一种基于89C52单片机控制下的干电池*放电特性测试仪*

程 琦

(山西职业技术学院 山西 太原 030006)

一种基于89C52单片机控制下的干电池*放电特性测试仪*

程 琦

(山西职业技术学院 山西 太原 030006)

本设计的控制核心采用STC系列89C52单片机，通过ADC0832采集芯片及霍尔电流传感器完成对电压、电流的采集，运用74LS138控制八路继电器完成对八种负载阻抗的选择，并且能够通过矩阵键盘选择负载阻抗以及预设干电池终止放电的电压值，并且能够在QC12864液晶屏上显示放电前及放电时数据；该设计具有控制电路简单，可靠性高，操作方便，模数转换、存储、断电一体化，且成本低等特点。

STC89C52；QC12864；ADC0832；霍尔电流传感器；74LS138；24C1024

具有关部门的数据统计，在“十二五”期间我国干电池市场需求及产量均迅速扩大。其中平均每年的产量增长速度可达20%，近5年以来总体涨幅高达2倍。这就意味着，经过多年发展干电池的相关技术，如比能量、循环寿命、高低温适应性等性能已有所突破。目前我国的干电池的相关技术已有了很大的进步，各种先进技术的加入使干电池逐步形成一个成熟的技术。

针对于干电池广阔的市场前景,本设计意在开发一种新型的干电池放电特性测量仪，针对干电池在放电过程中的各项性能做测试，以促进人们在日常使用过程中能够有效的、完全的利用各类型的干电池[1]。本设计的控制核心采用STC系列89C52单片机，通过ADC0832采集芯片及霍尔电流传感器完成对电压、电流的采集，运用74LS138控制八路继电器完成对八种负载阻抗的选择，并且能够通过矩阵键盘选择负载阻抗以及预设干电池终止放电的电压值，且在QC 12864液晶屏上显示放电前及放电时数据[2]；本设计使用两片24C1024存储芯片将测试数据保存，也可以实时显示干电池放电的曲线。另外，用直流稳压电源给装置提供5 V的直流电压，保证该装置的稳定，该设计具有控制电路简单，可靠性高，操作方便，模数转换、存储、断电一体化，且成本低等特点[3]。

1 系统模块选择

1) 电压采集模块：电压采集模块通常是一种由8位分辨器、双通道模/数转换芯片组成。不同器件的挂接、处理器控制由独立芯片代替，使得控制过程更便利。数据输入部分采用DI控制器，使得通道功能选择可轻松实现。输入输出电平与TTL/CMOS相兼容。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级[4]。

2) 电流采集模块：采用霍尔电流传感器(LEM模块)-LA25-NP对电流进行检测。霍尔传感器的工作原理是根据磁补偿原理制成，感应范围广泛。最主要的特点是所工作区域可输出线性的特性曲线[5]。其低功耗，质量轻，稳定的温度性，对于测量频带较宽及不同波形的信号都适用。且其具有电隔离性，输出信号易于理解，精准高。

3) 时钟模块：利用单片机内部的定时系统。即定时系统设置好工作方式后启动器中断程序，此时无需使用CPU的功能资源，定时系统自行工作。程序进行到计算器溢出，中断程序启动CPU开始工作，这一工作原理使单片机控制系统灵活度提高，效率增强。

4) 显示部分：系统采用QC12864B型号液晶显示器，其特有的16*16点阵8192个中文汉字点阵模块和16*8点阵128个字符的GDRAM，可以很好的显现出相关文字及图形。配置LED背光，具有低电压低功耗特点。

5) 继电器驱动模块：采用PNP型三极管驱动继电器：当给三极管基极低电平时，三极管处于导通状态，此时继电器吸合，反之亦然；为了节省I/O资源，采用74LS138译码器，来控制三极管的通断，进而控制继电器的吸合与断开。

6) 电源模块：开关稳压电源。主要控制电路有基准电压的误差检测放大、脉宽调制器、振荡器、分频器及门电路组成，在此采用开关电源集成芯片，整体机构集成度高，外围元器件少，效率高。

2 总体设计方案

本系统采用STC89C52单片机为核心控制，对干电池的放电实施自动检测、循环采样、自动分析处理采样结果，记录干电池放电的各项参数，并在液晶上显示数据；本系统采用八种负载阻抗，每种负载阻抗都对应一个继电器，通过键盘选择负载阻抗；本系统还可以通过键盘任意设定干电池放电的电压值，当干电池放电达到设定的电压值时，控制负载的继电器断开，干电池停止放电[6]；本系统使用两片24C1024存储芯片可以将测试数据保存下来，也可以实时显示干电池放电的曲线，另外增加了按键声音功能。该系统具有控制电路简单，可靠性高，操作方便，模数转换、存储、断电为一体化，且成本低等特点。

