基于单片机控制的汽车蓄电池电压、容量监测系统设计*

宋海燕，陈继涛，宋娟

基于单片机控制的汽车蓄电池电压、容量监测系统设计*

宋海燕，陈继涛，宋娟

（青岛黄海学院，山东 青岛 266427）

蓄电池作为汽车的稳定电源和后备电源，是确保车载用电设备正常运行的最后一道生命线。设计一种基于单片机的汽车蓄电池状态监测系统，能实现对汽车蓄电池的电压及容量等数据的实时监测、显示及电压超限报警，具有重要的意义。

蓄电池；电压；容量；单片机

引言

现在随着汽车行业的迅速发展，汽车蓄电池的重要性也越来越受到人们的重视，蓄电池作为直流系统向外供电的唯一设备，为汽车的起动、点火、照明等提供工作电源，其性能的好坏直接关系到汽车电力系统的安全、可靠、高效运行与乘坐舒适性。因此，为了确保汽车用电设备能正常安全连续运行，必须保证汽车蓄电池的运行状态性能良好，要加强对汽车蓄电池的监测工作。

1 控制方案的确立

在蓄电池监测系统中，对蓄电池的电流和温度等常规测量的测量技术都已成熟。本文主要通过对蓄电池的电压以及容量等数据进行实时监测和显示，在异常情况下向用户发出报警信号（声光）。整个系统硬件电路构成简单，主要功能均由软件编程实现，因此体积小、可靠性高、测量显示方便、直观。

1.1 系统功能

本设计由STC89C52单片机核心电路、A/D采样芯片PCF8591电路、分压电路、液晶LCD1602显示电路、电源电路、报警电路等组成。

（1）单片机通过PCF8591进行电压的实时监测，电压超出额定值蜂鸣器报警。

（2）液晶LCD1602显示容量百分比，实时监测蓄电池的剩余容量。

1.2 系统总体结构

系统具体框图如图1所示：

图1 系统硬件框图

2 硬件电路设计

2.1 PCF8591A/D采样电路设计

本系统选择低功耗、8-bitCMOS数据的PCF8591作为A/D采样芯片。PCF8591具有1个串行I²C总线接口、4个模拟输入和1个模拟输出。在PCF8591器件上输入输出的控制、地址和数据信号都是以串行的方式通过双线双向I2C总线进行传输。其具体电路设计如图2所示。SCL、SDA外接两上拉电阻，让数字信号读取更稳定。

图2 采样电路原理图

图3 分压电路原理图

2.2 分压电路设计

系统采用串联电阻分压设计。在串联电路中，各电阻两端的电压之和等于电路总电压，且各电阻上的电流相等。本系统选用的A/D芯片采集5V电压，故超过5V的电压需要分压后降压为0­-5V才可以经过A/D转换。其电路设计如图3所示。

2.3 LCD1602液晶显示模块电路设计

系统中采用LCD1602作为显示器件输出蓄电池数据，通过电位器调节液晶显示的对比度，即清晰度，具体电路设计如图4所示。

2.4 报警电路设计

为起到更好的报警作用，电路设计通过一个PNP三极管驱动蜂鸣器，从而使蜂鸣器的声音更加响亮，且基极电路可避免误报警。蜂鸣器电路如图5所示。

图4 LCD1602液晶显示电路原理图

图5 蜂鸣器报警电路

3 系统软件设计

为了满足监测的实时性，电池参数的采集是单片机采用定时中断的方式访问A/D采样芯片进行的。定时中断发生之后进入中断服务程序，调用PCF8591的控制操作程序，进行数据采集、处理和显示，电压值若超过上下限则蜂鸣器报警。

4 结束语

本系统采用单片机进行控制，硬件电路构成较简单，体积小，安装方便。用单片机作为控制器，通过软件的编程和硬件电路的相互配合，实时监测汽车蓄电池的电压及剩余容量等数据，实现汽车蓄电池电压过低报警，能够较好地对汽车蓄电池的工作状态进行监测。

[1] 刘纯,张晓娟.蓄电池智能监测与维护系统[J].电源世界,2016,24 (06):28-30.

[2]孙国栋,于士军.汽车蓄电池低压报警系统设计[J].汽车实用技术. 2017(4):28-29.

[3]孔伟伟,杨殿阁,李兵,连小珉.汽车蓄电池管理方法的研究[J].汽车工程. 2015(5):576-581.

[4]郭佑民,胡广鹏,谢飞.机车蓄电池在线监测与地面分析系统[J].仪表技术与传感器. 2012(8):51-52,55.

Design of voltage and capacity monitoring system of automobile battery based on MCU*

Song Haiyan, Chen Jitao, Song Juan

（Qingdao Huanghai College, Shandong Qingdao 266427）

As the stable power supply and backup power supply of vehicle, battery is the last lifeline to ensure the normal operation of vehicle electrical equipment. It is of great significance to design a condition monitoring system of automobile battery based on single chip microcomputer, which can realize the real-time monitoring, display and over limit alarm of voltage and capacity of automobile battery.

Battery; Voltage; Capacity;MCU

U463.3

B

1671-7988(2019)24-165-02

U463.3

B

1671-7988(2019)24-165-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.053

宋海燕（1982-），女，青岛黄海学院副教授，研究方向：系统与自动控制。

山东省高等学校科技计划项目（编号：J18KB155）。