畢業(yè)設(shè)計(jì)---鉛酸蓄電池容量檢測(cè)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　完成日期 2008年5 月25日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為核心的蓄電池容

2、量檢測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)AT89C51單片機(jī)軟件編程可以實(shí)現(xiàn)以下基本要求：1、通過蓄電池放電測(cè)量電池容量；2、測(cè)量電壓動(dòng)態(tài)值；3、可切換顯示電池容量/電壓；4、測(cè)量結(jié)束后有報(bào)警提示。</p><p>　　為了檢測(cè)蓄電池的端電壓，以便顯示電壓，要進(jìn)行電壓采樣，并且采樣電路為小電流放電，使所測(cè)試的電壓值比較準(zhǔn)確；為了檢測(cè)蓄電池的容量，要進(jìn)行電流采樣，并且為大電流放電，放電電流為3A-4.5A，還要求放電電流盡可能恒定。系統(tǒng)

3、的恒流放電電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測(cè)的準(zhǔn)確。實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示電壓，放電到10.5V則放電結(jié)束。實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所放出的容量，積分計(jì)算出容量，不須人工計(jì)算。</p><p>　　采用了Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)片內(nèi)有4K的ROM，不需外接ROM，由它設(shè)計(jì)制成的數(shù)字顯示的蓄電池容量檢測(cè)系統(tǒng)，其整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)單片化結(jié)構(gòu)，硬件電路

4、構(gòu)成簡(jiǎn)單，主要功能均由軟件編程實(shí)現(xiàn)，因此體積小、可靠性高、測(cè)量顯示方便、直觀、價(jià)格低廉。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池 容量檢測(cè) 恒流放電</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design is battery measurement system, of which AT89C51

5、micro controller as the core, through the software programming of AT89C51 SCM can achieve the following basic requirements: 1, battery capacity measurement by battery discharge; 2, measuring dynamic value of voltage, 3,

6、may switch display the battery capacity / voltage; 4, alarm after the end of a measure.</p><p>　　In order to detect the battery voltage, show that voltage, we must sample voltage, and sampling circuit is sma

7、ll current discharge so that test the voltage more accurate; To test the battery capacity, we must sample current, and discharge current is large. Discharge current is 3A-4.5A, also requires discharge current constant as

8、 possible. The constant current discharge circuit is composed of Integrated Operational amplifier. Structure is simple, and adjustment is easy. The constant discharge cir</p><p>　　Using AT89C51 SCM of Atmel,

9、 4K ROM within the SCM, without external ROM, the battery capacity detection system, design made of it, showed its monolithic structure, hardware circuit is simple, the main function work by the software programming. So

10、size is small, it is highly reliable and measurement and showing is convenient, intuitive, price is low.</p><p>　　Key words: Lead-acid batteries Capacity detection Constant current discharge</p><

11、;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的及意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 當(dāng)前蓄電池容量測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀1</p><

12、p>　　1.2.2 快速容量測(cè)試技術(shù)的難點(diǎn)分析3</p><p>　　1.2.3 容量測(cè)試技術(shù)解決的方向4</p><p>　　1.3 論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)4</p><p>　　第2章 鉛酸蓄電池5</p><p>　　2.1 工作原理5</p><p>　　2.1.1 放電中的化學(xué)變化

13、5</p><p>　　2.1.2 充電中的化學(xué)變化5</p><p>　　2.2 蓄電池的容量6</p><p>　　2.2.1 放電中電壓下降6</p><p>　　2.2.2 蓄電池之容量表示6</p><p>　　2.2.3 蓄電池溫度與容量7</p><p>　　2

14、.2.4 放電量與壽命7</p><p>　　2.2.5 放電量與比重7</p><p>　　2.2.6 放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗7</p><p>　　2.2.7 放電中的溫度8</p><p>　　2.3 影響鉛酸蓄電池容量的因素8</p><p>　　2.3.l 蓄電池生產(chǎn)工藝對(duì)電池容量的影響8

15、</p><p>　　2.3.2 蓄電池使用時(shí)的因素對(duì)電池容量的影響10</p><p>　　第3章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.1 AT89C51簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.2 主要特性13</p><p>　　3.3 管腳說明13</p>

16、<p>　　3.4 時(shí)鐘振蕩器15</p><p>　　第4章 硬件設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1 采樣電路的設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1.1 設(shè)計(jì)思路17</p><p>　　4.1.2 設(shè)計(jì)方案17</p><p>　　4.1.3 原理圖18</p>&

17、lt;p>　　4.2 恒流放電電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.2.1 設(shè)計(jì)思路18</p><p>　　4.2.2 設(shè)計(jì)方案18</p><p>　　4.2.3 原理圖19</p><p>　　4.2.4 工作原理19</p><p>　　4.3 數(shù)字顯示電路的設(shè)計(jì)20</p

18、><p>　　4.3.1 設(shè)計(jì)思路20</p><p>　　4.3.2 設(shè)計(jì)方案20</p><p>　　4.3.3 原理圖20</p><p>　　4.4 A／D接口電路的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.4.1 設(shè)計(jì)思路21</p><p>　　4.4.2 ADC0809簡(jiǎn)

19、介21</p><p>　　4.4.3 設(shè)計(jì)方案22</p><p>　　4.4.4 原理圖23</p><p>　　第5章 軟件設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.1 主要算法24</p><p>　　5.1.1 電壓24</p><p>　　5.1.2 電流24<

20、;/p><p>　　5.1.3 容量24</p><p>　　5.2 主程序設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.3 A／D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.4 數(shù)字顯示程序設(shè)計(jì)28</p><p>　　第6章 結(jié)論與展望31</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

21、32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　附 錄34</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的及意義</p><p>　

22、　鉛酸蓄電池經(jīng)過百余年的發(fā)展與完善已成為世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，具有良好的可逆性、電壓特性平穩(wěn)、使用壽命長、適用范圍廣、原材料豐富(且可再生使用)及造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通訊、電力、鐵路、礦山、港口、國防、計(jì)算機(jī)、科研等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)和人類生活中不可缺少的產(chǎn)品。隨著鉛酸蓄電池的廣泛應(yīng)用，如何精確檢測(cè)蓄電池容量成為廣大用戶極為關(guān)注的問題。GB5008.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“整個(gè)試驗(yàn)期間蓄電池均放置在溫度25

