某鋰離子電池包的溫控設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24469某鋰離子電池包的溫控設(shè)計(jì)案例 1117151.1整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1123091.2系統(tǒng)主要的器件介紹 2197751.2.1AT89C52單片機(jī) 223861.2.2DS18B20溫度傳感器 2231851.2.3ULN2803驅(qū)動(dòng)器 3219781.2.4LED數(shù)碼管 3226901.3各部分電路 4279861.3.1總電路圖 4100691.3.2開(kāi)關(guān)復(fù)位和晶振電路 4254791.3.3按鍵電路 5145761.3.4溫度檢測(cè)電路 61641.3.5數(shù)顯管電路 7245591.3.6水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 7133861.4軟件設(shè)計(jì)介紹 8246291.4.1程序設(shè)計(jì)部分 888161.4.1仿真軟件與結(jié)果 9在鋰離子電池包的溫控設(shè)計(jì)中首先提出整體的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要的元器件分別進(jìn)行介紹。設(shè)計(jì)的總電路工作情況為采1.1整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路是采用DS18B20溫度傳感器檢測(cè)電池包內(nèi)部的溫度并會(huì)在LED數(shù)碼管上顯示檢測(cè)的溫度數(shù)值，用兩個(gè)獨(dú)立按鍵調(diào)節(jié)設(shè)定電池包的安全溫度的大小，設(shè)定安全溫度的數(shù)值與檢測(cè)的溫度相比較后交給AT89C52單片機(jī)進(jìn)行處理，處理后如果檢測(cè)溫度大于設(shè)定溫度就會(huì)輸出信號(hào)給ULN2830驅(qū)動(dòng)器使水泵電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖5系統(tǒng)組成方框圖。圖5系統(tǒng)總體方框圖設(shè)計(jì)的整體溫控系統(tǒng)可以達(dá)到下面要求的功能。即以獨(dú)立按鍵電路設(shè)定電池包的安全溫度為45℃，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到電池包內(nèi)部的溫度大于45℃時(shí)，并在LED數(shù)碼管上顯示設(shè)定和檢測(cè)溫度的數(shù)值，同時(shí)會(huì)傳給單片機(jī)處理，帶動(dòng)水箱的冷卻液體流入冷卻管給電池包降溫。1.2系統(tǒng)主要的器件介紹1.2.1AT89C52單片機(jī)AT89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是由國(guó)外的一家公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的微型處理器，這種器件需要用非易失性、高密度存儲(chǔ)技術(shù)等高超的技術(shù)生產(chǎn)，而且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)兼容。還置有通用8位CPU處理器和8k字節(jié)的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器ROM以及256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，AT89C52單片機(jī)有許多個(gè)引腳每個(gè)引腳有相應(yīng)的功能。它的靈活性高在許多很復(fù)雜的控制系統(tǒng)中AT89C52單片機(jī)得到了廣泛的運(yùn)用。1.2.2DS18B20溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國(guó)的一家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成?？蓪⒅苯訉囟刃盘?hào)轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)由處理器進(jìn)行處理，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，這種傳感器可以在各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫，因此在廣泛的領(lǐng)域都有應(yīng)用。1.2.3ULN2803驅(qū)動(dòng)器本系統(tǒng)是用單片機(jī)控制水泵電機(jī)需要加驅(qū)動(dòng)電路，為直流水泵電機(jī)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流。在驅(qū)動(dòng)電路中以選用ULN2803驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。它是一個(gè)集成芯片，每個(gè)獨(dú)立的芯片可同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)器在使用過(guò)程中接口簡(jiǎn)單，操作方便，可為電機(jī)提供較大的驅(qū)動(dòng)電流。單片機(jī)I/O口輸出的為5V的TIL信號(hào),每個(gè)電機(jī)會(huì)由單片機(jī)的一個(gè)I/O口控制。ULN2803驅(qū)動(dòng)器由8個(gè)NPN達(dá)林頓晶體管組裝而成一共有18個(gè)引腳，其中引腳9為地線，引腳10為電源輸入口，引腳1~8分別是驅(qū)動(dòng)器的輸入端，輸入信號(hào)可直接是TTL或CMOS信號(hào)；引腳11~18分別是驅(qū)動(dòng)器的輸出端會(huì)將傳出的信號(hào)發(fā)送給電機(jī)。當(dāng)輸入5V的TIL信號(hào)時(shí),輸出的最大電壓為50V,最大電流為500mA?？捎肬LN2803來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為24V直流無(wú)刷水泵電機(jī)。1.2.4LED數(shù)碼管本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選用LED數(shù)碼管作為溫度顯示的器件。LED數(shù)碼管又稱(chēng)為八段數(shù)碼管，它主要是由八段發(fā)光二極管構(gòu)成的不同組合。其中的七段二極管a~g為數(shù)字或者字符顯示段，最后一段dp為小數(shù)點(diǎn)的顯示段，通過(guò)它的七段發(fā)光二極管點(diǎn)亮的會(huì)顯示0到9的數(shù)字和A到FDE字母共十六個(gè)的顯示樣式。