近两年来，重量更轻容量更大的镍氢电池得到了更为普遍的使用。在手机、 数码相机、数码摄像机等便携式设备中都能见到镍氢电池的身影。镍氢电池的 容量比镍镉电池高 1.52 倍，且具有不污染环境、价格便宜、性能好等优点。 镍氢电池

13、的自放电率大概为 20左右。同其他充电电池相比较，锂电池具有最 高的能量/重量、能量/体积比、无记忆效应等优点。但是锂电池成本高而且充 电器要求也是最高的。如果对锂电池充电不当的话，很容易损坏电池，甚至产 生电池爆炸。 最具代表的蓄电池是铅酸蓄电池，它是许多船用的动力源或应急电源，也 是火车指挥调度、邮电通信、银行运营等必不可少的应急电源。因此它的性能 将直接关系到系统的可靠运行，火车调度、邮电通信、银行运营等。我们平时 见到的大的蓄电池多为铅蓄电池。 1.21.2 课题的意义课题的意义 蓄电池作为稳定电源和主要的直流电源, 历史悠久, 使用广泛, 与我们的社 会生活息息相关。作为后备电源,

14、蓄电池是确保设备正常运行的最后一道生命 线, 如果听任其长期处于状态不明的情况下运行, 那么将存在严重隐患。随着时 间的推移, 电池使用年限的增加, 由电池引起的中断事故将防不胜防。因此, 合 理可靠地对电池进行管理和维护, 能够保证电池有较长的使用寿命,从而达到保 证设备拥有不间断电源。在电源系统的维护中, 蓄电池的维护管理占据非常重 要的地位。怎样才能延长蓄电池的使用寿命, 保证蓄电池有足够的容量, 充分发 挥蓄电池作为后备电源的作用, 确保通信、电力、应急等系统的正常运行。这 对各个行业电源及后备电源维护有着非常重要的意义。 在现今这个以工业为主的社会中，铅酸蓄电池的应用越来越广泛了，如

15、今 交通工具大都装有蓄电池，诸如各式各样的飞机、船用、火车和汽车等，还有 通信行业的后备电源，金融行业的后备电源等等。这些场合都是要求蓄电池的 运行绝对可靠，这样就对蓄电池的检测和维护提出了很高的要求。如果这些领 域在蓄电池方面出现了故障，没有及时发现和解除，那么造成的严重后果是无 毕业设计（论文） 3 法估量的。因此蓄电池检测仪表对蓄电池的正常运行，提高蓄电池的使用寿命， 减少应用领域事故发生，降低财产损失有着重要的意义，应用前景广阔。 1.31.3 蓄电池的发展现状蓄电池的发展现状 铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种化学电源，具有电压平稳、安全 可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富等优

16、点，中国铅酸蓄电池行业经过 50年的建设与发展，已基本形成了大中小企业相结合、具有一定规模的铅酸蓄 电池制造体系。“八五”计划期间，铅酸蓄电池行业发展稳定，产品档次和水 平有了明显提高，产量有了进一步发展。进入“九五”计划时期之后，随着我 国改革开放进一步向纵深发展，各行业结构作了适当的调整，能源、交通和通 讯等支柱产业飞速发展，给铅酸蓄电池行业带来了巨大的发展机遇。中国铅酸 蓄电池的需求以每年1540的速度增长。 高能电池、廉价的燃料电池以及微电池的发展将会使愈来愈多的电子产品 “动”起来。电池的种类将会更多、应用范围更广，价格更低廉且更加“清洁” 。和太阳能联系在一起的电池以及以大气为活性

17、物质的燃料电池将会在现代经 济中飞速发展。电池技术将是新世纪的第二大关键技术，有着非常广阔的前景。 铅酸电池在重量比能量、体积比能量等方面比锂离子电池低得多，几乎是 镍基电池的二分之一；在循环寿命、再生率、自放电和安全性方面 铅酸电池比 镍基电池和锂电池好，作为应用范围最广、用量最大的化学电源，铅酸蓄电池 行业的机遇与挑战并存，随着能源、交通、通信等基础产业的迅速崛起铅酸蓄 电池的市场前景非常广阔，特别是适应环保与免维护需求的阈控式密封铅酸蓄 电池已经被人们接受，并且在很多领域已逐渐取代传统的开口式铅酸蓄电池 但 也应该看到，目前铅酸蓄电池行业整体技术水平、管理水平、人员素质、产品 质量等参差