23、±2℃的水浴中”，由此可見，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)溫度的要求25±2℃范圍較為精確，且規(guī)定電池、水浴之間的距離，使之在反應(yīng)過程中不會(huì)相互影響。因?yàn)樾铍姵胤烹娙萘颗c溫度的關(guān)系密切，標(biāo)準(zhǔn)才規(guī)定±2℃的要求，第一，只有在相同的環(huán)境條件下的試驗(yàn)結(jié)果才具有可比性，可重復(fù)性；第二，在放電過程中，蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，是放出能量，蓄電池要從環(huán)境中吸熱，蓄電池溫度下降，為避免影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，需要有恒溫水浴向蓄電池補(bǔ)充熱能使其

24、溫度恒定。質(zhì)檢部門的監(jiān)督檢驗(yàn)及仲裁檢驗(yàn)，工商部門市場(chǎng)監(jiān)測(cè)，教學(xué)研究等工作，務(wù)求對(duì)蓄電池容量檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。務(wù)必使試驗(yàn)溫度保持在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，才能減少</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 當(dāng)前蓄電池容量測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀</p><p><b>　　1.核對(duì)放電法</b></p><p

25、>　　核對(duì)放電法即100%C的深度放電，它具有容量測(cè)試準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此，仍然是目前世界上檢測(cè)電池性能的最可靠方法。核對(duì)放電法即全放電的容量試驗(yàn)，是檢測(cè)電池容量最直接、最可靠的方法，無論是在線還是離線進(jìn)行檢測(cè)，都必須設(shè)置備用電源作為防范措施，以保證系統(tǒng)的安全。傳統(tǒng)的核對(duì)放電設(shè)備普遍采用電阻絲進(jìn)行核對(duì)放電，并且是人工操作，程序繁瑣，存在一定的人身危險(xiǎn)，這種傳統(tǒng)的核對(duì)放電試驗(yàn)方式正在逐步被淘汰。目前，國內(nèi)外普遍采用了新型的等效的電子

26、負(fù)載，以保證電池組恒流放電。經(jīng)過數(shù)小時(shí)后，可以找出最落后的一到幾節(jié)電池，以落后電池到達(dá)終止電壓時(shí)的放電時(shí)間與放電電流來估算其容量，并以此容量作為整組電池的容量。不過它的缺點(diǎn)也很突出，主要表現(xiàn)為：</p><p>　　(1)放電時(shí)間長，風(fēng)險(xiǎn)大，電池組須脫離系統(tǒng)，蓄電池組所存儲(chǔ)的化學(xué)能全部以熱能形式消耗掉，既浪費(fèi)了電能又費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低；少數(shù)放電系統(tǒng)采用逆變技術(shù)可以將化學(xué)能予以回收利用。</p><

27、;p>　　(2)進(jìn)行核對(duì)性放電試驗(yàn)，必須具備一定條件，首先，盡可能在市電基本保障的條件下進(jìn)行；其次，必須有備用電池組。</p><p>　　(3)目前，核對(duì)放電只能測(cè)試整組電池容量，不能測(cè)試每一節(jié)單體電池容量，以容量最低的一節(jié)作為整組容量，而其他部分電池由于放電深度不夠，其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來。</p><p>　　(4)有損蓄電池的容量。由于蓄電池的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不是

28、完全可逆的。全深度循環(huán)放電的次數(shù)是有限的，所以，不宜對(duì)鉛酸蓄電池頻繁進(jìn)行深放電。但是間隔時(shí)間過長，兩次核對(duì)之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。我們會(huì)面臨兩難的選擇。密封蓄電池的使用壽命是否終結(jié)的主要判據(jù)為，電池的剩余容量是否滿足機(jī)房工作要求，或者滿足有關(guān)維護(hù)規(guī)程的要求。國家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程中的核對(duì)放電試驗(yàn)?zāi)壳叭允俏ㄒ槐还J(rèn)的測(cè)試剩余容量的最有效方法，它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時(shí)刻能否發(fā)揮作用，確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。</p>

29、<p>　　2.不完全放電測(cè)試法</p><p>　　對(duì)于電池組采用1%～5%C的淺度放電；機(jī)房可以沒有備用電池組。在放電狀態(tài)下，對(duì)蓄電池組的各單體電池的端電壓進(jìn)行巡檢，找出端電壓下降最快的一只，將其確認(rèn)為落后電池，再利用核對(duì)放電儀器，對(duì)該節(jié)電池進(jìn)行核對(duì)放電，檢測(cè)其容量，即代表該組電池的容量。目前，此法可以較快地判定電池組中部分或者個(gè)別落后或劣化電池，但還不足以準(zhǔn)確測(cè)定電池的好壞程度，包括電池的容量等

30、指標(biāo)，僅適宜作為一個(gè)定性測(cè)試的參考。以前有廠家根據(jù)客戶的需求特點(diǎn)，推出一系列在線測(cè)試電池容量的設(shè)備與儀器，即在線檢測(cè)儀或在線巡檢儀，但是除了少數(shù)情況外，一般都達(dá)不到一個(gè)很理想的效果。原因是多方面的，其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因，有蓄電池電化學(xué)特性的原因，即容量相同的蓄電池的負(fù)載電壓本身具有離散性。大量研究實(shí)踐證明，即便是淺度放電狀態(tài)，單純通過電壓高低完全不足以判別電池性能的好壞。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小，并可以快速查找落

31、后電池。不過最大的缺點(diǎn)還是測(cè)試精度低，只能作為電池落后狀態(tài)判定依據(jù)，不能準(zhǔn)確測(cè)算電池的好壞程度及電池容量指標(biāo)。同時(shí)測(cè)試要求較高，測(cè)試情況還不是很理想，尤其是容量測(cè)試準(zhǔn)確度較低。</p><p>　　3.電導(dǎo)(內(nèi)阻)測(cè)量法</p><p>　　電導(dǎo)測(cè)試線是目前主要的日常維護(hù)儀器。從測(cè)試技術(shù)分為交流法和直流法，使用95%以上的電導(dǎo)(內(nèi)阻)測(cè)量儀屬于交流法。交流法電導(dǎo)測(cè)量是向蓄電池兩端加一個(gè)已知

32、頻率和振幅的交流電壓信號(hào)，測(cè)量出與電壓同相位的交流電流值，其交流電流分量與交流電壓的比值即為電池的電導(dǎo)。電導(dǎo)是頻率的函數(shù)，不同的測(cè)試頻率下有不同的電導(dǎo)值，電池的容量越小，電池電阻越大，電導(dǎo)值越小。電導(dǎo)法能準(zhǔn)確查出完全失效的電池，根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)分析及研究結(jié)果證明，電池的容量只有降低到50%時(shí)，內(nèi)阻或者電導(dǎo)會(huì)有所變化，降低到40%以后，會(huì)有明顯變化，所以，根據(jù)電池電導(dǎo)值或者內(nèi)阻值，可以在一定程度上確定電池的性能。采用電導(dǎo)法測(cè)試電池的內(nèi)阻或電

33、導(dǎo)是判定蓄電池好壞的一種有價(jià)值的參考思路，但是問題如下：</p><p>　　(1)對(duì)于電池的好壞程度，還不能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)；不足以準(zhǔn)確地測(cè)算出電池的實(shí)際性能指標(biāo)，尤其是容量指標(biāo)；不能判斷(SOC)容量50%以上的蓄電池的好壞；不能到達(dá)國標(biāo)的要求。根據(jù)國家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程以及蓄電池維護(hù)效果要求，電池組荷電容量達(dá)不到80%便應(yīng)整組淘汰。</p><p>　　(2)不同型號(hào)的儀表測(cè)量結(jié)果的

34、差異性較大，由于各種交流法測(cè)量儀的測(cè)量頻率(15Hz～1000Hz)、測(cè)量方法(相位差法、有效值法、調(diào)制解調(diào)法、比較法等等)和測(cè)量電流(1A～10A)相差較大，讓使用不同的測(cè)量儀對(duì)于同一塊電池的測(cè)量結(jié)果相差較大，有時(shí)相差一倍。造成用戶選擇儀表困難，以及對(duì)于儀表測(cè)量結(jié)果的可信度懷疑。目前基于直流法的電導(dǎo)(內(nèi)阻)測(cè)量儀檢測(cè)水平也未能超出交流法測(cè)量儀。電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)雖然測(cè)試工作比較簡(jiǎn)單，但是，由于內(nèi)阻與容量是非線性的，所以，測(cè)試結(jié)果不能很好地反

35、映蓄電池的真實(shí)健康狀況。</p><p><b>　　4.安時(shí)Ah容量法</b></p><p>　　對(duì)于動(dòng)力蓄電池，蓄電池需要頻繁的充電、放電。往往采用Ah容量法。使用Ah容量法記錄的電能量，需要知道蓄電池的初始狀態(tài)和終點(diǎn)SOC；但是初始狀態(tài)和終點(diǎn)SOC受到下述多種因素的影響，在一般情況下，并不是一個(gè)常數(shù)。所以安時(shí)Ah容量法僅能紀(jì)錄已經(jīng)使用或通過電量計(jì)的電量，而不能

36、較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)終點(diǎn)SOC。</p><p>　　1.2.2 快速容量測(cè)試技術(shù)的難點(diǎn)分析</p><p>　　針對(duì)目前的實(shí)際情況，就蓄電池制造廠家、蓄電池測(cè)試技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，以及廣大蓄電池維護(hù)人員而言，都在積極探索一種快速、準(zhǔn)確、可靠、安全的蓄電池測(cè)試技術(shù)。特別對(duì)于廣大現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師而言，這種需求更顯迫切。遺憾的是，蓄電池是實(shí)現(xiàn)化學(xué)與電能之間轉(zhuǎn)換的一種非常復(fù)雜的裝置。蓄電池的放電過程是化學(xué)能

37、轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)化變?yōu)榛瘜W(xué)能的的過程。從電化學(xué)的角度，不能對(duì)于使用者提供更多的內(nèi)部的信息。對(duì)它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測(cè)試是非常困難的。由于目前多是密封蓄電池，型號(hào)和規(guī)格千變?nèi)f化，性能也不盡相同，外部只有兩個(gè)電極接頭。對(duì)于使用者來說，從外部來看，密封蓄電池是一個(gè)“黑箱”，至少是一個(gè)“灰箱”。對(duì)于蓄電池的設(shè)計(jì)和制造者同樣如此。蓄電池容量測(cè)試技術(shù)的難點(diǎn)：</p><p>　　(1)蓄電池的化學(xué)能不

38、能直接測(cè)量。</p><p>　　(2)蓄電池化學(xué)能本身是一個(gè)變量。由于化學(xué)反應(yīng)不完全可逆?；瘜W(xué)能隨著使用次數(shù)和使用時(shí)間、儲(chǔ)存時(shí)間而衰減。</p><p>　　(3)使用容量又與工作溫度和充、放電率，充、放電的方法有關(guān)，并隨著SOC狀態(tài)等條件在變化。</p><p>　　(4)容量相同的密封蓄電池的負(fù)載電壓和內(nèi)阻本身具有離散性。即使對(duì)于同一個(gè)廠、同期生產(chǎn)的、同型號(hào)的

39、蓄電池也是如此，無法避免。而且，對(duì)于蓄電池組，使用時(shí)間越長，蓄電池個(gè)體之間的差異性和離散性越大，會(huì)出現(xiàn)兩極分化。</p><p>　　(5)難以等效。一般來說，不能使用線性元器件或者其任意的組合來等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。退一步說，使用非線性元器件的組合，可以等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也僅適用于特定的電池和特定的條件。不能適用于各種規(guī)格的電池以及同一個(gè)電池在不同的使用條件[1]。</p><p>

40、　　1.2.3 容量測(cè)試技術(shù)解決的方向</p><p>　　基于蓄電池本身的性能和技術(shù)特點(diǎn)，必須保留核對(duì)放電技術(shù)，它可以定量測(cè)試，是其他測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)。其次，應(yīng)該改進(jìn)目前的電導(dǎo)法(內(nèi)阻法)、電壓測(cè)量法等快速測(cè)量法，使之提高測(cè)量精度，以滿足現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師的要求。采用恒流放電技術(shù)，使放電電流基本恒定，對(duì)電流和時(shí)間進(jìn)行積分，也就是對(duì)放電電流進(jìn)行求和運(yùn)算，最終得到放出的容量值。</p><p>

