鋰離子電池加熱的PLC系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u43991.1單片機(jī)模塊 150861.2溫度檢測與溫度控制 2182061.2.1數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作 2158451.2.2按鍵電路設(shè)計(jì) 383641.3顯示屏 3309611.5模塊連接與集成 4113961.6本章小結(jié) 5251072軟件設(shè)計(jì) 6632.1總體方案 666922.2總體程序流程圖 672722.3溫度檢測模塊 7241152.4屏幕顯示 8219512.5按鍵輸入模塊 8133772.6溫度控制模塊 91硬件設(shè)計(jì)鋰離子電池加熱系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要以STC89C52為基礎(chǔ)，由溫度采集和溫度控制，按鍵設(shè)置，顯示屏這些部分組成，在以上模塊設(shè)計(jì)成功后再進(jìn)行這些模塊之間的聯(lián)合設(shè)計(jì)。1.1單片機(jī)模塊主控制器需要連接一塊LCD1602液晶顯示屏，一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，兩個(gè)繼電器等硬件資源，在保證運(yùn)算速度快的前提下，選擇功耗低的控制器是比較合適的選擇。一般大家會(huì)在意法半導(dǎo)體32位系列微控制器芯片和51系列之間做選擇，在查閱資料后了解到，STC89C52共有40個(gè)引腳，內(nèi)核是經(jīng)典的MCS-51，實(shí)際應(yīng)用在生產(chǎn)中的頻率可以到達(dá)48MHz，內(nèi)部硬件資源有8k字節(jié)的FLASH，三個(gè)16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針等等，STC89C52完全可以滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，另外，考慮到學(xué)習(xí)時(shí)間有限和能力無法短時(shí)間極快提升，51系列單片機(jī)相對來說容易上手學(xué)習(xí)，所以最終決定采用STC89C52作為鋰離子電池加熱系統(tǒng)的主控制器，常用管腳如圖5-1所示。圖5-1STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)核心電路1.2溫度檢測與溫度控制鋰離子電池加熱系統(tǒng)的溫度控制電路主要由以下兩個(gè)部分組成，第一部分：數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作；第二部分：按鍵閾值設(shè)置。1.2.1數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作該部分由NTC溫度傳感器，PTC加熱片和風(fēng)扇組成。單片機(jī)的引腳P10-P12外接ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器,數(shù)模轉(zhuǎn)換器的CH0腳接熱敏電阻R3，即可實(shí)現(xiàn)溫度采集功能。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是電阻阻值隨著溫度呈現(xiàn)線性變化趨勢的電阻，從零下30攝氏度到240攝氏度，每一個(gè)溫度都一一對應(yīng)不同的阻值，具體表現(xiàn)為：隨著溫度的上升電阻阻值變小，根據(jù)廠家所提供的熱敏電阻的重要參數(shù)B值以及換算公式即可求出溫度T1。熱敏電阻阻值計(jì)算公式為：Rx其中，Rb為常溫條件T2（25攝氏度）下的電阻阻值，又被叫做標(biāo)稱電阻數(shù)值；Rx為待測溫度T1下的阻值，可以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器測量到的電壓值轉(zhuǎn)換成電阻值得到，得到的當(dāng)前電阻值還需要加上Rxrevise（誤差校正），減少測量的精度問題；B值為廠家所給參數(shù)。最后通過轉(zhuǎn)換可以得到所求當(dāng)前系統(tǒng)的當(dāng)前溫度T1，計(jì)算公式如下：T1溫度檢測電路的設(shè)計(jì)如圖5-2所示：圖5-2熱敏電阻溫度傳感器實(shí)現(xiàn)電路單片機(jī)引腳P13接NPN型三極管8550，通過高低電平輸出控制三極管的開啟與關(guān)閉，進(jìn)而用三極管控制繼電器的開啟與關(guān)閉，繼電器1再控制PTC加熱片，單片機(jī)引腳P14控制風(fēng)扇辦法同上所述，實(shí)現(xiàn)溫度控制，具體實(shí)現(xiàn)如圖5-3所示。圖5-3PTC加熱片和風(fēng)扇控制電路圖1.2.2按鍵電路設(shè)計(jì)STC89C52單片機(jī)P35引腳定義為設(shè)置按鍵，通過按鍵是否按下來確定是否進(jìn)入按鍵設(shè)置階段，單片機(jī)P36引腳定義為加按鍵和P37引腳定義為減按鍵，按鍵電路的設(shè)計(jì)如圖5-4。圖5-4按鍵電路設(shè)計(jì)1.3顯示屏STC89C52單片機(jī)引腳P00到P07接入16×2個(gè)字符的LCD1602液晶模塊，實(shí)時(shí)顯示熱敏電阻溫度傳感器讀取到的數(shù)據(jù)、預(yù)設(shè)的溫度閾值。顯示屏引腳如圖5-5。圖5-5LCD1602整體引腳圖1.5模塊連接與集成電路原理圖選擇用AltiumDesigner來繪制，AltiumDesigner的功能十分強(qiáng)大，完全可以滿足本系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)的要求。