基于单片机的蓄电池温控器的设计与实现
2014-12-24陈笑雷
陈笑雷 王 磊
（中国人民解放军大连91550部队 93分队，辽宁 大连 116023）
在冬季，室外设备蓄电池工作环境温度低，电池在低温下的性能随温度变化衰减严重，相关研究表明，锂电池在0℃放电容量为常温下的80.2%，-10℃只有常温下的66.4%，而-20℃时仅有44.1%。同样，铅酸蓄电池也具有类似的低温特性[1]。因此，低温对电池性能影响十分明显，在某些情况下，不能保证设备的正常使用。
采用低功耗的AVR系列单片机、LM35数字式温度传感器、LCD显示器，软件方面采用功能模块化编程技术实现采样电池箱内实时温度，通过单片机控制加热体进行电池环境温度的调节，以达到对电池工作环境温度控制目的[2]。
1 硬件设计与实现
1.1 温度采集电路
图1 温度采集电路
图1中的U9为集成运算放大器LM224，其内部集成了四个独立的集成运算放大器，图中R20和R21对输入电压进行分压，C21、C4、进行噪声滤除后送入U9的第一个集成运算放大器U9A，U9A设计成电压跟随器，分压后的电压经电压跟随器后提高了带载能力，电阻R47耦合送入单片机的ADC0进行A/D变换。
图中J2是温度传感器输入接口，经R27耦合后送入U9的第二个集成运算放大器U9B，U9B设计成同相比率放大电路，放大倍数为2，温度传感器使用LM35，其输出电压与摄氏温度成比例，温度每变化1℃，电压输出变化10mV。图中J2采用0到＋5V供电，因此0℃输出电压为0mV，25℃输出电压为250 mV，100℃输出电压为1V，由于参考电压是2.56V，因此放大2倍使得100℃输出电压为2V接近2.56V，测量温度的量程略以大于100℃。温度传感器输出电压经2倍放大后，由电阻R2耦合送入单片机的ADC2进行A/D变换。
1.2 开关和加热电路设计
开关和加热电路如图2所示，图中U1是贴片光耦PS2801-4，电路中起到电压变换的作用，电器标号KG1、KG2、KG3分别接到单片机的 PC0、PC1、PC2。 光耦输出 JDQ1、JDQ2、JDQ3分别用于控制继电器1、继电器2和继电器3。继电器采用HHC67E，其控制电压为12伏，直流40伏分断电流20A，交流250分断电流30A，开关次数100000次。
图2中的Q3、R32、R35、D3和JDQ3构成加热电路，当单片机测得的电池温度小于设定值时，单片机控制PC3输出低电平，驱动光耦使得电器标号JDQ3与12V电压相连，NPN三极管Q3导通，继电器3吸合，输入电压VIN2通过端子J4输出到加热体上，加热体工作加温；当单片机测得的电池温度大于设定值时，单片机控制PC3输出高电平，使得电器标号JDQ3与12V电压断开，NPN三极管Q3截止，继电器3放开，加热体停止加温。加热体加热状态通过R45、VR2和C29反馈到单片机的PD5进行探测，加热体工作时，调节VR2使得对应电压等级的电器标号THOT电压为4.5V左右。
图2 开关和加热电路
2 软件设计
主程序主要完成对子程序的初始化,在判断初始化程序成功之后执行测温程序模块,并对温度进行显示,同时完成与设定温度的比较,形成可以控制降温设备降温、加热设备升温与停止工作三种工作状态,在超过警戒温度时还要发出声光报警。
图3 系统程序流程图
3 结语
本系统采用单片机对系统的温度进行采集、控制,具有键盘输入温度给定值,LCD数码管显示温度值和温度越限报警的功能,实现自动控温,使其温度稳定在某一个设定范围内。具有设计原理简单、实现方便、测量精度高、硬件连线简单、可靠性强等特点,在现代生产生活中具有很高的应用价值。
［1］周良忠.浅议阀控密封铅酸蓄电池对温度的敏感性[J].通信电源技术,1998,12.
［2］杨述斌.反馈式工业温度控制系统的设计与实现[J].科学技术与工程,2007.