41、　　1.3 論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)</p><p>　　主要研究利用單片機(jī)AT89C51設(shè)計(jì)一個(gè)蓄電池容量測(cè)量系統(tǒng)。鉛酸蓄電池的容量檢測(cè)方法很多，為了準(zhǔn)確測(cè)量蓄電池的容量，本設(shè)計(jì)采用放電方法測(cè)試電池容量，并采取設(shè)計(jì)的恒流放電電路，而且單獨(dú)測(cè)試電壓和電流，保證了所測(cè)試電壓和電流的準(zhǔn)確。要求實(shí)時(shí)顯示電池容量，實(shí)時(shí)顯示電池電壓，放電到10.5V測(cè)量結(jié)束并有報(bào)警提示，放電電流為3-4.5A，三位數(shù)碼管顯示，切換顯示電壓/

42、安時(shí)。</p><p>　　主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是系統(tǒng)采用恒流放電，該電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。該恒流放電電路，保證了放電電流的基本恒定，從而保證了容量檢測(cè)的準(zhǔn)確。本系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，主要功能均由軟件編程實(shí)現(xiàn)，因而體積小、可靠性高、測(cè)量顯示方便、直觀、價(jià)格低廉。</p><p>　　第2章 鉛酸蓄電池</p><p><b>　　2.1

43、工作原理</b></p><p>　　所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，在必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如下[2]： </p><p>　　陽極板(過氧化鉛.PbO2)---> 活性物質(zhì)</p><p>　　陰極板(海綿狀鉛.Pb) ---> 活性物質(zhì)</p><p>　　電解液(稀硫酸) ---&

44、gt; 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O</p><p><b>　　電池外殼 </b></p><p><b>　　隔離板 </b></p><p>　　其它(液口栓.蓋子等)</p><p>　　鉛蓄電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會(huì)產(chǎn)生2V的電力，這是根據(jù)

45、鉛蓄電池原理，經(jīng)由充放電，則陰陽極及電解液即會(huì)發(fā)生如下的變化： </p><p>　　(陽極) (電解液) (陰極) </p><p>　　PbO2 + 2H2SO4 + Pb  --->  PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放電反應(yīng)) </p><p>　　(過氧化鉛) (硫酸) (海綿狀鉛) </p&g

46、t;<p>　　(陽極) (電解液) (陰極)</p><p>　　PbSO4 +  2H2O   +  PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充電反應(yīng)) </p><p>　　(硫酸鉛) (水) (硫酸鉛) </p><p>　　2.1.1 放電中的化

47、學(xué)變化</p><p>　　蓄電池連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì)與陰、陽極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成新化合物(硫酸鉛)。經(jīng)由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測(cè)得電解液中的硫酸濃度，亦即測(cè)其比重，即可得知放電量或殘余電量。 </p><p>　　2.1.2 充電中的化學(xué)變化</p><p>　　由于放電時(shí)在陽極

48、板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會(huì)在充電時(shí)被分解還原成硫酸，鉛及過氧化鉛，因此電池內(nèi)電解液的濃度逐漸增加,亦即電解液之比重上升，并逐漸回復(fù)到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當(dāng)兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質(zhì)時(shí)，即等于充電結(jié)束，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽極板則產(chǎn)生氧，充電到最后階段時(shí)，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會(huì)減少，此時(shí)應(yīng)以純水補(bǔ)充之。</p><p>　　2.2 蓄電池

49、的容量</p><p>　　電動(dòng)車用蓄電池的容量以下列條件表示之： </p><p>　　◎ 電解液比值　　　　　　1.280/20℃ </p><p>　　◎ 放電電流　　　　　　　5小時(shí)的電流 </p><p>　　◎ 放電終止電壓　　　　　1.70V/Cell </p><p>　　◎ 放電中的電解液溫度　　30

50、±2℃ </p><p>　　2.2.1 放電中電壓下降</p><p>　　放電中端子電壓比放電前之無負(fù)載電壓(開路電壓)低，理由如下： </p><p><b>　　(1)V=E-IR</b></p><p>　　V-端子電壓(V)　　 I-放電電流(A) </p><p>　　

51、E-開路電壓(V)　　　R-內(nèi)部阻抗(Ω) </p><p>　　(2)放電時(shí)，電解液比重下降，電壓也降低。 </p><p>　　(3)放電時(shí)，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強(qiáng)，完全充電時(shí)若為1倍，則當(dāng)完全放電時(shí)，即會(huì)增強(qiáng)2-3倍。 </p><p>　　用于起重時(shí)電瓶電壓之所以比用于行走時(shí)的電壓低，乃是由于起重用之油壓馬達(dá)比行走用之驅(qū)動(dòng)馬達(dá)功率大，因此放電流大，則上式的I

52、R亦變大[3]。</p><p>　　2.2.2 蓄電池之容量表示</p><p>　　在容量試驗(yàn)中，放電率與容量的關(guān)系如下： </p><p>　　5HR....1.7V/cell </p><p>　　3HR....1.65V/cell </p><p>　　1HR....1.55V/cell </p>

53、;<p>　　嚴(yán)禁到達(dá)上述電壓時(shí)還繼續(xù)放電，放電愈深，電瓶內(nèi)溫會(huì)升高，則活性物質(zhì)劣化愈嚴(yán)重，進(jìn)而縮短蓄電池壽命。 </p><p>　　因此，堆高機(jī)無負(fù)重?fù)P升時(shí)的電池電壓若已達(dá)1.75V/cell(24cell的42V,12cell的21V)，則應(yīng)停止使用，馬上充電。 </p><p>　　2.2.3 蓄電池溫度與容量</p><p>　　當(dāng)蓄電池溫

54、度降低，則其容量亦會(huì)因以下理由而顯著減少。 </p><p>　　(A)電解液不易擴(kuò)散，兩極活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率變慢。 </p><p>　　(B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降，蓄電池的5HR容量會(huì)隨蓄電池溫度下降而減少。 </p><p><b>　　因此: </b></p><p>　　(1)冬季比夏季的使用時(shí)間

55、短。 </p><p>　　(2)特別是使用于冷凍庫的蓄電池由于放電量大，而使一天的實(shí)際使用時(shí)間顯著減短。 </p><p>　　若欲延長使用時(shí)間，則在冬季或是進(jìn)入冷凍庫前，應(yīng)先提高其溫度。 </p><p>　　2.2.4 放電量與壽命</p><p>　　每日反復(fù)充放電以供使用時(shí)，則電池壽命將會(huì)因放電量的深淺，而受到影響。 </p

