電動自行車 充電器溫升監測系統

鄭鈞

摘要： 鑒于電動車充電器是電動車系統中的一個重要的組成部分，其質量的優劣不僅關系到鉛酸電池本身的好壞，嚴重的更會釀成火災。此文按照中國輕工行業標準QB/T 2947.1—2008中對充電器發熱的要求，基于89C52單片機系統從硬件和軟件兩方面，介紹了電動車充電器溫度循環監測系統的設計，對硬件原理圖和程序框圖做了簡潔的描述。

關鍵詞：電動車充電器;單片機;ADS1110轉換器;PT100鉑電阻;AD623運算放大器

1? ? 引言

電動自行車作為一種新型的代步工具已經進入我們千家萬戶，深受大眾歡迎。電動自行車產業已形成一個新興的產業，其廣大的市場前景吸引了大量的企業關注。但由于目前在國內施行的GB17761—2018《電動自行車安全技術規范》中，對電動自行車的充電設備技術規定只提出了“在非正常工作情況下，充電器具有保護功能，充電器輸出接線反接或短接后，無損壞”[1]，而沒有對充電器正常工作溫度有硬性規定。許多小型的電子產品企業甚至是家庭作坊也在生產電動自行車充電器，部分廠家為了壓縮成本，在元器件上選擇劣質品種，使得充電器質量參差不齊。由于其輸出功率比起其他家用充電器大許多，發熱量大，如不及時發現其潛在隱患，極易引發安全事故。

為此本文作者按照中國輕工行業標準QB/T 2947.1—2008[2]中對充電器發熱的要求，遵照GB4706.18—2014[3]中規定的方法，設計了基于ATMEL公司的89C52的26處溫度循環監測系統。該系統結構簡單實用，采用3塊木板搭成測試角的形狀，每塊木板上粘貼多只PT100鉑電阻，將工作中的充電器置于測試角內，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I/O口實現的溫度檢測電路。該電路非常簡單， 易于實現， 并且適用于幾乎所有類型的單片機。

監測裝置前面板有操作按鈕可以進行手動、自動兩種操作轉換，每隔一段時間循環顯示26處方位的環境溫度，按序號一一顯示出來，最終將循環掃描的溫度最大值定格顯示，并具有超溫報警功能，及時提醒人們發現隱患，以免引發火災。

2? ? 系統硬件設計

系統的硬件結構如圖1所示。

圖1包括電源輸入原理圖、MC14498B顯示原理圖、ULN2003驅動控制圖、數據采集原理圖 （包括ADS1110模數轉換、AD623運算放大器）以及FM24C04存儲芯片原理圖。

2.1? ? 數據采集

數據采集電路如圖2所示， 由OPA350運算放大器與三極管8050產生1 mA恒流源，通過MC14067模擬開關，流入PT100鉑電阻，從而在鉑電阻兩端產生電壓降。

利用AD623運算放大器，將鉑電阻兩端的電壓降進行適當放大后，傳送到ADS1110的輸入兩端進行AD轉換，轉換后的數據提供給單片機進行處理。其中，ADS1110轉換芯片決定了數據采集精度。ADS1110為小型SOT23-6封裝;片內基準電壓精度為2.048 V+0.05%;具有片內可編程增益放大器PGA、片內振蕩器、16位分辨率、I2C總線接口（8個有效地址）;可編程的轉換速率為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、轉換精度高等優點。

2.2? ? 顯示輸出

系統顯示電路以MC14498B為核心組成，通過單片機串行輸入數據進行LED驅動顯示，并且通過級聯功能可以驅動更多的LED數碼管，只需一個外接電阻就可以對顯示亮度進行控制。其內部自帶的定時器以1 K/s的速率進行動態掃描顯示，最大的優點是串行數據輸入，并行數據輸出，不僅可以為單片機節省大量輸出口線，而且還節省了一個定時器資源。

2.3? ? 數據存儲

系統中用到的存儲電路采用FM24C04芯片，采用CMOS工藝、EEPROM存儲、DIP封裝、I2C總線輸出，具有4 K存儲空間，可以掉電存儲數據，100萬次反復擦寫，數據保存時間超過40年。

2.4? ? 報警電路

本文中所設計的報警電路較為簡單，由一個自我震蕩型的蜂鳴器組成（只要在蜂鳴器兩端加上超過其額定的電壓，蜂鳴器就會叫個不停）。在這次設計中，蜂鳴器是通過ULN2003電流放大IC來控制。在我們所要求的溫度達到一定的上界時，報警電路開始工作。

2.5? ? 接口電路

系統數據采集輸出與89C52的WR、RD接口相連，顯示芯片與P1.0、P1.1、P1.2相連接，FM24C04芯片數據輸出接口上拉5 k電阻后與單片機的P3.0、P3.1接口連接，MC14067模擬開關電路的控制輸入端與單片機的P2口相連，其余的外部復位，晶振電路與相應的單片機接口連接。

3? ? 系統軟件設計

系統程序流程為：初始化→啟動AD轉換→定時循環讀取26處數據→取最大值顯示→報警指示。其中AD轉換子程序、I2C總線時序、MC14498B的SPI總線時序的軟件模擬編寫是重點，而定時循環讀取數據是整個軟件設計的核心。部分匯編源程序如下：

4? ? 結束語

綜上所述，本監測系統結構設計簡單，操作方便，硬件電路設計可靠，軟件抗干擾能力強，整個系統在較長時間的工作運行中表現出比較高的穩定性，滿足了預先設計的要求。在實際工作中，能夠實時對充電器周圍的溫度進行監控，出現異情及時報警，很容易從整體上辨別出充電器質量好壞，為廠家和消費者提供了直觀的指導作用，相信未來有廣闊的市場前景。

參考文獻

[1]國家市場監督管理總局，中國國家標準化管理委員會.電動自行車安全技術規范：GB17761—2018[S].北京：中國標

準出版社，2019：4-15.

[2]全國自行車標準化技術委員會.電動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：中國輕工業出版社，2008：7.

[3]全國家用電器標準化技術委員會.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：

中國標準出版社，2016：1-1.

*****************自動循環讀取溫度子程序******************

CHOICE：JNB? 7BH， NUM1

MOV? 11H， #15

SJMP? NUM5

NUM1：? MOV? 11H，#3? ? ? ? ? ?;定時器延時

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? ? ? ? ? ? ? ;關斷1#MC14067

NOP

CLR P1.6? ? ? ? ? ? ? ?;選通2#MC14067

SETB? CONVERT? ? ? ? ? ;置位芯片轉換標志

MOV? R0，#00001111B

NUM2：? MOV? A，R0

MOV? P2，A

CJNE R0，#00000010B，CHOICE1

CLR? CONVERT? ? ? ? ? ?;清除芯片轉換標志

MOV? 13H，#01

MOV? 1BH，#01

MOV? 68H，#0A0H

MOV? 69H，#0A1H

SETB P1.6? ? ? ? ? ? ?;關斷2#MC14067

MOV? CONFIG，#0C1H? ? ?;顯示配置寄存器內容

SETB DATAIN? ? ? ? ? ?;復位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