基于單片機的蓄電池溫控器的設計與實現

陳笑雷 王 磊

（中國人民解放軍大連91550部隊 93分隊，遼寧 大連 116023）

在冬季，室外設備蓄電池工作環境溫度低，電池在低溫下的性能隨溫度變化衰減嚴重，相關研究表明，鋰電池在0℃放電容量為常溫下的80.2%，-10℃只有常溫下的66.4%，而-20℃時僅有44.1%。同樣，鉛酸蓄電池也具有類似的低溫特性[1]。因此，低溫對電池性能影響十分明顯，在某些情況下，不能保證設備的正常使用。

采用低功耗的AVR系列單片機、LM35數字式溫度傳感器、LCD顯示器，軟件方面采用功能模塊化編程技術實現采樣電池箱內實時溫度，通過單片機控制加熱體進行電池環境溫度的調節，以達到對電池工作環境溫度控制目的[2]。

1 硬件設計與實現

1.1 溫度采集電路

圖1 溫度采集電路

圖1中的U9為集成運算放大器LM224，其內部集成了四個獨立的集成運算放大器，圖中R20和R21對輸入電壓進行分壓，C21、C4、進行噪聲濾除后送入U9的第一個集成運算放大器U9A，U9A設計成電壓跟隨器，分壓后的電壓經電壓跟隨器后提高了帶載能力，電阻R47耦合送入單片機的ADC0進行A/D變換。

圖中J2是溫度傳感器輸入接口，經R27耦合后送入U9的第二個集成運算放大器U9B，U9B設計成同相比率放大電路，放大倍數為2，溫度傳感器使用LM35，其輸出電壓與攝氏溫度成比例，溫度每變化1℃，電壓輸出變化10mV。圖中J2采用0到＋5V供電，因此0℃輸出電壓為0mV，25℃輸出電壓為250 mV，100℃輸出電壓為1V，由于參考電壓是2.56V，因此放大2倍使得100℃輸出電壓為2V接近2.56V，測量溫度的量程略以大于100℃。溫度傳感器輸出電壓經2倍放大后，由電阻R2耦合送入單片機的ADC2進行A/D變換。

1.2 開關和加熱電路設計

開關和加熱電路如圖2所示，圖中U1是貼片光耦PS2801-4，電路中起到電壓變換的作用，電器標號KG1、KG2、KG3分別接到單片機的 PC0、PC1、PC2。 光耦輸出 JDQ1、JDQ2、JDQ3分別用于控制繼電器1、繼電器2和繼電器3。繼電器采用HHC67E，其控制電壓為12伏，直流40伏分斷電流20A，交流250分斷電流30A，開關次數100000次。

圖2中的Q3、R32、R35、D3和JDQ3構成加熱電路，當單片機測得的電池溫度小于設定值時，單片機控制PC3輸出低電平，驅動光耦使得電器標號JDQ3與12V電壓相連，NPN三極管Q3導通，繼電器3吸合，輸入電壓VIN2通過端子J4輸出到加熱體上，加熱體工作加溫；當單片機測得的電池溫度大于設定值時，單片機控制PC3輸出高電平，使得電器標號JDQ3與12V電壓斷開，NPN三極管Q3截止，繼電器3放開，加熱體停止加溫。加熱體加熱狀態通過R45、VR2和C29反饋到單片機的PD5進行探測，加熱體工作時，調節VR2使得對應電壓等級的電器標號THOT電壓為4.5V左右。

圖2 開關和加熱電路

2 軟件設計

主程序主要完成對子程序的初始化,在判斷初始化程序成功之后執行測溫程序模塊,并對溫度進行顯示,同時完成與設定溫度的比較,形成可以控制降溫設備降溫、加熱設備升溫與停止工作三種工作狀態,在超過警戒溫度時還要發出聲光報警。

圖3 系統程序流程圖

3 結語

本系統采用單片機對系統的溫度進行采集、控制,具有鍵盤輸入溫度給定值,LCD數碼管顯示溫度值和溫度越限報警的功能,實現自動控溫,使其溫度穩定在某一個設定范圍內。具有設計原理簡單、實現方便、測量精度高、硬件連線簡單、可靠性強等特點,在現代生產生活中具有很高的應用價值。

［1］周良忠.淺議閥控密封鉛酸蓄電池對溫度的敏感性[J].通信電源技術,1998,12.

［2］楊述斌.反饋式工業溫度控制系統的設計與實現[J].科學技術與工程,2007.