56、><p>　　2.2.5 放電量與比重</p><p>　　蓄電池之電解液比重幾乎與放電量成比例。因此，根據(jù)蓄電池完全放電時(shí)的比重及10%放電時(shí)的比重，即可推算出蓄電池的放電量。 </p><p>　　測(cè)定鉛蓄電池之電解液比重為得知放電量的最佳方式。因此，定期性的測(cè)定使用后的比重，以避免過度放電，測(cè)比重的同時(shí)，亦側(cè)電解液的溫度，以20℃所換算出的比重，切勿使其降到80

57、%放電量的數(shù)值以下。 </p><p>　　2.2.6 放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗</p><p>　　內(nèi)部阻抗會(huì)因放電量增加而加大，尤其放電終點(diǎn)時(shí)，阻抗最大，主要因?yàn)榉烹姷倪M(jìn)行使得極板內(nèi)產(chǎn)生電流的不良導(dǎo)體—硫酸鉛及電解液比重的下降，都導(dǎo)致內(nèi)部阻抗增強(qiáng)，故放電后，務(wù)必馬上充電，若任其持續(xù)放電狀態(tài)，則硫酸鉛形成安定的白色結(jié)晶后(此即文獻(xiàn)上所說的硫化現(xiàn)象)，即使充電，極板的活性物質(zhì)亦無法恢復(fù)原狀，而

58、將縮短電瓶的使用年限。</p><p><b>　　白色硫酸鉛化 </b></p><p>　　蓄電池放電，則陰、陽極板同時(shí)產(chǎn)生硫酸鉛(PbS04)，若任其持續(xù)放電，不予充電，則最后會(huì)形成安定的白色硫酸鉛結(jié)晶(即使再充電，亦難再恢復(fù)原來的活性物質(zhì))此狀態(tài)稱為白色硫化現(xiàn)象。 </p><p>　　2.2.7 放電中的溫度</p>

59、<p>　　當(dāng)電池過度放電，內(nèi)部阻抗即顯著增加，因此蓄電池溫度也會(huì)上升。放電時(shí)的溫度高，會(huì)提高充電完成時(shí)溫度，因此，將放電終了時(shí)的溫度控制在40℃以下為最理想。</p><p>　　2.3 影響鉛酸蓄電池容量的因素</p><p>　　鉛酸蓄電池的容量是指在一定的放電條件下，可以從電池中獲得的容量，一般用安時(shí)(Ah)數(shù)表示，符號(hào)為C。鉛酸蓄電池容量有理論容量、實(shí)際容量和額定容量

60、之分。理論容量是假設(shè)電池中活性物質(zhì)放電時(shí)能夠全部參加反應(yīng)，并結(jié)合電池的反應(yīng)方程式和各成份的電化學(xué)當(dāng)量數(shù)值，按照法拉第定律計(jì)算求得的；實(shí)際容量是指在一定的放電條件下電池實(shí)際放出的電量，它總是低于理論容量；額定容量是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電池時(shí)，規(guī)定或保證電池在規(guī)定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的電量。通常說影響鉛酸蓄電池容量的因素，都是指對(duì)電池實(shí)際容量的影響。因?yàn)橐坏╇姵鼗钚晕镔|(zhì)的總量確定下來，電池的理論容量就確定了，并且額定容量也是實(shí)際容量的一種反

61、應(yīng)。因?yàn)榈舱f額定容量，都要確定放電電流值，并且也通常約定了放電的終止電壓。而如果談電池的實(shí)際放電容量，則包括的因素最為全面，不僅包含對(duì)理論容量的影響因素，甚至連對(duì)額定容量的影響因素也包含在內(nèi)了，下面著重談一下各種因素對(duì)鉛酸蓄電池實(shí)際容量的影響。影響電池容量的因素很多，大致可以分為兩類：一是生產(chǎn)工藝方面的因素，包括活性物質(zhì)量、極板厚度、活性物質(zhì)孔率、活性物質(zhì)的真實(shí)表面積、極板的中心距、活性物質(zhì)的組成；二是使用時(shí)的</p>

62、<p>　　2.3.l 蓄電池生產(chǎn)工藝對(duì)電池容量的影響</p><p>　　1.活性物質(zhì)量的影響</p><p>　　活性物質(zhì)量的多少是影響鉛酸蓄電池容量的主要因素，一個(gè)電池活性物質(zhì)的量確定以后，因?yàn)殡娊庖毫蛩岬牧客ǔＪ菈蛴玫?，因此它的理論容量也就確定了，其他因素對(duì)容量的影響，就是對(duì)活性物質(zhì)利用率的影響了。這里需要著重說明的是通常正極和負(fù)極的活性物質(zhì)的理論容量是不一樣的，并且在

63、任何情況下，電池的實(shí)際容量都要以電池中容量相對(duì)較小電極的實(shí)際容量為準(zhǔn)，這就要看不同放電條件分別對(duì)正負(fù)極實(shí)際容量的影響程度了。一般情況下，在常溫及放電電流不太大時(shí)，電池的實(shí)際容量都受正極容量的限制，在低溫及放電電流比較大時(shí)，電池容量通常受負(fù)極容量控制。但是對(duì)于閥控密封型鉛酸蓄電池，由于氧復(fù)合反應(yīng)的要求，使電池在設(shè)計(jì)之初就要求電池的負(fù)極容量大于正極的容量。</p><p><b>　　2.極板厚度的影響&l

64、t;/b></p><p>　　當(dāng)極板上活性物質(zhì)總量確定以后，實(shí)際反應(yīng)中，活性物質(zhì)參加反應(yīng)量的多少與極板厚度密切相關(guān)。一般說來，極板表面的活性物質(zhì)能夠直接和硫酸電解液接觸起反應(yīng)，而極板深處的活性物質(zhì)就不然，以較大的電流放電時(shí)，由于表層生成的硫酸鉛會(huì)堵塞活性物質(zhì)的孔隙，致使極板深層的活性物質(zhì)得不到電解液的及時(shí)補(bǔ)充而中斷反應(yīng)，導(dǎo)致極板越厚，深處極板上活性物質(zhì)反應(yīng)的利用率就越少。這是因?yàn)樵诨钚晕镔|(zhì)總量相同的前提下

