電動(dòng)自行車 充電器溫升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

鄭鈞

摘要： 鑒于電動(dòng)車充電器是電動(dòng)車系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣不僅關(guān)系到鉛酸電池本身的好壞，嚴(yán)重的更會(huì)釀成火災(zāi)。此文按照中國(guó)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2947.1—2008中對(duì)充電器發(fā)熱的要求，基于89C52單片機(jī)系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面，介紹了電動(dòng)車充電器溫度循環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)硬件原理圖和程序框圖做了簡(jiǎn)潔的描述。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車充電器;單片機(jī);ADS1110轉(zhuǎn)換器;PT100鉑電阻;AD623運(yùn)算放大器

1? ? 引言

電動(dòng)自行車作為一種新型的代步工具已經(jīng)進(jìn)入我們千家萬(wàn)戶，深受大眾歡迎。電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)已形成一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，其廣大的市場(chǎng)前景吸引了大量的企業(yè)關(guān)注。但由于目前在國(guó)內(nèi)施行的GB17761—2018《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》中，對(duì)電動(dòng)自行車的充電設(shè)備技術(shù)規(guī)定只提出了“在非正常工作情況下，充電器具有保護(hù)功能，充電器輸出接線反接或短接后，無(wú)損壞”[1]，而沒有對(duì)充電器正常工作溫度有硬性規(guī)定。許多小型的電子產(chǎn)品企業(yè)甚至是家庭作坊也在生產(chǎn)電動(dòng)自行車充電器，部分廠家為了壓縮成本，在元器件上選擇劣質(zhì)品種，使得充電器質(zhì)量參差不齊。由于其輸出功率比起其他家用充電器大許多，發(fā)熱量大，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)其潛在隱患，極易引發(fā)安全事故。

為此本文作者按照中國(guó)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2947.1—2008[2]中對(duì)充電器發(fā)熱的要求，遵照GB4706.18—2014[3]中規(guī)定的方法，設(shè)計(jì)了基于ATMEL公司的89C52的26處溫度循環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，采用3塊木板搭成測(cè)試角的形狀，每塊木板上粘貼多只PT100鉑電阻，將工作中的充電器置于測(cè)試角內(nèi)，電氣部分使用的電路板置于充電器下方，采用低成本的89C52單片機(jī)I/O口實(shí)現(xiàn)的溫度檢測(cè)電路。該電路非常簡(jiǎn)單， 易于實(shí)現(xiàn)， 并且適用于幾乎所有類型的單片機(jī)。

監(jiān)測(cè)裝置前面板有操作按鈕可以進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)兩種操作轉(zhuǎn)換，每隔一段時(shí)間循環(huán)顯示26處方位的環(huán)境溫度，按序號(hào)一一顯示出來(lái)，最終將循環(huán)掃描的溫度最大值定格顯示，并具有超溫報(bào)警功能，及時(shí)提醒人們發(fā)現(xiàn)隱患，以免引發(fā)火災(zāi)。

2? ? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1包括電源輸入原理圖、MC14498B顯示原理圖、ULN2003驅(qū)動(dòng)控制圖、數(shù)據(jù)采集原理圖 （包括ADS1110模數(shù)轉(zhuǎn)換、AD623運(yùn)算放大器）以及FM24C04存儲(chǔ)芯片原理圖。

2.1? ? 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示， 由OPA350運(yùn)算放大器與三極管8050產(chǎn)生1 mA恒流源，通過(guò)MC14067模擬開關(guān)，流入PT100鉑電阻，從而在鉑電阻兩端產(chǎn)生電壓降。

利用AD623運(yùn)算放大器，將鉑電阻兩端的電壓降進(jìn)行適當(dāng)放大后，傳送到ADS1110的輸入兩端進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)提供給單片機(jī)進(jìn)行處理。其中，ADS1110轉(zhuǎn)換芯片決定了數(shù)據(jù)采集精度。ADS1110為小型SOT23-6封裝;片內(nèi)基準(zhǔn)電壓精度為2.048 V+0.05%;具有片內(nèi)可編程增益放大器PGA、片內(nèi)振蕩器、16位分辨率、I2C總線接口（8個(gè)有效地址）;可編程的轉(zhuǎn)換速率為15次/s～240次/s;電源電壓為2.7 V～5.5 V;低電流消耗為240 μA，具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高等優(yōu)點(diǎn)。

2.2? ? 顯示輸出

系統(tǒng)顯示電路以MC14498B為核心組成，通過(guò)單片機(jī)串行輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行LED驅(qū)動(dòng)顯示，并且通過(guò)級(jí)聯(lián)功能可以驅(qū)動(dòng)更多的LED數(shù)碼管，只需一個(gè)外接電阻就可以對(duì)顯示亮度進(jìn)行控制。其內(nèi)部自帶的定時(shí)器以1 K/s的速率進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，最大的優(yōu)點(diǎn)是串行數(shù)據(jù)輸入，并行數(shù)據(jù)輸出，不僅可以為單片機(jī)節(jié)省大量輸出口線，而且還節(jié)省了一個(gè)定時(shí)器資源。

