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在冬季，室外設(shè)備蓄電池工作環(huán)境溫度低，電池在低溫下的性能隨溫度變化衰減嚴重，相關(guān)研究表明，鋰電池在0℃放電容量為常溫下的80.2%，-10℃只有常溫下的66.4%，而-20℃時僅有44.1%。同樣，鉛酸蓄電池也具有類似的低溫特性。因此，低溫對電池性能影響十分明顯，在某些情況下，不能保證設(shè)備的正常使用。 采用低功耗的AVR 系列單片機、LM35 數(shù)字式溫度傳感器、LCD顯示器，軟件方面采用功能模塊化編程技術(shù)實現(xiàn)采樣電池箱內(nèi)實時溫度，通過單片機控制加熱體進行電池環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，以達到對電池工作環(huán)境溫度控制目的。 1 硬件設(shè)計與實現(xiàn) 1.1 溫度采集電路 圖1 溫度采集電路 圖1 中的U9 為集成運算放大器LM224，其內(nèi)部集成了四個獨立的集成運算放大器，圖中R20 和R21 對輸入電壓進行分壓，C21、C4、進行噪聲濾除后送入U9 的第一個集成運算放大器U9A，U9A 設(shè)計成電壓跟隨器，分壓后的電壓經(jīng)電壓跟隨器后提高了帶載能力，電阻R47 耦合送入單片機的ADC0 進行A/D 變換。 圖中J2 是溫度傳感器輸入接口，經(jīng)R27 耦合后送入U9 的第二個集成運算放大器U9B，U9B 設(shè)計成同相比率放大電路，放大倍數(shù)為2，溫度傳感器使用LM35，其輸出電壓與攝氏溫度成比例，溫度每變化1℃，電壓輸出變化10mV。圖中J2 采用0 到+5V 供電，因此0℃輸出電壓為0mV，25℃輸出電壓為250 mV，100℃輸出電壓為1V，由于參考電壓是2.56V，因此放大2 倍使得100℃輸出電壓為2V 接近2.56V，測量溫度的量程略以大于100℃。溫度傳感器輸出電壓經(jīng)2 倍放大后，由電阻R2 耦合送入單片機的ADC2 進行A/D 變換。 1.2 開關(guān)和加熱電路設(shè)計 開關(guān)和加熱電路如圖2 所示，圖中U1 是貼片光耦PS2801-4，電路中起到電壓變換的作用，電器標號KG1、KG2、KG3 分別接到單片機的PC0、PC1、PC2。光耦輸出JDQ1、JDQ2、JDQ3 分別用于控制繼電器1、繼電器2 和繼電器3。繼電器采用HHC67E，其控制電壓為12 伏，直流40 伏分斷電流20A，交流250 分斷電流30A，開關(guān)次數(shù)100000 次。 圖2 中的Q3、R32、R35、D3 和JDQ3 構(gòu)成加熱電路，當單片機測得的電池溫度小于設(shè)定值時，單片機控制PC3 輸出低電平，驅(qū)動光耦使得電器標號JDQ3 與12V 電壓相連，NPN 三極管Q3 導(dǎo)通，繼電器3吸合，輸入電壓VIN2 通過端子J4 輸出到加熱體上，加熱體工作加溫；當單片機測得的電池溫度大于設(shè)定值時，單片機控制PC3 輸出高電平，使得電器標號JDQ3 與12V 電壓斷開，NPN 三極管Q3 截止，繼電器3 放開，加熱體停止加溫。加熱體加熱狀態(tài)通過R45、VR2 和C29 反饋到單片機的PD5 進行探測，加熱體工作時，調(diào)節(jié)VR2 使得對應(yīng)電壓等級的電器標號THOT 電壓為4.5V 左右。 圖2 開關(guān)和加熱電路 2 軟件設(shè)計 主程序主要完成對子程序的初始化，在判斷初始化程序成功之后執(zhí)行測溫程序模塊，并對溫度進行顯示，同時完成與設(shè)定溫度的比較， 形成可以控制降溫設(shè)備降溫、加熱設(shè)備升溫與停止工作三種工作狀態(tài)，在超過警戒溫度時還要發(fā)出聲光報警。 圖3 系統(tǒng)程序流程圖 3 結(jié)語 本系統(tǒng)采用單片機對系統(tǒng)的溫度進行采集、控制，具有鍵盤輸入溫度給定值，LCD 數(shù)碼管顯示溫度值和溫度越限報警的功能，實現(xiàn)自動控溫，使其溫度穩(wěn)定在某一個設(shè)定范圍內(nèi)。具有設(shè)計原理簡單、實現(xiàn)方便、測量精度高、硬件連線簡單、可靠性強等特點，在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中具有很高的應(yīng)用價值。 |
