蓄電池在線(xiàn)監測系統的設計與實(shí)現

系統硬件設計

系統硬件結構

蓄電池在線(xiàn)監測系統是以STC89系列的STC89C58RD+微控制器、XILINX的XC9572-84為核心，外圍電路主要由電壓采集電路、 A/D轉換電路、顯示驅動(dòng)電路及鍵盤(pán)電路等幾部分組成的，如圖1所示。A/D轉換芯片采用10位ADC TLC1549。顯示驅動(dòng)芯片采用MC14489B，它可以驅動(dòng)5位共陰極數碼管，微控制器的P1口的低5位作為鍵盤(pán)輸入口，擴展的RS485接口用于多 機通信 。下面詳細介紹系統中STC89C58RD+、XC9572-84器件和電壓采集電路、A/D轉換電路的設計與實(shí)現。

　　圖1 系統硬件結構框圖

微控制器STC89C58RD+簡(jiǎn)介

STC89C58RD+是STC89系列的微控制器，它不但與80C51完全兼容，而且還有新的特點(diǎn)：片內含有Flash程序存儲器32Kb， DataFlash數據存儲器32Kb，RAM數據存儲器1208B，同時(shí)內部還有看門(mén)狗（WDT）；由于A(yíng)LE信號開(kāi)關(guān)狀態(tài)可設置，從而降低了EMI； 具有可編程的8級中斷源4種優(yōu)先級，具有系統可編程（ISP）和應用可編程（IAP）等特點(diǎn)，片內資源豐富、集成度高、使用方便。STC89C58RD+ 對系統的工作進(jìn)行實(shí)施調度，實(shí)現外部輸入參數的設置、電池電壓的測試和顯示、電池工作狀態(tài)的指示。

邏輯編程器件XC9572-84（CPLD）

由于監測的電池節數較多，所需要I/O口較多，用傳統的設計方法，需要74HC273、74HC00、74HC138、CD4514等多種芯片來(lái)實(shí) 現，器件種類(lèi)和數量多，使PCB的尺寸加大，也增加了系統的不穩定因素。本系統選用XILINX系列的CPLD器件XC9572-84，其共有72個(gè)宏單 元，69個(gè)I/O口，1600個(gè)門(mén)，72個(gè)寄存器，可以對上述多種芯片進(jìn)行集成。該器件具有在系統可編程能力，含有先進(jìn)的數據保密特性，它可以完全保護編 程數據不被非法讀取和擦除，每個(gè)I/O口都有一個(gè)可編程輸出擺率控制位從而可減小系統噪聲，采用具有較低功耗的快速閃存技術(shù)，每個(gè)I/O口的驅動(dòng)能力強， 負載電流可達24mA。XC9572-84接收單片機傳來(lái)的數據和地址，控制各個(gè)固態(tài)繼電器（G3VM-402C）的選通以及A/D轉換的進(jìn)行，達到采集 電壓的功能。采用了CPLD器件后，減少了系統所需器件的數量和種類(lèi)，簡(jiǎn)化了PCB的排版和布線(xiàn)，減小了系統體積和節約成本，方便了系統調試，有利于批量化生產(chǎn)。

　　圖2 電壓采集電路

電壓采集電路

電壓采集電路直接影響到電壓測試的精確程度,因而采集電路設計得是否適當對整個(gè)系統至關(guān)重要。對每節電池電壓進(jìn)行測量,有兩種方法:①對每節電池電 壓直接采集。②采集(ｎ+1)節電池的總電壓,減去ｎ節電池的總電壓得第ｎ+1節電池電壓。第一種電壓采集精確而且安全。第二種雖然電路比較簡(jiǎn)單但是當電 池節數多時(shí)采集的電壓太高，不安全而且會(huì )出現較大的誤差。因此選用第一種方法。電壓采集電路要求要安全，采集的電壓要足夠的穩定。本系統的蓄電池組采用串 接方式，BAT1+接第一節電池的正極，BAT2+接第二節的正極（第一節的負極），如此依次連接，最多可達41節。經(jīng)過(guò)XC9572-84模擬開(kāi)關(guān)選通 G3VM-402C后，將1～n節電池電壓依次釋放到電壓總線(xiàn)BUS1+、BUS1-上，電路選用運算放大器LM358作為信號放大器件，它的前級為差分 式放大器，后級為電壓跟隨器，使TLC1549得到一個(gè)穩定的采樣電壓，如圖2所示。1VD0和1VD1采用FR104高速開(kāi)關(guān)管來(lái)保護運算放大器的內部 電路。差分式放大倍數為A=0.2，具體推導如下：

(Ua-Up)/1R12=Up/1R14； ①

(Ub-Un)/1R11=(Un-Vo)/1R13；②

注意運放的“虛短”特點(diǎn)，有Up=Un；結合①、②兩式得到Vo=((1R11+1R13)/1R11)