原理圖主要有：主控制器、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、按鍵電路、傳感器接口、LCD1602液晶顯示電路。在提高系統(tǒng)的完整性的和保證電路的穩(wěn)定性的同時(shí)，使得設(shè)計(jì)面更加美觀，將主控器51單片機(jī)與各模塊連接在一起，整體原理圖實(shí)現(xiàn)如圖5-6所示。圖5-6整體原理圖為了簡單方便，選擇使用原理圖直接生成PCB文件的辦法，首先在原理圖中通過封裝管理器這個(gè)功能檢查每個(gè)元器件的封裝是否選擇正確，然后新建PCB文件，通過原理圖對應(yīng)的菜單欄設(shè)計(jì)者一欄中的更新PCB文件導(dǎo)入元器件到PCB文件；接著驗(yàn)證是否有錯(cuò)誤，如果有錯(cuò)誤就選擇錯(cuò)誤項(xiàng)，選擇交叉調(diào)查回到之前原理圖出錯(cuò)的位置。1.6本章小結(jié)該部分主要由本章首先分析了鋰離子電池加熱系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，系統(tǒng)的硬件控制部分分為三個(gè)環(huán)節(jié)：傳感器、控制器、執(zhí)行器?；谶@個(gè)三個(gè)環(huán)節(jié)將系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分為了三個(gè)模塊：熱敏電阻溫度傳感器、單片機(jī)模塊和溫控電路模塊，詳細(xì)闡明了各個(gè)部分的作用和各模塊連接原理圖。

2軟件設(shè)計(jì)2.1總體方案鋰離子電池加熱系統(tǒng)涉及到的軟件部分主要是溫度控制部分，LCD顯示部分，按鍵部分及模塊之間的相互連結(jié)部分，各模塊的主要介紹如下所示。溫度采集模塊：本模塊通過熱敏電阻經(jīng)過AD數(shù)模轉(zhuǎn)換和計(jì)算公式后得到實(shí)時(shí)溫度。溫度控制模塊：該模塊主要由PTC加熱片和風(fēng)扇組成，系統(tǒng)通過判斷檢測到的數(shù)據(jù)來控制PTC加熱片和風(fēng)扇的動(dòng)作。按鍵模塊：該模塊主要由判斷按鍵是否按下進(jìn)入閾值設(shè)置模式。顯示模塊：該模塊主要由LCD1602液晶顯示屏配合信息處理核心組合而成，用來顯示獲取到的實(shí)時(shí)溫度和設(shè)置的閾值溫度。KeilμVersion是單片機(jī)程序開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境，集成了C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。因?yàn)樵撓到y(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能邏輯清晰明了，并且網(wǎng)絡(luò)上可以找到一些用C語言編寫的代碼例程，所以用較為熟悉的C語言編寫程序是我的第一選擇。分模塊編寫函數(shù)，然后再等到整體編譯成功，沒有錯(cuò)位之后通過使用下載器將程序燒錄進(jìn)單片機(jī)，之后就可以開始測試系統(tǒng)功能是否可以完整實(shí)現(xiàn)。2.2總體程序流程圖總體程序首先定義各種函數(shù)和變量，主要由以下幾個(gè)部分組成：對電子顯示屏LCD1602相關(guān)函數(shù)的定義，溫度采集模塊數(shù)模轉(zhuǎn)換的定義，溫度控制函數(shù)的定義，和按鍵模塊的定義。主函數(shù)首先進(jìn)行初始化配置，然后讀取EEPROM中存儲(chǔ)的溫度閾值，在判斷數(shù)據(jù)沒有錯(cuò)誤之后，讀取AD數(shù)據(jù)計(jì)算出當(dāng)前熱敏電阻阻值，接著調(diào)用溫度計(jì)算函數(shù)求出當(dāng)前系統(tǒng)的溫度；然后調(diào)用顯示函數(shù)，在屏幕上顯示實(shí)時(shí)溫度和溫度閾值；接著調(diào)用溫度控制函數(shù)，通過繼電器控制風(fēng)扇和PTC加熱片對系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制；最后，調(diào)用按鍵處理方便用戶按需求改變溫度閾值和調(diào)用系統(tǒng)指示燈函數(shù)直接給出溫度預(yù)警燈。鋰離子電池加熱系統(tǒng)的總體程序流程如圖6-1所示：圖6-1加熱系統(tǒng)的總體程序流程圖2.3溫度檢測模塊本系統(tǒng)采用熱敏電阻溫度傳感器（NTC）為鋰離子電池加熱系統(tǒng)的溫度采集模塊。熱敏電阻溫度傳感器初始化后復(fù)位，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換計(jì)算電壓值，然后得到該溫度下的電阻值，最后通過公式和廠家給的熱敏電阻的重要參數(shù)計(jì)算出阻值對應(yīng)的環(huán)境溫度，并且返回浮點(diǎn)型溫度值。具體實(shí)現(xiàn)溫度采集的流程如圖6-2所示。圖6-2溫度采集運(yùn)行圖2.4屏幕顯示LCD1602經(jīng)過初始化之后，進(jìn)行功能運(yùn)行模式，屏幕上顯示實(shí)時(shí)溫度和預(yù)設(shè)的溫度閾值，當(dāng)按鍵模式下設(shè)置溫度閾值時(shí)進(jìn)行閃爍控制，調(diào)用LCD1602的運(yùn)行流程如圖6-3所示。圖6-3屏幕顯示邏輯2.5按鍵輸入模塊按鍵控制和檢測模塊，判斷按鍵是否按下，如果按下進(jìn)入設(shè)置模式，判斷當(dāng)前設(shè)置項(xiàng)，如果是上限按鍵設(shè)置按下保存上限值，如果是下限按鍵設(shè)置按下保存下限值，具體按鍵模