2.3? ? 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

系統(tǒng)中用到的存儲(chǔ)電路采用FM24C04芯片，采用CMOS工藝、EEPROM存儲(chǔ)、DIP封裝、I2C總線輸出，具有4 K存儲(chǔ)空間，可以掉電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，100萬(wàn)次反復(fù)擦寫，數(shù)據(jù)保存時(shí)間超過(guò)40年。

2.4? ? 報(bào)警電路

本文中所設(shè)計(jì)的報(bào)警電路較為簡(jiǎn)單，由一個(gè)自我震蕩型的蜂鳴器組成（只要在蜂鳴器兩端加上超過(guò)其額定的電壓，蜂鳴器就會(huì)叫個(gè)不停）。在這次設(shè)計(jì)中，蜂鳴器是通過(guò)ULN2003電流放大IC來(lái)控制。在我們所要求的溫度達(dá)到一定的上界時(shí)，報(bào)警電路開始工作。

2.5? ? 接口電路

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集輸出與89C52的WR、RD接口相連，顯示芯片與P1.0、P1.1、P1.2相連接，F(xiàn)M24C04芯片數(shù)據(jù)輸出接口上拉5 k電阻后與單片機(jī)的P3.0、P3.1接口連接，MC14067模擬開關(guān)電路的控制輸入端與單片機(jī)的P2口相連，其余的外部復(fù)位，晶振電路與相應(yīng)的單片機(jī)接口連接。

3? ? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序流程為：初始化→啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換→定時(shí)循環(huán)讀取26處數(shù)據(jù)→取最大值顯示→報(bào)警指示。其中AD轉(zhuǎn)換子程序、I2C總線時(shí)序、MC14498B的SPI總線時(shí)序的軟件模擬編寫是重點(diǎn)，而定時(shí)循環(huán)讀取數(shù)據(jù)是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的核心。部分匯編源程序如下：

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作方便，硬件電路設(shè)計(jì)可靠，軟件抗干擾能力強(qiáng)，整個(gè)系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間的工作運(yùn)行中表現(xiàn)出比較高的穩(wěn)定性，滿足了預(yù)先設(shè)計(jì)的要求。在實(shí)際工作中，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)充電器周圍的溫度進(jìn)行監(jiān)控，出現(xiàn)異情及時(shí)報(bào)警，很容易從整體上辨別出充電器質(zhì)量好壞，為廠家和消費(fèi)者提供了直觀的指導(dǎo)作用，相信未來(lái)有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范：GB17761—2018[S].北京：中國(guó)標(biāo)

準(zhǔn)出版社，2019：4-15.

[2]全國(guó)自行車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).電動(dòng)自行車用蓄電池及充電器：第1部分 密封鉛酸蓄電池及充電器：QB/T 2947.1—

2008[S].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2008：7.

[3]全國(guó)家用電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).家用和類似用途電器的安全 電池充電器的特殊要求：GB4706.18—2014[S].北京：

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016：1-1.

*****************自動(dòng)循環(huán)讀取溫度子程序******************

CHOICE：JNB? 7BH， NUM1

MOV? 11H， #15

SJMP? NUM5

NUM1：? MOV? 11H，#3? ? ? ? ? ?;定時(shí)器延時(shí)

NUM5：? MOV? TH0，#00H

ACALL? READ? ? ? ? ? ?;讀取溫度值

NOP

NOP

DEC? R0

MOV? A， R0

JB? ?CONVERT，NUM2

SWAP? A

MOV? ?P2，A

CJNE R0，#00000010B，CHOICE1

SETB P1.7? ? ? ? ? ? ? ;關(guān)斷1#MC14067

NOP

CLR P1.6? ? ? ? ? ? ? ?;選通2#MC14067

SETB? CONVERT? ? ? ? ? ;置位芯片轉(zhuǎn)換標(biāo)志

MOV? R0，#00001111B

NUM2：? MOV? A，R0

MOV? P2，A

CJNE R0，#00000010B，CHOICE1

CLR? CONVERT? ? ? ? ? ?;清除芯片轉(zhuǎn)換標(biāo)志

MOV? 13H，#01

MOV? 1BH，#01

MOV? 68H，#0A0H

MOV? 69H，#0A1H

SETB P1.6? ? ? ? ? ? ?;關(guān)斷2#MC14067

MOV? CONFIG，#0C1H? ? ?;顯示配置寄存器內(nèi)容

SETB DATAIN? ? ? ? ? ?;復(fù)位MC14489B

SETB CLOCK

SETB ENABLE

NOP

JNB? ?38H，? NUM3

ACALL? MAX

NUM3：? ACALL? XMAX

CHOICE2： JNB? ?3CH， CHOICE3

SETB? ET1

SETB? TR1

CLR? ?78H

CHOICE3： RETI