AVR单片机在蓄电池剩余电量测试仪中的应用

2006-05-07 15:49:43来源: 电子技术应用

蓄电池作为备用电源,已在计算机网络、通主、电力等领域得到了广泛的应用。蓄电沁的荷电量与整个供电系统的可靠性密切相关,蓄电池剩余电量睦高,系统可靠性越高,否则反之。对于一些重要的用电领域,例如信息处理中心,如果能在既不消耗蓄电池的能量,又不影响用电设备正常工作的条件下,实现蓄电池剩余电量的在线监测,将有重要的实际意义。近几年随着IT产业的迅速发展,电池的重要性越来越突出,对剩余电量精确预测的需求越来越迫切。

预测蓄电池剩余电量的常见方法有:密度法、开路电压法、放电法、内阻法。前三种方法测量精度较低且不适合密封蓄电池的在线测量,故较难实用。内阻法对被测蓄电池的影响很小,且蓄电池完全充电(充满)和完全放电(放完)时,其内阻相差2-4倍左右,因此,用内阻法预测蓄电池剩余电量有较高的精度,正逐步得到实际应用。

1 内阻法测量原理

1.1 蓄电池等效模型

蓄电池交流待效阻抗Z模型如图1所示。

图中:R1、R2为正、负电极的极化电阻;

C1、C2为正、负电极和极化电容;

L为引线电感;

Rn为电池欧姆电阻。

蓄电池欧姆电阻Rn表征了电池的荷电程度。便为了简化测量通常从等效阻抗Z中仅分离纯电阻R(R由RΩ、R1、R2构成),R和RΩ之间呈线性关系, 故可用R间接地表征电池荷电程度。

1. 2 四线法内阻测量

由于蓄电池内阻很小,一般为uΩΩm级,因此测量线的阻抗就变得不可忽略,为此采用四线法测量,即将驱动电流回路和感应电压电路分开。内阻四线法测量原理图如图2所示,其中R2为取样电阻。

测量蓄电池内阻的方法是:在蓄电池的两端施加一恒定的交流音频电流源is,然后检测电池两端电压Vo,以及is和V0两者之间的夹角θ。三者之间关系如图3所示。

由图3可知:Z=Vo/io

R=Zcosθ

R即为我们需要获取的蓄池内阻。

1.3 剩余电量的测量原理

    研究表明,电池的内阻与荷电程度之间有较高的相关性(0.88左右),通过测量电池内阻可较准确地预测其剩余电量。蓄电池内阻与剩余电量的关系曲线如图4所示。

具本实施的方法是:将蓄电池充满电(以12V蓄电池为例,充电至13.8V,浮充电流至10mA。)然后以0.1C放电率对电池放电,记录放电过程中内阴与电量的大小。当蓄电池放电完毕(12V蓄电池放电至10.8V)可获得完整的放是曲线,即剩余电量与蓄电池内阻之羊的关系。将些曲线存入EPROM中,在以后测试同型号同规格的蓄电池时,单片机将根据在线测到的电池内阻值,通过查表计算,得出其剩余电量值。

2 硬件设

2.1 仪器结构框图

为了实现上述剩余电量预测方法,我们研制的测试仪器硬件框图如图5所示。该仪器主要由音频信号发生器、耦合驱动器、差动放大器、滤波网络、整流电路、相位检测电路、电压电流取样电路、模拟转换开关、A/D转换器(AD7715)、单片机(AT90S8515)、LCD显示器及键盘等组成。

    需要指出的是,为了获得较高的剩余电量预测精度,被测内阻必须有足够不效位数,为此我们取4位有效数字,这样就要求A/D转换器必须在14位以上。由于蓄电池内阻、电压均为变化缓慢的低时变信号,故我们只需选低速串行A/D转换器,而∑-△类型的A/D转换器就能很好地满足我们的要求,为此我们选AD7715。AD7715为16位A/D转换器,具有自校零、自校量程功能,具有很高的测量精度,另外政治家SPI接口,便于与单片机高速通信。

单片机为Atmel公司的新一代Risc单片机(AT90S8515),该单片机具有如下优越性能:

120条精简令,且大多指令执行时间是单时钟周期;

采用哈费结构,在8MHz时钟下,每条指令执行进间仅为125ns;

片内有8KB Flash程序存储器,512byte EPROM数据存储器,512byte RAM存储器;

除拥有普通异步通信接口外,还拥有SPI接口,SPI数据传送速率高达2.5Mb/s;

拥有PWM发生器,模拟电压比较器以及Watehdog定时器。

2.2 接口设计

单片机与主要外围器件接口电路图6所示。

(1) 口用作键盘输入和外接EPROM存储器,其中PAO接存储器时钟线,PAI接存储器数据线,PA2∽PA7 接键盘。

(2) 口用作A/D转换和模拟开关通道选择,其中PBO∽PB2用作通道线,PB5∽PB7连接A/D转换器对应的SPI口线。

(3) 口用作液晶显示器数据口。

(4) 口用作A/D中请求和液晶显示器控制口,其中PD2为A/D转换器中请求,PD5为液晶显示器片选信号,PD6为读写选择信号,PD7为使能信号。

3 软件设计

测试仪器的主要程序流程图如图7~9所示。

4 测验结果

为了验证设计,我人对研制的两台样要做了全性能测试,测试结果如表1所示。

AVR是一种功能非常强大的单片机,片内不仅集成了许多外围接口功能电路,而且运算速度快、功耗低、可靠性高,非常适合中智能仪器仪表中应用。

从理论上说,只要调整音频电流源幅度,内阻法可适用各种容量的蓄电池测量。该方法也同样适用Ni-Mh、Ni-Cd及Li电池,因此用内阻法来预测蓄电池的剩余电量具有良好的通用性和实用性。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/measure/200605/1899.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved