基于单片机的蓄电池监测系统设计
河南科技大学
课程设计说明书
课程名称电气控制技术
题目基于单片机的蓄电池容量测试系统设计学院农业工程学院＿＿班级＿＿学生姓名
指导教师＿＿＿日期2015年4月3日
专业课程设计任务书
班级：农电112 姓名：唐聪杰学号：111403010224 设计题目：基于单片机的蓄电池容量测试系统设计
一、设计目的
熟悉专业课程设计的相关规程、规定，了解电力系统，电网设计数学模型的基本建立方法和相关算法的计算机模拟，熟悉相关电力计算的内容，巩固已学习的相关专业课程内容，学习撰写工程设计说明书，对电力系统相关状态进行模拟，对电网设计相关参数计算机计算设计有初步的认识。
二、设计要求
（1）通过对相应文献的收集、分析以及总结，给出相应项目分析，建立数学模型。（2）通过课题设计，掌握电力系统计算机算法设计的方法和设计步骤。
（3）学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计方法和计算结果。
（4）学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中，认真查阅相应文献以及实现，给出个人分析、设计以及实现。
三、设计任务
（一）设计内容
1．了解蓄电池容量测试原理；
2．设计基于单片机的蓄电池容量测试系统，包括软件和硬件；
3．利用protues软件对所设计系统进行仿真；
4．相关论文在学校图书馆中文数据库“万方数字化期刊”中查找。
（二）设计任务
1．建立相关算法、模型。
2．设计说明书，包括全部设计内容，对电力系统相关状态进行模拟。
3．总体方案图，仿真软件模拟波形图，计算相关参数。
四、设计时间安排
查找相关资料（2天）、确定总体方案，进行必要的计算。（1天）、对电力系统相关状态进行模拟，计算相关参数，（2天）、
使用（MATLAB）等相关软件进行电路图系统图设计与仿真。（2天）、撰写设计报告（2天）和答辩（1天）。
五、主要参考文献
[1] 电力工程基础
[2] 工厂供电，电力系统分析
[3] 相关设计仿真软件手册，如（MATLAB）等。
[4] 数学建模算法分析等
[5] 电气工程设计手册等
[2] 图书馆中文数据库“万方数字化期刊”其他相关网络资料
指导教师签字：年月日
基于单片机的蓄电池容量测试系统设计
摘要
蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源广泛应用于电力、石化、通讯等领域，为获得较高的电压，常用多节蓄电池串联工作方式。由于单体蓄电池特性的差异，在运行一段时间后，电池组中个别电池性能变差，进而失效，造成电池组整体性能下降，导致整个系统的可靠性降低，且蓄电池是一种化学反映装置，内部的化学反映不易及时发现，因此有必要对蓄电池的运行状态进行实时在线监测。
因此为了确保用电设备即使在交流电源全部中断的情况下也能正常安全连续运行，必须保证蓄电池组的运行状态性能良好，在发生火电中断时能够有足够的放电容量，所以重视和加强对蓄电池的维护工作，特别是对蓄电池实施实时在线监测意义重大。
蓄电池监测系统中，主要内容是对单电池电压的监测。其中，关于温度和电流的测量都属常规测量，而且在这些方面的测量技术都已成熟。在电压的测量方法上，对单个电压量的测量方法非常简单。其中，最关键的是如何测量电池组中串联在一起的单体电池电压。在解决如何测量单体电池电压问题上，人们进行了大量的研究工作。
关键词：蓄电池，检测系统，电压
目录
第一章引言 (1)
1.1 本课题研究的意义 (1)
1.2 国内外发展状况 (1)
1.3 蓄电池组管理系统的功能 (2)
第二章设计要求及系统框图 (4)
2.1 控制要求 (4)
2.2 系统框图 (4)
第三章系统软件设计 (6)
3.1 开发语言和开发环境 (7)
3.2 主程序模块 (8)
3.3 数据测量程序模块 (8)
3.3.1 单总线的工作原理 (10)
3.3.2 DS2438与单片机通讯 (14)
3.3.3 系统对蓄电池各参数的检测 (14)
3.4 显示电路子程序模块 (16)
3.4.1 1602液晶显示基本操作时序 (16)
3.4.2 1602指令说明 (17)
3.4.3 1602标准字库 (18)
3.4.4 显示子程序功能及流程 (18)
3.5 串行通讯程序模块 (19)
3.6 键盘输入子程序模块 (19)
3.7 报警电路子程序模块 (20)
第四章结论 (21)
参考文献 (22)
第一章引言
1.1 本课题研究的意义
