基于STM32的蓄电池电流检测系统设计

黄振鹏，王永杰

（桂林理工大学信息科学与工程学院，广西桂林，541004）

0 引言

蓄电池是一种将化学能转变成电能的储能设备，是一种直流电源[1]。随着生产技术的革新，蓄电池的品种也变得多种多样，为了让蓄电池寿命更长，更符合实际工作环境，设计了电流检测系统，通过检测电流的大小对蓄电池是否发生故障进行简单判断。本系统可以应用到汽车用蓄电池故障检测中，车主可以通过直观的数值显示判断汽车故障是否是由于蓄电池发生故障而导致。目前常用的电流检测方法主要有直接检测法和间接检测法两类，本设计采用直接式电流检测法，基于STM32F103C8T6的电流检测系统采用STM32最小系统作为控制核心，经过转换电路将电流信号转变成为电压信号，通过AD转换电路对电压信号进行采样处理并输出[2]。

1 系统总体设计

蓄电池电流检测系统框图如图1所示，整个系统由单片机、电流源、OLED显示电路和蜂鸣器报警电路等几部分组成。其中电流源电路的组成和工作过程为：对220V 50HZ的交流电进行降压整流，变成所需要的直流电压，并控制电压在电源模块所能接受的输入电压范围；经过降压器降压之后通过恒流电源模块输出8A-10A的直流电流，并输出9.6V-12V的直流电压；再经过分流器，进行电流/电压的转换（注意这里在转换时功率很大必须考虑功率对电阻、导线的影响），通过电压跟随器输出到分压电路。分压电路输出的电压经过STM32采集并处理，最后在OLED液晶显示屏显示电流值。如果电流的取值范围大于正常值，将驱动继电器关断从而对整个系统进行保护，小于正常值将驱动蜂鸣器进行报警。

图1 系统总体框图

2 硬件电路设计

系统电路原理图如图2所示。单片机选择STM32F103 C8T6最小系统模块，利用其A1接口作为AD采集输入端，B8接口作为蜂鸣器输出端，B6，B7接口作为OLED液晶显示输出端。A1采集到的数据经过该单片机处理把模拟信号变成数字信号。电压比较器是模拟信号电路中常用的处理电路，系统中采用的是芯片LM393，该芯片是专业级别的电压比较器，切换快、延时小、专门用于电压比较，有着不错的电压比较能力[3]。它将反向输入端的输入电压作为基准电压与正向输入端的电压作对比，基准电压设为3.3V，如果输入的电压大于基准电压则输出高电平，如果输入的电压小于基准电压则输出低电平。

图2 系统电路图

分流器电路相对简单，只要考虑好要进行分流之后的电压电流再在电路回路中加装一个合适的电阻即可，考虑到功率问题，因此电阻需要满足最小100W的功率。电压跟随器选用芯片LM358，是一种共集电极电路，该电路信号从基极端输入射极端输出。电路选用的蜂鸣器需要高电平驱动，该蜂鸣器需要外接3.3V-5V直流电压供电，采用S8050三极管驱动，当I/O口接到单片机对应I/O口（B8）并接收到高电平信号时，蜂鸣器启动，发出蜂鸣声。这个报警方式简单方便，并结合OLED显示能很好的对电池状态做出反馈。显示屏选择0.96寸4脚OLED液晶显示屏，该设备通过5V电源供电。

3 软件程序设计

系统的程序设计主要有AD转换、OLED显示、蜂鸣器报警几部分组成。主程序流程图如图3所示。系统在开始上电后，首先是硬件系统初始化，包括AD初始化、OLED初始化和蜂鸣器初始化，接着电流传感器采集信号并传送到单片机进行处理，单片机把处理好的数据输出到OLED进行数字显示，同时判断电流值的大小，低于阈值显示unnormal字样并驱动蜂鸣器报警，高于阈值显示normal字样，并显示一个图案：图案里的E代表状态不好，F代表状态良好。

图3 主程序流程图

4 系统测试

系统测试是验证系统能否正常工作的一个重要部分。测试环境为：10A电流发生器，电压跟随器供电电压15V，供电电流0.05A，最值1Ω、功率100W的电阻。电路实物图如图4所示。

图4 系统电路实物图

首先对各分电路进行测试：①分流器是利用电阻组成的电路，由V=IR换算，测试过程中能实现这样的转换，但是要求各器件都要有足够大的功率。②电压跟随器测试，将分流器转换的电压通过电压跟随器输出到电阻分压。③分压电路由电阻分压组成，采用18kΩ+2kΩ设计分压，实现将跟随电压降低10倍的功能。④电压比较器的测试，基准电压为3V或0V（接地），3V时输入电压低于基准电压输出低电平，接地时输入电压高于基准电压输出高电平表示过电压，驱动继电器关断。⑥OLED的测试，当电流值达到设定阈值（设定为5A）时不发出警报，当低于阈值时放出警报。各分电路测试都能正常工作，之后对整体系统进行测试，测试电流的实际值、测量值和误差数据如表1所示。

表1 测量值及误差

5 结语

所设计蓄电池电流检测系统，主要由电流采集、电流转换、降压、A/D转换、数据分析、数据显示等模块组成，可以应用到汽车蓄电池检测环境中。随着检测技术智能化、联网化、集成化历程的不断推进，电流检测作为汽车蓄电池状态监控的一个重要技术也不甘落后，因此汽车蓄电池电流检测系统将给车主一个很直观的电池状态信息，为车主省去不少时间和金钱，具有重要的实用价值。