65、，要么增加極板片數(shù)，要么增加單極板的表面積。這兩種方式都相當(dāng)于擴(kuò)大了電解液擴(kuò)散的表面積，如果把極板變薄，則相當(dāng)于減小了擴(kuò)散的厚度。在這種情況下，不僅擴(kuò)散速度加快，濃度極化減小，而且由于反應(yīng)面積的增加，電化學(xué)極化也減小。伴隨著放電過程表現(xiàn)出來的現(xiàn)象是，電池端電壓下降的慢，電池的放電容量增加，而厚極板則是情況相反。當(dāng)然極板也不能太薄，這樣不僅會(huì)影響電池的循環(huán)壽命，電池容量的增加也不會(huì)太明顯。有研究表明：盡管極板越薄，活性物質(zhì)利用率越高，但是

66、當(dāng)極板厚度減薄到2mm以下時(shí)，再減薄極板厚度，活性物質(zhì)利用率也變化不大。也就是說，在活性物質(zhì)總量相同的前提下，薄極板的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在大電流放電情況下。</p><p><b>　　3.極板孔率的影響</b></p><p>　　所謂極板的孔率是指極板上活性物質(zhì)中孔的總體積與鉛膏的表觀總體積之比的百分?jǐn)?shù)。孔率對(duì)放電容量的影響具有兩重性，一方面孔率大了，擴(kuò)散容易，容量提高

67、；另一方面，孔率大了，活性物質(zhì)總量就會(huì)減少，容量反而減少，并且孔率過大，還會(huì)縮短電池的壽命。因此極板孔率應(yīng)在極板生產(chǎn)時(shí)合理選擇工藝過程，并且要嚴(yán)格控制過程保障能力，以生產(chǎn)出適合不同使用條件要求的最佳孔率的極板?；钚晕镔|(zhì)的孔率決定于鉛膏的視比重及涂板時(shí)的壓板操作，鉛膏視比重小，壓板時(shí)壓力小，則孔率大，反之則孔率小。一般正極板孔率控制在55%左右，負(fù)極板控制在60%左右。需要注意的是，不僅要注意孔率，還要注意孔的大小及其分布。這是因?yàn)榛钚晕?/p>

68、質(zhì)放電后，體積要增加，孔太小時(shí)很容易被堵塞而使活性物質(zhì)不能被充分利用，孔太大時(shí)又會(huì)影響活性物質(zhì)之間的連接，在閥控密封鉛酸蓄電池中，還會(huì)因影響氣體復(fù)合時(shí)的通道而影響氣體的復(fù)合效率。</p><p>　　4.活性物質(zhì)真實(shí)表面積的影響</p><p>　　相同活性物質(zhì)總量的極板放電容量不僅與上面提到的因素有關(guān)，而且還與極板的真實(shí)表面積有關(guān)。所謂真實(shí)表面積，也就是能夠與電解液直接接觸的活性物質(zhì)的表

69、面積，它要比按照極板幾何尺寸計(jì)算出來的面積大的多，一方面包括極板的片數(shù)，另一方面還包括極板細(xì)孔的表面積。因?yàn)閷?duì)于含活性物質(zhì)的極板來說，活性物質(zhì)粒子越小，表面積就越大。并且鉛酸蓄電池活性物質(zhì)的粒子都很小，因此它們做出的極板的真實(shí)表面積要比極板的表觀表面積大幾百到幾千倍。真實(shí)表面積大，則擴(kuò)散截面積與反應(yīng)面積都增加，因此放電時(shí)濃度極化和電化學(xué)極化都減小，電池電壓下降減慢，放電容量提高。因此對(duì)于體積、重量一定的鉛酸蓄電池來說，要想提高其放電容量

70、，可以通過增大極板的真實(shí)表面積來得到。此外，真實(shí)表面積還與孔的大小有關(guān)，把一個(gè)大孔分成幾個(gè)小孔，盡管總孔體積不變，但是真實(shí)表面積卻增大了。但需要注意的是小孔易被堵塞，造成這一部分表面積不能發(fā)揮作用。</p><p>　　5.極板中心距的影響</p><p>　　極板中心距是指兩個(gè)同極性極板中心之間的距離。極板中心距的大小對(duì)電池的容量也有一定的影響，這個(gè)影響可以從兩個(gè)方面來分析，一是要考慮電

71、解液量對(duì)電池容量的影響；二是通過極板中心距的改變影響內(nèi)阻，進(jìn)而影響電池放電時(shí)放出電量的多少。說到電解液量對(duì)電池容量的影響，就需要引入另一個(gè)和極板中心距密切相關(guān)的概念：極板面間距，它指的是一個(gè)電池中不同極性的相鄰極板之間的距離。大家都知道，極板中活性物質(zhì)孔內(nèi)的酸液量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠活性物質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)的需要，據(jù)報(bào)道鉛酸電池極板中的酸液量僅夠活性物質(zhì)總量的10%參加電化學(xué)反應(yīng)。而在當(dāng)今比較流行的閥控密封型鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)原則中，不僅不允許有游離態(tài)的電

72、解液存在，還要求電池隔板中的酸液量不能夠飽和，必須留下5%～10%的孔來作為氧復(fù)合的通道。并且鉛酸蓄電池中電解液硫酸的利用率通常也只有75%左右，這就要求電池在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要有足夠活性物質(zhì)反應(yīng)的電解液量，而且又要極板的面間距盡可能的小，這樣可以減小電池的內(nèi)阻，放電容量同樣也會(huì)上升。</p><p>　　2.3.2 蓄電池使用時(shí)的因素對(duì)電池容量的影響</p><p>　　1.放電電流密度的

73、影響</p><p>　　對(duì)于同種規(guī)格和數(shù)量的極板制成的蓄電池來說，放電電流密度大時(shí)，放電容量減小。反之，放電電流密度小時(shí)，放電容量增大。這是因?yàn)榉烹婋娏髅芏却髸r(shí)，電化學(xué)極化和濃差極化都將加劇，造成放電電壓迅速下降，放電容量減小。此外，放電電流密度大時(shí)，鉛離子的數(shù)量在電極附近增加很快，使硫酸鉛的過飽和度增大，生成晶粒細(xì)小而又致密的薄層硫酸鉛鹽層，它會(huì)在電解液來不及擴(kuò)散進(jìn)入活性物質(zhì)內(nèi)部時(shí)堵塞孔道，造成電極內(nèi)部活性物