铅酸蓄电池(Lead Acid Battery，LAB)作为一种化学电源，自1860年普兰特(Plante)首次发明了实用的蓄电池以来，尤其是近年来随着阀控式铅酸蓄电池(Valve Regulated LAB，VRLAB)的出现，蓄电池以其价格低廉、易于浮充使用、电能效率高、电源独立性好、可移动等优点被广泛应用于发电厂、变电站、邮电通讯系统、汽车、船舶、铁路客车等各个领域。蓄电池组作为直流系统向外供电的唯一设备，为电力系统和通信系统中的信号装置、继电保护装置和控制装置等重要负载提供工作电源，其性能的好坏直接关系到电力系统和通信系统的安全可靠性。因此为了确保用电设备即使在交流电源全部中断的情况下也能正常安全连续运行，必须保证蓄电池组的运行状态性能良好，在发生火电中断时能够有足够的放电容量，所以重视和加强对蓄电池的维护工作，特别是对蓄电池实施实时在线监测意义重大。
1.2 国内外发展状况
随着科学技术的发展，特别是单片机和计算机在智能化控制方面的应用，以及在变电站综合自动化系统等方面研究的深入，关于蓄电池的自动化监测问题也提到日程上来。近几年以来，很多人开始研究蓄电池的自动化监测。蓄电池监测系统中，主要内容是对单电池电压的监测。其中，关于温度和电流的测量都属常规测量，而且在这些方面的测量技术都已成熟。在电压的测量方法上，对单个电压量的测量方法非常简单。其中，最关键的是如何测量电池组中串联在一起的单体电池电压。在解决如何测量单体电池电压问题上，人们进行了大量的研究工作。有人提出用继电器来切换电池组中的每只电池。
用触点式继电器切换的缺点是：体积大、成本高、寿命短、速度慢，且其电压值计算比较麻烦；有人提出另外一种方法：在多路输入信号的选择上采用模拟开关进行选通，在模拟信号的转换上采用可编程定时器的V/F转换器。其中，在解决输入信号电压高于芯片的最大工作电压的问题上存在技术难点，且采用V/F 转换作为A/D转换器。其缺点是响应速度慢、在小信号范围内线性度差、精度低。关于在线测量单只电池电压的方法，还有人提出用光电隔离器件和大电解电容器构成采样，保持电路来测量蓄电池组中单只电池电压。此电路的缺点是：在A/D转换过程中，电容上的电压能发生变化，使其精度趋低，而且电容充放电时间及晶体管和隔离芯片等器件动作延迟等因素，决定采样时间长等缺点。国内研制并投产的ZXJ24/2-1型蓄电池组智能监测仪，采用浮动地技术测量蓄电池组中各单体电池电压，测量结果比较准确，但也存在模拟开关切换以及各器件的不一致性问题对浮动地的电位的影响，从而使测量结果偏差加大。国外有人研究VMS（VRLA Battery Management System）阀控密封铅酸蓄电池管理系统。因为恒压充电的方法不能满足不同蓄电池所需的不同充电电流。系统监测的内容包括：单电池电压、电池内部温度、放电电流及放电过程中测量电池组总电压。VMS中包含了BMS，它是在监测的基础上对蓄电池进行分析，并进行管理和控制。这样更有利于对蓄电池的维护，延长蓄电池使用寿命。
1.3 蓄电池组管理系统的功能
蓄电池电池组监测系统要承担电池组的系统管理，一方面保证电池组的正常运做，显示电池的动态响应并及时报警，使操作人员随时都能掌握蓄电池的情况。另一方面要避免出现意想不到的各种事故。蓄电池电池组监测系统通过标准通讯接口和控制模块对电池组进行管理，它的基本功能包括以下几个方面的内容：
1)蓄电池电池组管理
监视电池组的双向的总电压和电流、电池组的温升，并通过液晶或其他显示装置，动态显示总电压、电流、温升的变化，避免电池组过放，使电池组不会受到人为的损坏。
2)单节电池管理
对电池组中的单节电池的管理，可以及时发现单节电池的电状态，对单节电池动态电压和温度的变化进行实时测量，以便及时发现单节电池存在的问题，并采取有效的防范措施。
第二章设计要求及系统框图
2.1 控制要求
UPS电源是电力、通信、银行等行业的必备电源，要求其稳定可靠。蓄电池是UPS 系统的重要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠性。精确预测蓄电池的临界失效期,对提高UPS系统的可靠性具有重要意义。本设计是基于单片机的蓄电池在线监测电路系统的设计。其主要任务是完成蓄电池各个参数（电压、电流、温度、剩余电量）的采集，并且可以显示输出，当各参数超限时，产生声光报警。
设计过程中要有理论的分析，选择合适的器件；运用Protel绘制电路；编辑相应的程序；通过仿真器来测试系统的可行性；按照学校有关文件的要求完成毕业设计前期材料。
2.2 系统框图
根据系统的需求分析，设计主要分为两部分：数据采集和数据处理，这两部分都需要硬件和软件的相互配合才能完成。蓄电池的电压、电流及温度等数据参数经采样电路得到后送单片机，经单片机运算处理，进行LCD显示、与上位机通讯等操作。信号采样电路选用DS2438蓄电池监测专用芯片，对单体电池电压、电流、温度等信号参数进行测量；单片机通过连接的键盘，可以设置产生报警的限值，同时能够实现显示数据的切换；当参数值超限时，自动进行声光报警。设计中加入硬件看门狗电路，进行保护。
本设计中模块单元的功能如下：