基于單片機控制的汽車蓄電池電壓、容量監測系統設計*

宋海燕，陳繼濤，宋娟

基于單片機控制的汽車蓄電池電壓、容量監測系統設計*

宋海燕，陳繼濤，宋娟

（青島黃海學院，山東 青島 266427）

蓄電池作為汽車的穩定電源和后備電源，是確保車載用電設備正常運行的最后一道生命線。設計一種基于單片機的汽車蓄電池狀態監測系統，能實現對汽車蓄電池的電壓及容量等數據的實時監測、顯示及電壓超限報警，具有重要的意義。

蓄電池；電壓；容量；單片機

引言

現在隨著汽車行業的迅速發展，汽車蓄電池的重要性也越來越受到人們的重視，蓄電池作為直流系統向外供電的唯一設備，為汽車的起動、點火、照明等提供工作電源，其性能的好壞直接關系到汽車電力系統的安全、可靠、高效運行與乘坐舒適性。因此，為了確保汽車用電設備能正常安全連續運行，必須保證汽車蓄電池的運行狀態性能良好，要加強對汽車蓄電池的監測工作。

1 控制方案的確立

在蓄電池監測系統中，對蓄電池的電流和溫度等常規測量的測量技術都已成熟。本文主要通過對蓄電池的電壓以及容量等數據進行實時監測和顯示，在異常情況下向用戶發出報警信號（聲光）。整個系統硬件電路構成簡單，主要功能均由軟件編程實現，因此體積小、可靠性高、測量顯示方便、直觀。

1.1 系統功能

本設計由STC89C52單片機核心電路、A/D采樣芯片PCF8591電路、分壓電路、液晶LCD1602顯示電路、電源電路、報警電路等組成。

（1）單片機通過PCF8591進行電壓的實時監測，電壓超出額定值蜂鳴器報警。

（2）液晶LCD1602顯示容量百分比，實時監測蓄電池的剩余容量。

1.2 系統總體結構

系統具體框圖如圖1所示：

圖1 系統硬件框圖

2 硬件電路設計

2.1 PCF8591A/D采樣電路設計

本系統選擇低功耗、8-bitCMOS數據的PCF8591作為A/D采樣芯片。PCF8591具有1個串行I2C總線接口、4個模擬輸入和1個模擬輸出。在PCF8591器件上輸入輸出的控制、地址和數據信號都是以串行的方式通過雙線雙向I2C總線進行傳輸。其具體電路設計如圖2所示。SCL、SDA外接兩上拉電阻，讓數字信號讀取更穩定。

圖2 采樣電路原理圖

圖3 分壓電路原理圖

2.2 分壓電路設計

系統采用串聯電阻分壓設計。在串聯電路中，各電阻兩端的電壓之和等于電路總電壓，且各電阻上的電流相等。本系統選用的A/D芯片采集5V電壓，故超過5V的電壓需要分壓后降壓為0--5V才可以經過A/D轉換。其電路設計如圖3所示。

2.3 LCD1602液晶顯示模塊電路設計

系統中采用LCD1602作為顯示器件輸出蓄電池數據，通過電位器調節液晶顯示的對比度，即清晰度，具體電路設計如圖4所示。

2.4 報警電路設計

為起到更好的報警作用，電路設計通過一個PNP三極管驅動蜂鳴器，從而使蜂鳴器的聲音更加響亮，且基極電路可避免誤報警。蜂鳴器電路如圖5所示。

圖4 LCD1602液晶顯示電路原理圖

圖5 蜂鳴器報警電路

3 系統軟件設計

為了滿足監測的實時性，電池參數的采集是單片機采用定時中斷的方式訪問A/D采樣芯片進行的。定時中斷發生之后進入中斷服務程序，調用PCF8591的控制操作程序，進行數據采集、處理和顯示，電壓值若超過上下限則蜂鳴器報警。

4 結束語

本系統采用單片機進行控制，硬件電路構成較簡單，體積小，安裝方便。用單片機作為控制器，通過軟件的編程和硬件電路的相互配合，實時監測汽車蓄電池的電壓及剩余容量等數據，實現汽車蓄電池電壓過低報警，能夠較好地對汽車蓄電池的工作狀態進行監測。

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[4]郭佑民,胡廣鵬,謝飛.機車蓄電池在線監測與地面分析系統[J].儀表技術與傳感器. 2012(8):51-52,55.

Design of voltage and capacity monitoring system of automobile battery based on MCU*

Song Haiyan, Chen Jitao, Song Juan

（Qingdao Huanghai College, Shandong Qingdao 266427）

As the stable power supply and backup power supply of vehicle, battery is the last lifeline to ensure the normal operation of vehicle electrical equipment. It is of great significance to design a condition monitoring system of automobile battery based on single chip microcomputer, which can realize the real-time monitoring, display and over limit alarm of voltage and capacity of automobile battery.

Battery; Voltage; Capacity;MCU

U463.3

B

1671-7988(2019)24-165-02

U463.3

B

1671-7988(2019)24-165-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.053

宋海燕（1982-），女，青島黃海學院副教授，研究方向：系統與自動控制。

山東省高等學校科技計劃項目（編號：J18KB155）。