串聯(lián)電池電壓及溫度測量方法研究

圖 1 中，E1,E2,……En 表示的是電池組，雙刀開(kāi)關(guān)K1,K2,……Kn 表示的是光電繼電器組。在不同的時(shí)間分別單獨導通K1,K2,……Kn，即可實(shí)現單體電池E1,E2,……En 的電壓測量。光電繼電器組的通斷是由D 觸發(fā)器串聯(lián)而成的移位寄存陣控制，只需兩個(gè)I/O 口分別提供時(shí)鐘信號（CLK）和數據信號（D）即可工作，大大減少了I/O 資源的占用。實(shí)際設計時(shí)，一個(gè)D 觸發(fā)器和一對光電繼電器構成選通模塊，一個(gè)電池對應一個(gè)選通模塊，所以直接將選通模塊安裝在電池上，選通模塊之間用排線(xiàn)串聯(lián)起來(lái)構成由移位寄存陣控制的選通電路。選通電路與電壓采集電路之間也用排線(xiàn)連接，需要的線(xiàn)數量很少，所以電池管理系統安裝方便，電氣走線(xiàn)簡(jiǎn)潔明了。

2、單體電池溫度測量原理

電池溫度的測量采用DALLAS 公司的DS18B20 溫度傳感器。DS18B20 采用單總線(xiàn)技術(shù)，測溫范圍-55°C~+125°C，全數字溫度轉轉換及輸出，支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，實(shí)現多點(diǎn)溫
度采樣。需要說(shuō)明的是，采用DS18B20 多點(diǎn)組網(wǎng)功能也可以實(shí)現單體電池溫度采樣，但是多點(diǎn)采樣時(shí)需要識別每個(gè)DS18B20 獨有的ROM 碼，影響采樣速度，同時(shí)無(wú)法將ROM碼同器件的實(shí)際物理位置關(guān)聯(lián)起來(lái)，所以多點(diǎn)組網(wǎng)功能不適合單體電池溫度的巡檢?；谟蒁 觸發(fā)器構成的移位寄存陣所具有的通道選通功能，本文提出一種同時(shí)啟動(dòng)，分時(shí)讀取數據的DS18B20 多點(diǎn)溫度采樣方法。該種方法中DS18B20的采樣啟動(dòng)和數據讀取都是跳過(guò)ROM 碼校驗進(jìn)行的。DS18B20 的連接方式如圖2 所示。

圖中 K1,K2,……Kn 表示的是光電繼電器，其通斷情況同樣由移位寄存陣控制。一開(kāi)始K1,K2,……Kn 全部閉合，MCU向所有DS18B20 發(fā)送采樣啟動(dòng)命令，啟動(dòng)命令發(fā)送完后斷開(kāi)所有光電繼電器，然后逐個(gè)閉合K1,K2,……Kn，讀取相應傳感器的溫度數據，實(shí)現分時(shí)讀取數據。采用同時(shí)啟動(dòng)分時(shí)讀取數據的多點(diǎn)溫度采樣方法，其所用時(shí)間僅比單點(diǎn)溫度采樣所用的時(shí)間多了數據讀取的時(shí)間，所以其采樣速度比較快。

3、移位寄存陣原理

移位寄存陣是由D 觸發(fā)器串聯(lián)構成的，它與光電繼電器一起構成選通電路。圖3 中，D1,D2,……Dn 表示的是D 觸發(fā)器，每個(gè)D 觸發(fā)器的輸出Q 是下一個(gè)D 觸發(fā)器的數據信號，所有的D 觸發(fā)器由相同的時(shí)鐘信號控制。D 觸發(fā)器的反碼輸出Q 用來(lái)控制對應的光電繼電器的通斷，當Q 為高電平時(shí)光電繼電器斷開(kāi)，當Q 為低電平時(shí)光電繼電器導通。通過(guò)控制第一個(gè)D 觸發(fā)器的數據信號，可實(shí)現D1,D2,……Dn 的Q 逐個(gè)輸出低電平即移位功能，從而控制光電繼電器K1,K2,……Kn按順序的逐個(gè)單獨閉合，實(shí)現通道選通功能。

移位寄存陣的工作時(shí)序圖如圖 4 所示。其中，CLK 是時(shí)鐘信號，D 為移位寄存陣中第一個(gè)D 觸發(fā)器的數據信號，Q 1,取的D 觸發(fā)器是上升沿觸發(fā)工作。在時(shí)鐘信號的第一個(gè)上升沿時(shí)，將D 置高電平，第一個(gè)D 觸發(fā)器的輸出Q1 在時(shí)鐘信號的第一個(gè)上升沿和第二個(gè)上升沿的時(shí)間段內是高電平，Q 1為低電平。接下來(lái)一直將D 置為電平，每次時(shí)鐘信號的上升沿到來(lái)的時(shí)候，D 觸發(fā)器的輸出Q 的高電平狀態(tài)就會(huì )依次傳給下一個(gè)D 觸發(fā)器，即移位寄存陣的D 觸發(fā)器的Q 端依次在不同的時(shí)間段單獨輸出高電平，從而Q 1, Q 2,…… Q n 依次輸出低電平。在Q 1, Q 2, …… Q n 的控制下，光電繼電器K1,K2,……Kn 依次閉合。