3 硬件设计

3.1 系统框图

图1 系统框图

3.2 单元电路设计

3.2.1 单片机最小系统

STC系列89C52单片机是新一代运算速度高、功耗小的单片机，其内部使用的程序语言兼容了以往51系列单片机12/6时钟机器周期的选择性，内部集成MAXB10专用复位电路，时钟频率在12 MH以下时，复位即可直接接地。

3.2.2 负载选择电路设计

本设计采用八种负载阻抗，每种负载阻抗都对应一个继电器，通过键盘选择负载阻抗，从而控制干电池放电；当键盘输入要选择的负载阻抗，控制器执行做出相应的判断，使负载阻抗对应的继电器吸合，负载阻抗则与干电池正极相连接。

3.2.3 存储模块电路设计

存储模块采用24C1024电可擦除PROM存储芯片，24C1024与单片机的接口非常简单，两线串行接口，完全兼容IIC总线，具有体积小，数据掉电不挥发等特点。

3.2.4 液晶显示硬件电路设计

显示模块我们采用了QC12864液晶屏，它具有显示质量高，数字式接口，功耗功率小的特点，能够满足文字、数字及图形符号的显示，能够满足本设计的要求。

3.2.5 键盘模块电路设计

本次设计硬件处理方面使用较多的按键开关，通过将按键进行矩阵形式的排列，减少I/O端口的使用。矩阵形式的键盘，由按键开关作用于交叉连接处。当开关没有按下，所有输出端口均得到高电平值，也就意味着无键按下。当开关按下，所涉及到的输出线会得到低电平，从而可知此时有信号。

4 软件流程图

图2 软件流程图

5 安装调试与数据分析

时钟功能系统具有时钟功能，能设定、调节显示的时间。本系统能够以24小时制设定任意时间；时间设定通过键盘输入所需的时间；存储功能系统存储功能能够实现对电压、电流、时钟的保存。由于要保存的数据量比较大，我们采用了2片24C1024，通过地址选择来选取到那个存储芯片中。另外我们增加了将存储的数据回放功能，通过一个独立的按键将其存储的数据回放出来，每按一下回放一次存储的数据，能够直观的看出存储的数值；控制干电池放电电压模式：系统可以通过键盘任意设定干电池放电的电压值，当干电池放电达到设定的电压值时，控制负载的继电器断开，干电池停止放电；另外，还可以进行多次断续放电直至达到电压或电流预设下限值；实时显示干电池放电曲线：系统具有实时显示干电池放电的电压随时间变化的曲线功能，能够直观的看出干电池的放电电压的变化。输出电压、电流分析：系统能够通过控制器将检测到的电压和电流值在液晶上显示出来，对检测出的电压电流值有一定的要求。

6 设计总结

本设计已成功应用于电池的研究及生产过程中，有效改善了干电池放电特性的性能指标。

其控制电路简单，可靠性高，操作方便，模数转换、存储、断电为一体化，且成本低等特点，受到广大生产厂商的好评。

[1] 蒋凯.几类面向电网的储能电池介绍[J].电力系统自动化，2013(4)：71-75.

[2] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].第3版.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[3] 李洪.基于单片机控制的锂电池充电和保护[J].通信对抗，2004(9)：56-57.

[4] 范丽.电池性能在线检测技术的研究与设计[D].西安：西北工业大学，2014.

[5] 耿海翔.光电池特性测量的研究[J].成都大学学报，2005(4)：44-46.

[6] 邵欣.基于单片机的智能充电器设计[J].河南科技，2014(2)：19-20.

Feature Tester Based on 89C52 Single Chip Microcomputer Control

Cheng Qi

(ShanxiPolytechnicCollege,TaiyuanShanxi030006,China)

This design takes 89C52 SCM of STC series as the control core, through the ADC0832collecting chip and the Hall current sensor, to complete the acquisition of voltage and current. The choice for eight kinds of load impedance is completed using 74LS138 eight-way relay, and the load impedance can be selected by the matrix keyboard selection and preset the terminate discharge voltage of dry cell, and then the data before the discharge and discharging can displayed in the QC12864 LCD panel. The design has the advantages of simple control circuit, high reliability, easy operation, conversion of module, storage, power failure of integration, and low cost.

STC89C52；QC12864；ADC0832；Hall current sensor；74LS138；24C1024

2017-06-22

山西省教育科学规划课题(GH-16154);山西职业技术学院院级课题(H201601)

程 琦(1981- )，女，山西太谷人，讲师，硕士研究生，电子信息及通信技术。

1674- 4578(2017)04- 0031- 03

TM911.1；TP216

A