18、不齐，急需进一步完善和提高，技术上应不断创新，使产品本身增 强与其他化学电源品种的竞争力。 随着中国加入WTO，将会有很多的国外一流企业加入市场竞争，对中国铅酸 毕业设计（论文） 4 蓄电池企业构成很大的威胁。因此，中国的铅酸蓄电池企业应尽快完善、更新 和发展产品技术，提高产品的档次和质量并且降低或本，使产品更具有竞争 力，并要不断控制和限制创建低水平的蓄电池厂家，生产高质量的免维护汽车 蓄电池、大中小阀控式密封铅酸蓄电池和作为动力源的牵引用蓄电池，增强与 世界著名品牌蓄电池厂家的抗衡能力，使蓄电池行业走上健康良好发展轨道。 毕业设计（论文） 5 2.蓄电池检测系统总体设计蓄电池检测系统总体设

19、计 2.12.1 蓄电池的工作原理蓄电池的工作原理 蓄电池的放电的化学反应是依靠正极板活性物质(二氧化铅)和负极板活性物 质(海绵状纯铅)在电解液(稀硫酸溶液)的作用下进行，放电时，正极板由二氧化 铅变成硫酸铅，负极板也由铅变成硫酸铅，充电时，正极板上的硫酸铅还原成 二氧化铅，负极板上的硫酸铅还原成纯铅。（图 2.1） 图 2.1 蓄电池工作示意图 2.22.2 当前蓄电池的主要检测方法当前蓄电池的主要检测方法 为了正确使用蓄电池，提高蓄电池的使用寿命，保证可靠运行，需要经常 对蓄电池进行维护和周期治疗。但怎样才能知道蓄电池处于最佳工作状况，什 么时候需要充电，什么时候需要添加蒸馏水，电解液的

20、温度等，这些参数都需 要严格测量。以往蓄电池参数的测量都是手工完成的。手工测量速度慢，测量 精度不高，而且有害气体影响人体健康。为了现代化的需要，减少工人的劳动 强度、保护身体健康，提高测量速度和测量精度，所以对蓄电池参数的自动测 量显得尤为重要。因.此这方面的研究越来越多的为人们所关注，测量一些相应 的参数可以对系统是否正常工作做出一个最快的判定，方便进行及时的维修和 维护。 毕业设计（论文） 6 目前国际上在蓄电池检测/监测技术领域的研究主要集中在 、以检测浮充 数据为主的被动方法、传统的深度放电测试、新的部分放电测试技术、放电状 态剩余电量的估计、蓄电池阻抗检测和分析、智能电池技术。 随

21、着传感器技术和检测技术的发展，对蓄电池检测的手段也在不断的发展。 所有的发展都是围绕着怎样才能更好的检测蓄电池的容量，更及时准确的了解 蓄电池的工作状况。 2.32.3 铅酸蓄电池检测系统铅酸蓄电池检测系统 铅酸蓄电池检测系统是能够实时在线检测蓄电池的端电压，电解液温度、 电流，并能估算蓄电池的剩余电量。铅酸蓄电池检测系统由三个大部分组成:检 测模块，用以测量单个蓄电池的端电压，电解液温度，电流等参数;上位机模块， 用于人机交互作用，可以根据人为的操作来完成某项具体任务。通信模块，由 于电池所处环境恶劣的特殊性，从机和主机常常是分离的，它们之间的数据交 换靠通信来完成。测量模块主要有以下几部分

22、:温度传感器，是能够感知环境温 度的一种器件，把铅酸蓄电池的电解液温度转化为电量，以方便计算机的检测; 电流测量，测量铅酸蓄电池的电流，电压测量，测量铅酸蓄电池的端电压。LCD 显示模块，可以把测量模块测量出来的数据直接显示出来，方便进行系统维护 和管理。同时 LCD 显示模块所显示的数据可以通过按键进行切换。并且直接把 测量所的数据输入上位机。 我们设计的系统要满足系统的需要，要求系统要足够的稳定和可靠，可以 在相对恶劣的环境中正常运行。因此我们设计的系统，应用运行稳定的配件， 数据连接上位机存储空间大，放弃传统的检测密度的方法，进行电压标定估算 电池剩余电量。极大的简化了下位机硬件系统。

23、2.42.4 系统框图系统框图 由于电池检测的特殊性，因此要求检测系统的体积相对比较小，结构比较 简单，方便安装调试和维护，如图 2.2 所示，电池的三个检测参数，电池的电 毕业设计（论文） 7 压，电流，以及温度分别被检测后输入到主控制器，由主控制器送到 LCD 进行 数据显示留出的数据输出端口用于连接上位机。 图 2.2 系统框图 数据采集流程（图 2.3），如图 2.3 所示温度以及电压电流等信号经检测 元件采集后通过信号处理，然后经 A/D 转换后直接送到单片机。 图 2.3 数据采集流程图 毕业设计（论文） 8 3 系统硬件设计系统硬件设计 3.13.1 器件选择器件选择 系统主控主