74、質(zhì)更加不易反應(yīng)，利用率更低，放電容量更少。反之，當(dāng)采用較小電流密度放電時(shí)，不僅電化學(xué)極化和濃差極化減小，而且由于鉛離子的過飽和度減小，生成的硫酸鉛層將是粗大而疏松的。這種鹽層雖然也遮蓋了電極表面，但是硫酸電解液仍然可以通過它的孔隙擴(kuò)散到極板深處與活性物質(zhì)接觸、反應(yīng)，當(dāng)然能夠放出較多的容量。這也是針對(duì)同種規(guī)格電池，各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在大電流放電時(shí)，允許放出較少的容量的主要原因。比如，針對(duì)固定型的閥控密封鉛酸蓄電池，各種標(biāo)準(zhǔn)基本都規(guī)定，3小時(shí)率放

75、電的容量只要達(dá)到10小時(shí)率放電容量的75%即判為合格。</p><p>　　2.放電終止電壓的影響</p><p>　　鉛酸蓄電池的放電終止電壓，指的是蓄電池在一定的電流密度下放電時(shí)，放電到不宜再繼續(xù)放電時(shí)的電池電壓值。終止電壓是根據(jù)實(shí)際需要而定的，一般小電流放電時(shí)，終止電壓高些，大電流放電時(shí)，終止電壓低些。這是因?yàn)樾‰娏鞣烹姇r(shí)，放電曲線平坦部分很長，到終止電壓后，如果繼續(xù)放電，則電壓急劇

76、下降。超過終止電壓的容量最多也不能超過總?cè)萘康?0%左右。而且這樣的小電流過放電，容易形成大的PbSO4結(jié)晶或者在電極深處生成PbSO4，它們?cè)诔潆姇r(shí)不易復(fù)原成金屬鉛，造成極板損傷。而大電流放電時(shí)，電壓沒有平坦部分，這時(shí)主要是擴(kuò)散跟不上，形成的PbSO4較細(xì)，再充電時(shí)容易還原成金屬鉛，所以終止電壓可以定得高些。</p><p>　　3.電解液溫度的影響</p><p>　　電解液溫度對(duì)鉛酸

77、蓄電池在一定放電率和終止電壓條件下可供給的容量值有很大的影響，電解液溫度升高，放電容量增加；溫度降低，放電容量減小。電池容量隨著溫度降低而減小，與溫度對(duì)電解液粘度和電阻有嚴(yán)重影響密切相關(guān)。溫度低時(shí)，電解液粘度增大，離子運(yùn)動(dòng)受到較大阻力，電解液擴(kuò)散能力降低，濃差極化急劇增加；同時(shí)溫度低時(shí)，電解液的歐姆電阻也增大，導(dǎo)致電化學(xué)極化和歐姆極化也增加，容量同樣減小。另外，溫度低時(shí)，硫酸鉛在電解液中的飽和度降低，這就必然造成鉛離子在極板附近的過飽和

78、度增加，形成致密的硫酸鉛層，阻礙活性物質(zhì)與電解液接觸，同樣也導(dǎo)致電池容量降低。這里需要著重說明兩點(diǎn)：一是負(fù)極板受溫度的影響比正極板敏感，這也說明了電池制造商為了提高電池的低溫或大電流放電性能，通常都只在負(fù)極鉛膏中增加相應(yīng)的添加劑；二是由于電解液溫度降低而引起的放電容量的降低，并不是說電池?fù)p失了一部分容量，因?yàn)橹灰o蓄電池加溫，使電解液溫度升高，鉛蓄電池仍可放出其額定的放電容量。</p><p>　　4.電解液密度

79、的影響</p><p>　　在鉛酸蓄電池中，硫酸電解液密度的變化直接影響其放電的容量。密度太低，不僅極板孔內(nèi)電解液密度下降太多，造成內(nèi)阻增加，容量下降，而且還會(huì)造成電極附近電解液擴(kuò)散困難而導(dǎo)致容量減少。雖然低密度的電解液會(huì)對(duì)電池容量產(chǎn)生不利的影響，但是電解液密度也不能太高，如果電解液密度超過一定限度時(shí)，電解液的固有電阻增加，粘度變大，同時(shí)電池的自放電也增大，對(duì)電池容量反而不利。在電解液的相對(duì)密度為1.22時(shí)電導(dǎo)率

80、呈最大值，但是在電池放電過程中，酸的密度發(fā)生變化，由于放電率不同以及溫度和對(duì)應(yīng)于電池內(nèi)活性物質(zhì)量的電解液量不同，電解液的最適宜密度也就不同。相對(duì)密度在1.30以上的硫酸，除能增加自放電外，還會(huì)加速電池中隔板和正極板柵的腐蝕。這里需要著重說明的是：電池電解液密度的提高僅對(duì)正極有利，對(duì)負(fù)極則不然，特別是在大電流低溫放電時(shí)這種差異更為顯著，這時(shí)負(fù)極可能成為限制電池容量的因素[4]。</p><p>　　第3章 AT8

81、9C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介</p><p>　　3.1 AT89C51簡(jiǎn)介</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單

82、片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案[5]。</p><p><b>　　3.2 主要特性

83、</b></p><p>　　·與MCS-51兼容 </p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 </p><p>　　·壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p

84、><p>　　·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　　·128×8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32位可編程I/O線</p><p>　　·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　·5個(gè)中斷源 </b></p>

85、;<p><b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 </p><p><b>　　3.3 管腳說明</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。&l

86、t;/b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須

87、被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)

88、TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p>&l

89、t;p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>　　口管腳     

90、0;   備選功能</p><p>　　P3.0       RXD(串行輸入口)</p><p>　　P3.1       TXD(串行輸出口)</p><p>　　P3.2       (外部中斷0)&

91、lt;/p><p>　　P3.3       (外部中斷1)</p><p>　　P3.4      T0(記時(shí)器0外部輸入)</p><p>　　P3.5       T1(記時(shí)器1外部輸入)</p><p>

92、;　　P3.6        (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)</p><p>　　P3.7        (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)

93、振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可

94、在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/VPP：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間為外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編

95、程電源(VPP)。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性:</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英晶體振

96、蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3.4 時(shí)鐘振蕩器</p><p>　　AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外

97、石英晶體或陶瓷振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3-1。</p><p>　　外接石英晶體(或陶瓷振蕩器)及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷振蕩器建議選擇40pF±10

98、pF。</p><p>　　用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖3-1右圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。</p><p>　　圖3-1 內(nèi)部振蕩電路和外部振蕩電路</p><p>　　由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的。所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電

