蓄电池管理系统中硬件电路设计

兰燕娜

（南通大学理学院，江苏 南通 226007）

随着电子科技的发展，蓄电池在通讯、汽车、发电厂、自动控制等各个领域得到广泛的应用，而且各种电子产品和装备对蓄电池供电质量的要求也不断提高。但是长期以来，蓄电池在存储、充放电控制和使用过程中缺乏有效的管理，常常引起蓄电池过充电或过放电的现象，从而缩短蓄电池使用寿命，因此,设计高效的蓄电池管理系统很有必要[1～2]。

本文设计了一种基于Zigbee无线通讯的蓄电池电量实时检测装置，能够同时检测蓄电池的端电压、电流和温度。该系统具有智能化、自动化、低功耗、高精度的特点。硬件是整个蓄电池管理系统的基础，硬件设计的好坏，直接影响整个系统的运行效果和底层的软件设计[3～4]，所以本文主要讨论本系统的硬件电路设计。

1 硬件电路的设计

1.1 蓄电池检测系统总体设计

单片机作为智能控制芯片,已经在中小型测控系统中得到广泛的应用,其具有操作简便,控制精确,易于扩展等优点，所以本设计是基于单片机展开的。数据采集的方法是在蓄电池组充放电回路中采用分压的方式进行电量的检测，该方法不但具有方便、简单、可靠的优点，而且通过一定计算变换后可以得到充放电状态及电量值。本文设计的蓄电池检测系统的原理框图如图1所示，硬件设计部分主要包括微控制模块、采集模块、电压模块、报警模块、通信模块等。硬件电路图如图2所示。

图1 系统原理框图

图2 硬件电路图

电路工作原理如下：首先ADC0809对蓄电池组进行数据采集后，进行AD转换成数字信号，传输给单片机控制中心，控制中心根据采集到的电量首先判断是否启动报警系统，随后把采集数据通过通信模块传输给Zigbee无线通信模块，最后传输给上位机实现数据的实时监控。

（1）微控制模块

在设计微控制中心硬件电路时，除了考虑该单片机的功能之外，还应该考虑该单片机的管脚是否满足我们的设计需求。本系统采用宏晶科技的芯片90C516RD。STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超性能、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12 MHz以下时，复位脚可直接接地。

（2）采集模块

本系统采集模块主要采用ADC0809芯片。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。其是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

（3）通信模块

RS-232通信又叫串口通信方式，是指计算机通过RS232国际标准协议，用串口连接线和单台设备（控制器）进行通讯的方式。本系统中采用Max232芯片，其是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器，适用于各种EIA-232E和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源变换成RS-232C输出电平所需±10V电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V电源就可以。

本文设计的通信方式具有以下特点：通信距离短。远程通常采用Zigbee无线通信的方式，RS-232的作用只是让单片机的数据发送给Zigbee模块。Max232系统电路简单易操作。综上考虑我们选择了RS-232的通信方式，可以满足我们设计的需要。

（4）电源模块

本系统的电源模块原理图如图3所示，220 V的交流电，通过变压器后得到9 V交流电压，通过整流滤波电路，然后通过LM7805稳压电路得到+5 V的工作电压。

图3 电源模块电路

2 硬件电路的制作与检测

2.1 硬件电路PCB板的制作

本文完成的是PCB单面板的制作，这样难免会有少量的飞线。不过在设计PCB板电路时，已经尽量把飞线的数量降到最少，以便后续的焊接工作能相对简单些。本文设计的PCB电路板如图4所示。

图4 PCB板布线图

2.2 实验检测

我们对系统进行了数据分析和性能测试，主要包括硬件电路接线检查，ADC0809脉冲时序调试，电源模块调试，最后对整个系统进行联机模块调试测验。经过实验测试，本系统实现了电压检测和过压报警的功能，并且达到了预期需要的过温自动报警切断蓄电池继续工作的功能。实物如图5所示。

图5 成品实物图

3 结束语

本文设计制作了一种基于无线模块的蓄电池管理系统，可以对蓄电池的电量和温度进行检测，能够有效提高电池的使用寿命，而且运行可靠，结构简单，功能完善。

[1]孟良荣，王金良.电动车电池现状与发展趋势[J].电池工业，2006，11(3):202-206.

[2]张华辉，齐铂金，庞 静，等.动力锂离子电池荷电态估计的建模与仿真[J].哈尔滨工程大学学报，2009，30(4):669-675.

[3]郑敏信，齐铂金，吴红杰，等.混合动力客车锂离子动力电池管理系统[J].高技术通讯，2008，(2):173-178.

[4]刘文昊，陈敬远，沈 炜.基于SoC的智能锂离子动力电池管理系统设计[J].2009，22(5):82-85.