24、控选用集成度高、速度快、功耗低，特别适合于多路数据采集 的 AT89S52,电压和电流分别通过选择精密电阻做分压和通过精密电阻提供参考 电压来采集，并用精密度高的 TLC549 做 A/D 转换，输入单片机，系统温度的采 集用 DS18B20.显示用带字库的 LCD12864 显示系统各个参数。系统与上位机通 讯用 MAX485 来进行。 3.23.2 主控单片机主控单片机 AT89S52AT89S52 主控制器选用 AT89S52，AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 系统可编程 Flash 存储器。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程， 拥有灵

25、巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制 应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能:8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 个 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟 电路。另外 AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM 定时器/计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直

26、 到下一个中断或硬件复位为止。由于 AT89S52 单片机功能强大、性能卓越，价 格低廉，市场的拥有量很大，容易采购，因而在众多领域得到了广泛的应用。 毕业设计（论文） 9 图 3.1 单片机引脚图 引脚描述 Vcc : 电源 Vss : 地 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个 TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和 数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内 部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输 出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1

27、 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器 能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高， 此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻 的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输 入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器 能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把

28、端口拉高， 此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻 的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储 毕业设计（论文） 10 器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口 使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储 器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地 址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器 能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口

29、拉高， 此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻 的原因，将输出电流。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表 所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地 址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG

30、）也用作编程输入脉冲。在 一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时 器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会 跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这 一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉 高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外 部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，

31、 而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存 储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。 在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。 毕业设计（论文） 11 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 AT89S52 有6个中断源：两个外部中断（INT0 和INT1），三个定时中断 （定时器0、1、2）和一个串行中断。每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄 存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。

32、IE还包括一个中 断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。IE.6位是不可用的。对于 AT89S52，IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT89系列 新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进 入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定 是否是TF2 或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志 位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期 被电路捕捉下来。然而，定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2 被置位，在同一个周期被电路

33、捕捉下来。 3.33.3 ADAD 转换器件转换器件 TLC549TLC549 TLC549 基本参数 CMOS 技术，8 位转换结果，与微处理器或外围设备接口， 差分基准电压输入， 转换时间：最大 17us，每秒访问和转换次数：达到 40000，片上软件控制采样和保持功能，全部非校准误差，宽电压供电，36V 。封装及引脚简单，低功耗：最大 15mW，5V 供电时输入范围：05V，输入输 出完全兼容 TTL 和 CMOS 电路，全部非校准误差， 工作温度范围：070 （TLC549）、 -4085（TLC549I）。TLC549 引脚图如图 3.2 毕业设计（论文） 12 图 3.2TLC 外

34、部引脚图 TLC549 内部含有系统时钟.当 CS 为高时，数据输出(DATA OUT)端处于高阻状态， 此时 I/O CLOCK 不起。这种控制作用允许用多片 TLC549 时，共用 I/O CLOCK， 以减少多路(片)A/D 并用是的 I/O 控制端口。一组通常的控制时序为: (1)将/CS 置低。内部电路在测得/CS 下降沿后，再等待两个内部时钟上升 沿和一个下降沿后，然后确认这一变化，最后自动将前一次的转换结果的最高 位(D7)输出到 DATA OUT 端上。 (2)前四个 I/O CLOCK 周期的下降沿依次移出第 2，3，4 和第 5 个位 (D6，DS，D4，D3)，片上采样保

35、持电路在第 4 个 I/O CLOCK 下降沿开始采样模 拟输入。 (3)接下来的 3 个 I/O CLOCK 周期的下降沿将移出第 6，7，8(D2，Dl，D9) 个转移位。 (4)最后一片上采样保持电路在第 8 个 I/O CLOCK 周期下降沿将移出第 6，7，8(D2，D1，D0) 个转换位。保持功能将持续 4 个内部时钟周期，然后开 始进行 32 个内部始终周期的 A/D 转换。第 8 个 I/O CLOCK 后，/CS 必须为高， 或 I/O CLOCK 保持一个低电平，这种状态需要维持 36 个内部系统时钟周期以 等待保持和转换工作的完成。 3.43.4 电压采集部分电压采集部分

