基于a89c51單片機(jī)的電力系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

基于a89c51單片機(jī)的電力系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

電動汽車中使用的動態(tài)電池通常由多節(jié)體電池組成。一般來說，單鏈電池的數(shù)量可以達(dá)到10-幾十個。單帶電池的電壓通常為12v，總電壓超過100v，總功率超過100hz。本文所闡述的蓄電池性能檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計上可以根據(jù)需要增加或減少被檢測電池的數(shù)量，具有較高的靈活性；采用單片機(jī)控制，可以達(dá)到令人滿意的檢測效果，精度可達(dá)1%；采用了改進(jìn)的開路電壓法進(jìn)行數(shù)據(jù)運算，進(jìn)一步提高了精度。本文的電動車的蓄電池組管理及電量計量系統(tǒng)是針對鎳氫蓄電池而設(shè)計的。1系統(tǒng)總結(jié)1.1蓄電池端電壓、充放電電流和溫度檢測本系統(tǒng)具有蓄電池巡回檢測功能，可在蓄電池充電、放電過程中在線檢測蓄電池端電壓、充放電電流和蓄電池溫度，能根據(jù)檢測到的電流計算剩余安時數(shù)，并按要求顯示出來，本系統(tǒng)還具有故障預(yù)測功能。蓄電池巡回檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖為圖1所示。1.2蓄電池單體電壓本系統(tǒng)擬達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：1）要求1s采集并處理一個數(shù)據(jù)；2）最多可檢測45路12V的蓄電池單體電壓，1路電流和2路溫度等參數(shù)。電壓測量精度1%，溫度測量精度5%，電流測量精度1%;3）系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度為0℃～40℃；4）系統(tǒng)顯示采用串行口通信，單片機(jī)電路有數(shù)據(jù)掉電保護(hù)、電源檢測等功能。2溫度采集擴(kuò)展模塊設(shè)計系統(tǒng)由三個大的模塊構(gòu)成：主電路模塊、電壓采集擴(kuò)展模塊和顯示模塊。主電路模塊是系統(tǒng)的核心部分，其中包括由單片機(jī)小系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、信號調(diào)理電路、邏輯控制電路、電源電壓監(jiān)視電路和EEPROM電路構(gòu)成的信號處理和存儲電路，集成在主電路上的20路電壓采集子電路、主電路模塊以及主電路模塊和另外兩個模塊的接口。具體的框圖如圖2所示。電壓采集擴(kuò)展模塊由25路電壓采集子電路構(gòu)成，集成有電池電壓輸入插座，電路板做成插板形式，需要擴(kuò)展的時候即可以插到主電路上的插槽上。顯示模塊是由7個數(shù)碼管顯示器、三個按鍵、兩個報警電路構(gòu)成。由于電池經(jīng)過逆變器或者斬波器為電機(jī)供電，電磁干擾比較嚴(yán)重，因此應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集電路。采用光電耦合器件組成的電壓數(shù)據(jù)采集電路方案的費用較低，精度滿足系統(tǒng)要求，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，體積也很小，所以該電路即經(jīng)濟(jì)又實用，因此，我們采用了這種電壓數(shù)據(jù)采集電路方案。它的原理框圖如圖3所示。在電流檢測電路中我們采用了LEM公司的霍爾電流傳感器LT208-S7。溫度采集電路采用的是集成溫度傳感器LM35。我們選擇了快速逐次比較的12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1674構(gòu)成采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換電路。3模型的選擇與計算本系統(tǒng)采用模塊化的程序設(shè)計方案，各模塊子程序之間相對獨立，這樣就使得整個系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)清晰、便于擴(kuò)展。這些子程序包括：系統(tǒng)初始化子程、A/D轉(zhuǎn)換子程序、濾波及運算子程序、LED顯示子程序和外部中斷子程序。主程序的流程圖如圖4所示。針對存在的干擾，可以采用軟件方法實現(xiàn)數(shù)字濾波，以提高信號的可靠性，減少虛假信息的影響。針對電量計量的算法，目前國際上大致有兩種方法：(1)將測量開路電壓、負(fù)載電壓、內(nèi)阻、電量中的幾種方法結(jié)合起來，再對溫度、老化等因素進(jìn)行補(bǔ)償，如內(nèi)阻-安時法，Peukert-安時法；(2)采用更為復(fù)雜的模型，如TNO模型，Shepard模型和Martin模型的組合模型。這兩類方法各有利弊：前者方法簡單，計算量少，對硬件要求相對較低，但精度差一些；后者精度高些，但方法復(fù)雜，計算量大，對硬件要求較高。目前采用的算法是一種把開路電壓法、安時法、和Peuker方程有機(jī)地結(jié)合起來的算法。使用開路電壓法，是考慮到開路電壓與初始電量有一個明確的關(guān)系，可以通過實測來確定；而安時法用來計算已用電量比較準(zhǔn)確，而且適用于充電和放電兩種情況。這種方法比復(fù)雜模型的運算量少得多，對于硬件特別是CPU的要求不很高，便于實時完成。開機(jī)時，根據(jù)開路電壓來確定初始電量CtI:其中a,b是常量。每秒進(jìn)行一次采樣，獲取電壓、電流、溫度，用積分法計算已用電量Cu:初始電量CtI減去Cu就是剩余電量：此算法有一個前提條件，就是開機(jī)前電池須已經(jīng)靜置一段時間，測得的才較準(zhǔn)確。剩余電量受到諸多因素的影響，主要有放電電流對電池容量的影響，以及溫度、循環(huán)使用次數(shù)對容量的影響，都要定量的加以補(bǔ)償或修正。4電源監(jiān)視及數(shù)據(jù)存儲1）軟件抗干擾措施。軟件抗干擾是以犧牲少量的運行速度和程序空間來達(dá)到抗干擾的目的的方法。本系統(tǒng)中采用了指令冗余、設(shè)置軟件陷阱、使用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)等軟件抗干擾措施。2）硬件抗干擾措施。輸入通道采用了光電耦合器件使蓄電池電壓的變化引起的干擾較小，同時在信號處理電路中構(gòu)造了二階低通有源濾波器，它可以濾出一部分干擾波。單片機(jī)連有一片電源監(jiān)視芯片WATCHDOG，在監(jiān)視電源電壓的同時，還可以防止程序“跑飛”或者進(jìn)入死循環(huán)。3）數(shù)據(jù)指針的妥善處理。當(dāng)前數(shù)據(jù)存放的地址（數(shù)據(jù)指針）是系統(tǒng)中非常重要的信息，指針丟失或錯誤將導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失和誤讀。為了保證指針的正確，本設(shè)計中采用多指針和嚴(yán)格校驗策略。即存放多個指針，在每次存儲指針時進(jìn)行嚴(yán)格校驗，而當(dāng)多次寫入出錯時，封鎖此處RAM；在每次應(yīng)用之前，隨機(jī)讀出其中幾個指針，采取表決的辦法決定正確值，若表決沒有形成多數(shù)，則讀取全部指針再次表決，若仍未成功，則給出顯示，同時系統(tǒng)重新初始化。5剩余電量的計算我們進(jìn)行了系統(tǒng)運行實驗，實驗記錄數(shù)據(jù)如表2所示。實驗