LED數(shù)碼管有兩種結(jié)構(gòu)分為共陰極和共陽(yáng)極，共陰極結(jié)構(gòu)把八段發(fā)光二極管陰極連在一起,共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)把八段發(fā)光二極管陽(yáng)極連在一起。通過(guò)單片機(jī)的引腳輸出高低電平，在單片機(jī)里輸入對(duì)應(yīng)的程序可使數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字或字母，數(shù)碼管顯示字形的數(shù)據(jù)稱(chēng)字形碼或者段選碼。1.3各部分電路1.3.1總電路圖總電路圖主要包括獨(dú)立按鍵電路，開(kāi)關(guān)復(fù)位電路，晶振電路，溫度檢測(cè)電路，數(shù)顯管電路，水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電路總圖6所示。圖6總電路圖1.3.2開(kāi)關(guān)復(fù)位和晶振電路單片機(jī)不僅本身需要復(fù)位而且外部擴(kuò)展I/O接口電路也需要復(fù)位，因此要有上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。在單片機(jī)上的XTAL1和XTAL2的接口處用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容。其電容晶振的數(shù)值在設(shè)計(jì)的電路圖7所示，當(dāng)按下按鍵S1時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)復(fù)位。圖7開(kāi)關(guān)復(fù)位與晶振電路圖1.3.3按鍵電路按鍵電路中有兩個(gè)獨(dú)立按鍵S2和S3，按鍵S2與單片機(jī)的P1.3接口連接，S3與P1.4口連接，它們的另一端接地。當(dāng)按下其中任一鍵后P1.0口讀取低電平有效。上電過(guò)后進(jìn)入按鍵掃描子程序，查詢(xún)確定各按鍵以完成溫度初始值的設(shè)定。按鍵S2為增加初定溫度數(shù)值的按鍵，每當(dāng)按下一次數(shù)值加一。按鍵S3為減小初定溫度數(shù)值的按鍵，每當(dāng)按下一次數(shù)值減一。其連線圖8所示。圖8獨(dú)立按鍵電路圖1.3.4溫度檢測(cè)電路溫度檢測(cè)電路是用DS18B20溫度傳感器。在使用時(shí)將傳感器的信號(hào)線與單片機(jī)上的I/O端口連接，用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。此溫度檢測(cè)電路中的溫度傳感器連接P1.7端口實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)，溫度檢測(cè)圖9所示。圖9溫度檢測(cè)電路圖1.3.5數(shù)顯管電路數(shù)碼顯示管電路制作中選用5位共陰極數(shù)碼管作為顯示模塊,其電路圖10所示。數(shù)碼管的前三位用于顯示溫度傳感器檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度，可精確到小數(shù)點(diǎn)后一位的溫度數(shù)值，后兩位數(shù)碼管用于顯示系統(tǒng)設(shè)置的初值安全溫度，只能顯示整數(shù)的溫度數(shù)值。每個(gè)數(shù)碼管的段選a~dp線分別連接單片機(jī)的P0.0到P0.7端口，讓單片機(jī)的P0口輸出高低電平。數(shù)碼管的位選W1~W5分別與單片機(jī)的P2.0~P2.4端口連接，在P2.0～P2.4口中只要有輸出的低電平則與選中該位連接的數(shù)碼管接通。圖10數(shù)顯管電路圖1.3.6水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中當(dāng)檢測(cè)的溫度高于45℃時(shí)由單片機(jī)處理后I/0口輸出PWM脈沖傳給ULN2803驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)水泵電機(jī)運(yùn)行。電路圖11所示。水泵電機(jī)的一端接24V電源，另一端接驅(qū)動(dòng)器的OUT7引腳，驅(qū)動(dòng)器的IN7引腳與單片機(jī)的TXD引腳相連。按鍵控制設(shè)置安全的溫度為45℃，通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)到電池包內(nèi)部溫度高于時(shí)45℃，輸入相應(yīng)的程序由單片機(jī)處理后TXD引腳輸出PWM信號(hào)來(lái)控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水箱的液體流入冷卻管給電池包降溫。圖11水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路1.4軟件設(shè)計(jì)介紹1.4.1程序設(shè)計(jì)部分程序設(shè)計(jì)部分主要程序包括DS18B20初始化函數(shù)和DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)，還有溫度讀取函數(shù)、按鍵掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)、溫度處理函數(shù)以及水泵電機(jī)控制函數(shù)，程序流程圖見(jiàn)圖12。圖12程序流程圖1.4.1仿真軟件與結(jié)果本文使用的仿真元件是Proteus軟件，此軟件有悠久的歷史并且應(yīng)用的范圍很廣泛，它是一款來(lái)自英國(guó)公司的軟件，并且和其他EDA工具一樣有原理布圖PCB，自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能。更強(qiáng)大的功能是它的電路仿真是相關(guān)的元器件會(huì)動(dòng)作表現(xiàn)得更加形象,可以非常清楚的觀察到仿真實(shí)時(shí)現(xiàn)象，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。它還能及時(shí)改變程序代碼、元件屬性以及元件屬性原理圖連接等。仿真圖的繪制過(guò)程是先打開(kāi)Proteus軟件在工具欄中元器件模式，找到AT89C52單片機(jī)并在元器件庫(kù)中依次找到LED數(shù)碼管，DS18B20溫度測(cè)試模塊，ULN2803驅(qū)動(dòng)器，按鍵，電機(jī)，電阻等元器件放置在繪圖區(qū)域。然后將這些元件在對(duì)應(yīng)的地方排列好用導(dǎo)線將各個(gè)元器件進(jìn)行連接，并將每個(gè)元器件的數(shù)值設(shè)置完成。把原理圖繪制完整后用KeilC51軟件進(jìn)編寫(xiě)程序，將編寫(xiě)好的程序?qū)雴纹瑱C(jī)里，點(diǎn)擊仿真運(yùn)行按鈕觀察其仿真結(jié)果。仿真圖見(jiàn)下圖13，得到仿真結(jié)果。圖13仿真圖手動(dòng)點(diǎn)擊S2按鈕設(shè)置