36、 蓄电池的电压采集电路如下图经精密电阻 R6，R7 分压后由电容 C12 滤波， 然后送入 8 位串行 AD 转换集成电路 TLC549 的模拟信号输入端 A-IN 进行转换， 转换后的电压的数字量通过 TLC549 的 D-OUT 送入单片机 AT89552 的 P2.4 脚， 并由单片机的 P2.3、P2.5 控制 TLC549 的读写，P2.3 提供片选信号，P2.5 提供 时钟信号，TLC549 的基准电压 VREF+接+5 伏，REF-接地，通过单片机 AT89S52 计算后得到蓄电池的实际电压，送入 LCD12864 进行显示; 毕业设计（论文） 13 图 3.3 电压采集电路 本

37、文选择的检测方法和常用几种方法的对比如下表 3.1，如果选用隔离运 放和继电器的方法进行电压检测，继电器电压范围宽，但是价格比较高，不适 合我们的多系统，因为我们检测下位机可能要每节蓄电池中放置一个，同理隔 离运放的价格相对更高，并且继电器检测不适合高速检测，因此我们只能采用 光藕或者是电阻分压的方式，因为我们对精度要求比较低，单个检测装置不需 要太高精度，所以我们采用电阻分压的方式。 表 3.1 电压采集比较 类别类别电压范围电压范围精度精度抗干扰能力抗干扰能力高速检测高速检测体积体积温度影响温度影响价格价格 继电器宽高 强不适合大小较高 电阻分压宽一般差适合大大低 毕业设计（论文） 14

38、光耦宽高强适合小小高 隔离运放窄很高很强适合小很小很高 3.53.5 电流采集电路设计电流采集电路设计 电流采集采用 TLC549 如下图，数据线 D-OUT 接于单片机 AT89S52 的 P2.1，由 P2.0、P2.2 控制 TLC549 的读写。不同的是，该电路的基准电压 REF+ 通过精密电阻 R2，R3，R14 分压+5 伏得到 1 伏的基准电压，电流检测元件采用 康铜分流器，输入的电流信号经 C11 滤波后接与 TLC549 的 A-IN 端，选择不同 的分流器阻值，可以变换不同的量程，而且可以直接与 TLC459 相接，经 AD 变 换后送入单片机 AT89S52 计算处理，得

39、到电流的实际值，并送 LCD12864 进行显 示。 图 3.4 电流检测电路 毕业设计（论文） 15 3.63.6 温度采集温度采集电路设计电路设计 本文选择的温度检测器件是 DS18B20，如图 3.5 所示。 DS18B20 1 2 3 图 3.5 DS18B20 引脚图 1 脚:地线 GND；2 脚:信号线 DQ；3 脚:电源 VDD。 温度传感器:选用 DS18B20，DS18B2O 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司 最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比， 它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 8-12 位的数 字值读数方

40、式。DS18B20 的性能特点如下:独特的单线接口仅需要一个端口引脚 进行通信；多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，能实现多点组网功能；无 须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为 3.0-5.5V；零待机功耗；用户可 定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的 器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常 工作。64 位 ROM 的结构开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的 序号，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器 T

41、H 和 TL，可通过软件写入用 户报警上下限。报警电路有一个运放做开关来控制蜂鸣器，具体电路如下图。 毕业设计（论文） 16 图 3.6 报警电路图 DS18B2O 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失 性的可电擦除的 EERAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，头 2 个字节 包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节 TH 和 TL 的拷贝，是易失的，每次上电 复位时被刷新。第 5 个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字 转换分辨率。DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。 由于 DS18B20 接线少(只有三根线

42、，分别为电源、数据、电源负)，占用 1/0 资 源少，使用方便，功能强大，而且以任意个并联使用，极大的简化了电路设计， 所以在温度检测方面大显身手。 3.73.7 显示电路设计显示电路设计 LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两 片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电 线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。 比 CRT 要好的多，但是价钱较其贵。 其主要技术参数有：对比度、亮度、信号响应时间、可视角度。 （1）对比度 毕业设计（论文） 17 LCD 制造时选用的控制 IC、滤光

43、片和定向膜等配件，与面板的对比度有关， 对一般用户而言，对比度能够达到 350:1 就足够了，但在专业领域这样的对比 度平还不能满足用户的需求。相对 CRT 显示器轻易达到 500：1 甚至更高的对比 度而言。只有高档液晶显示器才能达到这样如此程度，由于对比度很难通过仪 器准确测量，所以挑的时候还是要自己亲自去看才行。 提示：对比度很重要，可以说是选取液晶的一个比亮点更重要的指标，当 你了解到你的客户买的液晶是用来娱乐看影碟，你们就可以强调对比度比无坏 点更重要，我们在看流媒体时，一般片源亮度不大，但要看出人物场景的明暗 对比，头发丝灰到黑的质感变化，就要靠对比度的高低来显现了优派的 VG 和

