基于单片机的蓄电池温控器的设计与实现

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基于单片机的蓄电池温控器的设计与实现

在冬季，室外设备蓄电池工作环境温度低，电池在低温下的性能随温度变化衰减严重，相关研究表明，锂电池在0℃放电容量为常温下的80.2%，-10℃只有常温下的66.4%，而-20℃时仅有44.1%。同样，铅酸蓄电池也具有类似的低温特性。因此，低温对电池性能影响十分明显，在某些情况下，不能保证设备的正常使用。
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: c8 [4 P1 b& p, q& `采用低功耗的AVR 系列单片机、LM35 数字式温度传感器、LCD显示器，软件方面采用功能模块化编程技术实现采样电池箱内实时温度，通过单片机控制加热体进行电池环境温度的调节，以达到对电池工作环境温度控制目的。
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1 硬件设计与实现

1.1 温度采集电路

9 V& Z# ?0 f% j2 Z# B' {: _4 ^  X( Z图1 温度采集电路

; M# N4 X5 O7 k0 C% w1 V' ~图1 中的U9 为集成运算放大器LM224，其内部集成了四个独立的集成运算放大器，图中R20 和R21 对输入电压进行分压，C21、C4、进行噪声滤除后送入U9 的第一个集成运算放大器U9A，U9A 设计成电压跟随器，分压后的电压经电压跟随器后提高了带载能力，电阻R47 耦合送入单片机的ADC0 进行A/D 变换。
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图中J2 是温度传感器输入接口，经R27 耦合后送入U9 的第二个集成运算放大器U9B，U9B 设计成同相比率放大电路，放大倍数为2，温度传感器使用LM35，其输出电压与摄氏温度成比例，温度每变化1℃，电压输出变化10mV。图中J2 采用0 到+5V 供电，因此0℃输出电压为0mV，25℃输出电压为250 mV，100℃输出电压为1V，由于参考电压是2.56V，因此放大2 倍使得100℃输出电压为2V 接近2.56V，测量温度的量程略以大于100℃。温度传感器输出电压经2 倍放大后，由电阻R2 耦合送入单片机的ADC2 进行A/D 变换。

1 q' q6 e- ^! H1.2 开关和加热电路设计
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开关和加热电路如图2 所示，图中U1 是贴片光耦PS2801-4，电路中起到电压变换的作用，电器标号KG1、KG2、KG3 分别接到单片机的PC0、PC1、PC2。光耦输出JDQ1、JDQ2、JDQ3 分别用于控制继电器1、继电器2 和继电器3。继电器采用HHC67E，其控制电压为12 伏，直流40 伏分断电流20A，交流250 分断电流30A，开关次数100000 次。

, L& B- V; i3 h4 h图2 中的Q3、R32、R35、D3 和JDQ3 构成加热电路，当单片机测得的电池温度小于设定值时，单片机控制PC3 输出低电平，驱动光耦使得电器标号JDQ3 与12V 电压相连，NPN 三极管Q3 导通，继电器3吸合，输入电压VIN2 通过端子J4 输出到加热体上，加热体工作加温；当单片机测得的电池温度大于设定值时，单片机控制PC3 输出高电平，使得电器标号JDQ3 与12V 电压断开，NPN 三极管Q3 截止，继电器3 放开，加热体停止加温。加热体加热状态通过R45、VR2 和C29 反馈到单片机的PD5 进行探测，加热体工作时，调节VR2 使得对应电压等级的电器标号THOT 电压为4.5V 左右。

' \1 c% Z; \  f; _图2 开关和加热电路

4 C( P1 V5 I. t! K2 软件设计
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主程序主要完成对子程序的初始化，在判断初始化程序成功之后执行测温程序模块，并对温度进行显示，同时完成与设定温度的比较， 形成可以控制降温设备降温、加热设备升温与停止工作三种工作状态，在超过警戒温度时还要发出声光报警。
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* z: D; _9 {3 R4 M; `  T  w6 }图3 系统程序流程图

+ h- C6 H! M0 w5 @4 v& ?( B3 结语

本系统采用单片机对系统的温度进行采集、控制，具有键盘输入温度给定值，LCD 数码管显示温度值和温度越限报警的功能，实现自动控温，使其温度稳定在某一个设定范围内。具有设计原理简单、实现方便、测量精度高、硬件连线简单、可靠性强等特点，在现代生产生活中具有很高的应用价值。
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