99、平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。</p><p><b>　　第4章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 采樣電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 設(shè)計(jì)思路</p><p>　　對(duì)蓄電池進(jìn)行容量檢測(cè)，需要大電流恒流放電，并且要測(cè)量出電流值，通過積分和累加計(jì)算出蓄電池容量，因

100、此必須有電流取樣電路。電流采樣電路為大電流放電電路，因此放電回路上的電阻應(yīng)為大功率電阻，其他器件也要符合大功率和大電流的要求；需要對(duì)電池放電進(jìn)行自動(dòng)控制，放電到10.5V則放電結(jié)束，顯示閃爍最后數(shù)據(jù)，因此要有放電控制電路；系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)電壓顯示，因此必須有電壓取樣電路。</p><p>　　4.1.2 設(shè)計(jì)方案</p><p>　　電壓采樣時(shí)，電路采用分壓形式，蓄電池電壓變化范圍為10.5

101、V-15V，分壓后將3.5V-5V范圍內(nèi)的電壓輸入A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端。為了提高準(zhǔn)確性，應(yīng)小電流放電，即放電電阻應(yīng)為大電阻，電阻R6、R7選用1K的小功率電阻，由于電阻阻值存在較大的誤差，R8選用1K左右的電位器[6]；電流采樣，應(yīng)進(jìn)行大電流放電，放電電阻RL為小阻值的大功率電阻。而蓄電池容量檢測(cè)需要對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流放電，因此在電流采樣電路中加入了恒流放電裝置，該恒流放電電路的詳細(xì)說明見4.2；由繼電器控制放電電路的通斷，繼電器的

102、選取應(yīng)符合大電流的要求。當(dāng)蓄電池電壓大于10.5V時(shí)，通過軟件設(shè)計(jì)，使P3.0口為低電平，則三極管基極為高電平，三極管導(dǎo)通，進(jìn)而控制繼電器閉合；當(dāng)電壓小于10.5V時(shí)，使P3.0口為高電平，則三極管基極為低電平，三極管截止，繼電器失電，切斷電路停止放電，并報(bào)警[7]。</p><p>　　4.1.3 原理圖</p><p>　　圖4-1 采樣電路原理圖</p><p

103、>　　4.2 恒流放電電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 設(shè)計(jì)思路</p><p>　　為了檢測(cè)蓄電池的容量，需要對(duì)電池進(jìn)行大電流放電，并且要保持電流的基本恒定。隨著放電的進(jìn)行，蓄電池的電壓必然要降低，如不加入恒流放電裝置而是進(jìn)行定電阻放電，則放電電流也會(huì)隨著電壓的降低而降低。因此要在放電回路中加入恒流放電裝置，補(bǔ)償降低的電壓，使電流基本恒定。</p>&l

104、t;p>　　4.2.2 設(shè)計(jì)方案</p><p>　　電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，其方框圖為：</p><p>　　一圖4-2a 恒流放電電路方框圖</p><p>　　電路原理圖如圖4-2b，比較放大環(huán)節(jié)由兩個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成(1片324)，采用+12V，單電源供電，RL為負(fù)載電阻，Rs為取樣電阻。Q2與Q3三極管構(gòu)成調(diào)整環(huán)節(jié)?？烧{(diào)電源

105、提供基準(zhǔn)電源，輸入信號(hào)Ei為蓄電池的電壓。電壓隨著放電時(shí)間的延長而減小。它經(jīng)過負(fù)載電阻、調(diào)整環(huán)節(jié)后在取樣電阻上形成取樣電壓。該電壓與基準(zhǔn)電壓比較并經(jīng)放大環(huán)節(jié)放大后，經(jīng)控制調(diào)整環(huán)節(jié)使電路電流恒定[8]。</p><p>　　4.2.3 原理圖</p><p>　　圖4-2b 恒流放電電路原理圖</p><p>　　4.2.4 工作原理</p>&l

106、t;p>　　若由于輸入電壓Ei的減小而使負(fù)載電流減小，則取樣電壓必然減小，從而使取樣電壓Us與基準(zhǔn)電壓E的差值(Us—E)減小。由于U5A為反相放大器，因此其輸出電壓Ub必然升高，從而使Us升高，保證了放電電流的恒定。恒流過程表示為：Ei↓→IL↓→US↓→(Us—E)↓→Ub=K(US—E)↑→Us↑。</p><p>　　由于檢查不同種類的蓄電池時(shí)，要求放電電流的大小不同，因此電路的放電電流值必須是可調(diào)

107、的，該電路中調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓E，則改變了Us與E的比較值，從而就改變了恒流放電的電流值。</p><p>　　電路元器件的參數(shù)[9]:</p><p>　　RL ：(Emin-3)/IL，其中Emin為蓄電池的放電終止電壓，IL為放電電流。</p><p>　　蓄電池的終止電壓為10.5V，IL為3-4.5A，取RL=2Ω。</p><p>　　

108、RS：0.33Ω；R1：6.2K；R2：1K；R3：16K；R4：1K；R5：100K；R6：1K。</p><p>　　4.3 數(shù)字顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 設(shè)計(jì)思路</p><p>　　靜態(tài)顯示亮度高，編程容易，管理也比較簡(jiǎn)單，但占用的I/O口資源較多，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，數(shù)字顯示采用動(dòng)態(tài)顯示方式。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是單片機(jī)定時(shí)地對(duì)顯

109、示器件掃描。在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，所以，仍感覺到所有的器件都在“同時(shí)”顯示。這種顯示方法的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低；但占用機(jī)時(shí)多，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)[10]。</p><p>　　4.3.2 設(shè)計(jì)方案</p><p>　　圖4-3為89C51

110、單片機(jī)和三位共陰極顯示器的接口電路。89C51的P3.1、P3.4、P3.5口作為掃描口，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器7406接顯示器公共陰極；P1口作為段數(shù)據(jù)口，接顯示器的各個(gè)陽極。</p><p>　　4.3.3 原理圖</p><p>　　圖4-3 數(shù)字顯示電路原理圖</p><p>　　4.4 A／D接口電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.4.

111、1 設(shè)計(jì)思路</p><p>　　本設(shè)計(jì)要進(jìn)行電壓采樣和電流采樣，因此涉及到A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。AT89C51單片機(jī)內(nèi)無A/D轉(zhuǎn)換器，要外接A/D，這里選用8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。</p><p>　　4.4.2 ADC0809簡(jiǎn)介</p><p>　　ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以