44、 VX 一直强调对比度的指标，VG910S 是 1000：1 的对比度，我们当时拿这款 和三星的一款用双头显卡对比测试，三星液晶就明显比不过，大家有兴趣可以 试试测试软件中的 256 级灰度测试中在平视时能看清楚更多的小灰格即是对 比度好! （2）亮度 LCD 是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，需借助要额 外的光源才行。因此，灯管数目关系着液晶显示器亮度。最早的液晶显示器只 有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最低也是四灯，高端的是六灯。四灯 管设计分为三种摆放形式：一种是四个边各有一个灯管，但缺点是中间会出现 黑影，解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式，最后一种是“U”

45、型的 摆放形式，其实是两灯变相产生的两根灯管。六灯管设计实际使用的是三根灯 管，厂商将三根灯管都弯成“U”型，然后平行放置，以达到六根灯管的效果。 提示：亮度也是一个比较重要的指标，越亮的液晶给人很远一看，就从一 排液晶墙中脱颖而出，我们在 CRT 中经常见到的高亮技术（优派叫高亮，飞利 浦叫显亮，明基叫锐彩）都是通过加大阴罩管的电流，轰击荧光粉，产生更亮 的效果，这样的技术，一般是以牺牲画质，和显示器的寿命来换取的，所有采 用此类技术的产品在缺省状态下都是普亮的，总要按个钮才能实行，按一下 3X 亮玩游戏;再按一下变成 5X 亮看影碟，细一看都变糊了，要看文本还得老实的 毕业设计（论文） 1

46、8 回到普通的文本模式，这样的设计其实就是让大家不要常用高亮LCD 显示亮 度的原理和 CRT不一样，他们是靠面板后面的背光灯管的亮度来实现的所以 灯管要设计的多，发光才会均匀早期卖液晶时和别人说液晶是三根以是很牛 的事了，但当时奇美 CRV，就搞出了一个六灯管技术，其实也就是把三管弯成 了“U”型，变成了所谓的六根；这样的六灯管设计，加上灯管发光本身就很强， 面板就看到很亮，这样的代表作在优派中以 VA712 为代表；但所有高亮的面板 都会有一个致命伤，屏会漏光，这个术语一般人很少提及，编者个人认为他很 重要，漏光是指在全黑的屏幕下，液晶不是黑的，而是发白发灰所以好的液 晶不要一味的强调亮度

47、，而是要多强调对比度，优派的 VP 和 VG 系列就是不讲 亮度，讲对比度的产品！ （3） 信号响应时间 响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转 亮或由亮转暗的反应时间,通常是以毫秒（ms）为单位。要说清这一点我们还要 从人眼对动态图像的感知谈起。人眼存在“视觉残留”的现象，高速运动的画 面在人脑中会形成短暂的印象。动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应 用了视觉残留的原理，让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示，便形成动 态的影像。人能够接受的画面显示速度一般为每秒 24 张，这也是电影每秒 24 帧播放速度的由来，如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停

48、顿 和不适。按照这一指标计算，每张画面显示的时间需要小于 40ms。这样，对于 液晶显示器来说，响应时间 40ms 就成了一道坎，低于 40ms 的显示器便会出现 明显的画面闪烁现象，让人感觉眼花。要是想让图像画面达到不闪的程度，则 就最好要达到每秒 60 帧的速度。 （4） 可视角度 LCD 的可视角度是一个让人头疼的问题，当背光源通过偏极片、液晶和取 向层之后，输出的光线便具有了方向性。也就是说大多数光都是从屏幕中垂直 射出来的，所以从某一个较大的角度观看液晶显示器时，便不能看到原本的颜 色，甚至只能看到全白或全黑。为了解决这个问题，制造厂商们也着手开发广 毕业设计（论文） 19 角技术，

49、到目前为止有三种比较流行的技术，分别是：TN+FILM、IPS(IN-PLANE -SWITCHING)和 MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL ALIGNMENT)。 带中文字库的 12864 是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口 方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示 分辨率为 128x64，内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ACII 字符集. 利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互 图形界面。可以显示 8x4 行 16x16 点阵的汉字。也可完成图形显示。低电压低 功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液 晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价 格也略低于相同点阵的图形液晶模块。基本特性:低电源电压(VDD:+3.0- +5.5V)； 显示分辨率:12864 点;内置汉字字库，提供 8192 个 16x16 点阵汉字(简繁体可 选)；内置 128 个 16x8 点阵字符；2MHZ 时钟频率；显示方式:STN、半透、正显;驱 动方式:1/32DUTY，1/32BIAS；视角方向:6 点；背光方式:侧部高亮白色 LED， 功耗仅为普通 LE