蓄電池管理系統中硬件電路設計

2012-02-21 07:27:52蘭燕娜

裝備制造技術 2012年11期

蘭燕娜

（南通大學理學院，江蘇南通 226007）

隨著電子科技的發展，蓄電池在通訊、汽車、發電廠、自動控制等各個領域得到廣泛的應用，而且各種電子產品和裝備對蓄電池供電質量的要求也不斷提高。但是長期以來，蓄電池在存儲、充放電控制和使用過程中缺乏有效的管理，常常引起蓄電池過充電或過放電的現象，從而縮短蓄電池使用壽命，因此,設計高效的蓄電池管理系統很有必要[1～2]。

本文設計了一種基于Zigbee無線通訊的蓄電池電量實時檢測裝置，能夠同時檢測蓄電池的端電壓、電流和溫度。該系統具有智能化、自動化、低功耗、高精度的特點。硬件是整個蓄電池管理系統的基礎，硬件設計的好壞，直接影響整個系統的運行效果和底層的軟件設計[3～4]，所以本文主要討論本系統的硬件電路設計。

1 硬件電路的設計

1.1 蓄電池檢測系統總體設計

單片機作為智能控制芯片,已經在中小型測控系統中得到廣泛的應用,其具有操作簡便,控制精確,易于擴展等優點，所以本設計是基于單片機展開的。數據采集的方法是在蓄電池組充放電回路中采用分壓的方式進行電量的檢測，該方法不但具有方便、簡單、可靠的優點，而且通過一定計算變換后可以得到充放電狀態及電量值。本文設計的蓄電池檢測系統的原理框圖如圖1所示，硬件設計部分主要包括微控制模塊、采集模塊、電壓模塊、報警模塊、通信模塊等。硬件電路圖如圖2所示。

圖1 系統原理框圖

圖2 硬件電路圖

電路工作原理如下：首先ADC0809對蓄電池組進行數據采集后，進行AD轉換成數字信號，傳輸給單片機控制中心，控制中心根據采集到的電量首先判斷是否啟動報警系統，隨后把采集數據通過通信模塊傳輸給Zigbee無線通信模塊，最后傳輸給上位機實現數據的實時監控。

（1）微控制模塊

在設計微控制中心硬件電路時，除了考慮該單片機的功能之外，還應該考慮該單片機的管腳是否滿足我們的設計需求。本系統采用宏晶科技的芯片90C516RD。STC90C516RD+系列單片機是宏晶科技推出的新一代超性能、低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，內部集成MAX810專用復位電路，時鐘頻率在12 MHz以下時，復位腳可直接接地。

（2）采集模塊

本系統采集模塊主要采用ADC0809芯片。ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。其是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。

（3）通信模塊

RS-232通信又叫串口通信方式，是指計算機通過RS232國際標準協議，用串口連接線和單臺設備（控制器）進行通訊的方式。本系統中采用Max232芯片，其是MAXIM公司生產的低功耗、單電源雙RS232發送/接收器，適用于各種EIA-232E和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片內部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-232C輸出電平所需±10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統只要單一的+5V電源就可以。

本文設計的通信方式具有以下特點：通信距離短。遠程通常采用Zigbee無線通信的方式，RS-232的作用只是讓單片機的數據發送給Zigbee模塊。Max232系統電路簡單易操作。綜上考慮我們選擇了RS-232的通信方式，可以滿足我們設計的需要。

（4）電源模塊

本系統的電源模塊原理圖如圖3所示，220 V的交流電，通過變壓器后得到9 V交流電壓，通過整流濾波電路，然后通過LM7805穩壓電路得到+5 V的工作電壓。