一种新型的干电池放电特性测量仪

余会娟

（安徽医学高等专科学校医学技术系，安徽 合肥230601）

干电池的放电特性测试仪是测量电池加上负载电路后，电池两端的负荷电压、电流和放电时间，跟踪并记录电池达到电流、电压预设的下限值，并描绘整个放电过程中负荷电压随时间变化的关系，从而准确地反映出电池的容量特性。本设计采用STM32单片机完成对干电池放电特性数据的采集和对其他模块的控制，采用ULN2803驱动继电器控制8种负载阻抗的选择，并设计了相应的驱动电路。通过ARM STM32-cortex-m3单片机可完成电压的采集并将电压值直接显示在液晶1602上。根据欧姆公式计算出电流的测试结果，然后通过ARM STM32-cortex-m3单片机A／D采样显示。另外，使用存储芯片24C02实现了下限电压和电流值的存储，用存储芯片W25X16保存采集到的数据长度，最后通过按键来实现各部分功能的控制和显示；在干电池放电曲线显示方面，采用32x64点阵加一块独立于主控制器的单片机对其进行控制和显示。此干电池放电特性测试仪原理及外围电路简单，便于实现，而且准确度高。

1 系统方案设计

基于ARMSTM32-cortex-m3单片机强大的系统功能和低成本、低功耗的特点，此干电池放电特性测试仪采用其作为主控制器。利用其内置的中断控制、存储器保护以及系统的调试和控制功能来完成对干电池放电特性进行准确而可靠的采集。由于要完成至少8种负载阻抗选择，考虑到软硬件的合理化分配，采用继电器ULN2803实现各负载的通断控制，便于检测且可靠性强。为了完成对电池的自动加载、自动检测、循环采样、自动分析处理采样结果、记录电池的各项参数指标和达到特定电压值所经历的时间，特设计系统总体框图，如图1所示。

图1 系统总体框图

2 部分单元模块设计

2．1 按键控制模块

按键K1：开启多个断续放电和终止测试电压设置，查看存储器中存储的电压电流值，进行负载选择并显示时间；按键K2：开启和关闭电池放电特性的采集；按键K3：实现从左到右的数值切换，在主界面时按下可进行电池的串并联和单节模式的选择；按键K4：在数据设置位中，实现对当前数值加一，在电池模式选择界面中，可进行切换。按键控制电路图如图2所示。

2．2 负载电路模块

给驱动芯片ULN2803的输入管脚加高电平，使继电器吸合；加低电平，使继电器释放，实现电路的通断，来完成负载阻抗的选择。电路负载选择模块电路如图3所示。电路中的按键是实现对具有存储电荷的电子元器件进行放电，来消除对电池特性的影响。

2．3 存储模块

数据存储模块电路如图4所示。存储器24C02是一种采用I2C总线结构的小容量集成存储电路，组成系统结构简单，占用空间小，芯片管脚数量少，无需片选信号，允许若干兼容器件共享总线，在此系统设计中主要用于对单独的预设门限值进行存储。

存储芯片W25X16的存储容量可达到2M的字节，容量大、传输速率可达75MHz、低能耗，宽温度范围、操作较简单。它是理想中的大容量存储芯片，在此系统设计中主要用于对每秒采集的数据进行保存。

2．4 电池检测模块

图3 电路负载选择模块电路图

图4 数据存储模块电路图

图5 电池检测模块电路图

电池检测模块电路如图5所示。单片机ARMSTM32-cortex-m3控制U1：ULN2803和U2：ULN2803（电路选择负载电路中）的输出端口，分别控制电路中的4个继电器，实现对电池的串并联以及单独电池供电的选择。电路中的DA1和DA2分别是对电池两端的电压、电流进行检测的检测点，检测到的数值通过单片机内部的A／D转换，得到电压和电流值，并显示在液晶显示屏上。

2．5 显示模块

采用LED64＊32点阵屏加1块高速单片机，专门负责曲线的绘制和处理；它们构成一个独立的模块，便于显示。显示的方式为：主控制器将待显示曲线数据送入24C02中暂存，由点阵自带的控制器从24C02中取出数据，处理绘制于LED64＊32屏上，曲线的函数是放电电压与时间的关系，显示在LED64＊32点阵屏上。

3 干电池放电特性测试仪软件设计

本系统程序设计，以主程序为中心，使用按键中断服务子程序，来切换主程序的工作模式。图6为系统流程图。

3．1 电压采集显示部分子程序

通过单片机ARMSTM32-cortex-m3控制ULN2803的输出端口，来控制电路中的4个继电器，实现对电池的串并联以及单独电池供电的选择。检测到的数值通过单片机内部的A／D转换，显示到1602液晶屏。电压显示程序如下：

图6 系统流程图

3．2 电流采集显示部分子程序

采用ULN2803驱动继电器控制8种负载阻抗的选择，根据欧姆公式计算出电流的测试结果，然后通过单片机A／D采样将其显示出来。电流显示程序如下：

4 测量结果

打开系统电源，首先通过按下相应的按键进入电池选择界面，对电池（单节电池、两节串联、两节并联）进行选择，其次再通过相应的按键进入负载选择界面，对负载进行选择，选择完后返回到主界面，按下开启键进入对电池的电压、电流的放电采集界面，对电池的电压、电流放电数据进行采集，并将采集的数据显示在显示屏上（同时数据被保存在大容量的存储器中），直接观察即可得到测试值。测试结果如表1所示。

表1 干电池放电电压、电流数据测试结果

5 结语

干电池放电特性测试仪主要由电池检测模块、继电器ULN2803驱动模块、大小容量存储模块和液晶显示模块组成，采用按键选择测量模式，完成对干电池放电数据的采集处理和终止电压值的预设。从测试结果看，能够很好地实现电压电流值的采集、存储和显示。系统还可以在电路布局、抗干扰性等方面进行改进，进一步提高稳定性和可靠性。

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