蓄電池在線監測系統的設計與實現
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系統硬件設計
系統硬件結構
蓄電池在線監測系統是以STC89系列的STC89C58RD+微控制器、XILINX的XC9572-84為核心，外圍電路主要由電壓采集電路、 A/D轉換電路、顯示驅動電路及鍵盤電路等幾部分組成的，如圖1所示。A/D轉換芯片采用10位ADC TLC1549。顯示驅動芯片采用MC14489B，它可以驅動5位共陰極數碼管，微控制器的P1口的低5位作為鍵盤輸入口，擴展的RS485接口用于多 機通信 。下面詳細介紹系統中STC89C58RD+、XC9572-84器件和電壓采集電路、A/D轉換電路的設計與實現。
圖1 系統硬件結構框圖
微控制器STC89C58RD+簡介
STC89C58RD+是STC89系列的微控制器，它不但與80C51完全兼容，而且還有新的特點：片內含有Flash程序存儲器32Kb， DataFlash數據存儲器32Kb，RAM數據存儲器1208B，同時內部還有看門狗（WDT）；由于ALE信號開關狀態可設置，從而降低了EMI； 具有可編程的8級中斷源4種優先級，具有系統可編程（ISP）和應用可編程（IAP）等特點，片內資源豐富、集成度高、使用方便。STC89C58RD+ 對系統的工作進行實施調度，實現外部輸入參數的設置、電池電壓的測試和顯示、電池工作狀態的指示。
邏輯編程器件XC9572-84（CPLD）
由于監測的電池節數較多，所需要I/O口較多，用傳統的設計方法，需要74HC273、74HC00、74HC138、CD4514等多種芯片來實 現，器件種類和數量多，使PCB的尺寸加大，也增加了系統的不穩定因素。本系統選用XILINX系列的CPLD器件XC9572-84，其共有72個宏單 元，69個I/O口，1600個門，72個寄存器，可以對上述多種芯片進行集成。該器件具有在系統可編程能力，含有先進的數據保密特性，它可以完全保護編 程數據不被非法讀取和擦除，每個I/O口都有一個可編程輸出擺率控制位從而可減小系統噪聲，采用具有較低功耗的快速閃存技術，每個I/O口的驅動能力強， 負載電流可達24mA。XC9572-84接收單片機傳來的數據和地址，控制各個固態繼電器（G3VM-402C）的選通以及A/D轉換的進行，達到采集 電壓的功能。采用了CPLD器件后，減少了系統所需器件的數量和種類，簡化了PCB的排版和布線，減小了系統體積和節約成本，方便了系統調試，有利于批量化生產。
圖2 電壓采集電路
電壓采集電路
電壓采集電路直接影響到電壓測試的精確程度,因而采集電路設計得是否適當對整個系統至關重要。對每節電池電壓進行測量,有兩種方法:①對每節電池電 壓直接采集。②采集(ｎ+1)節電池的總電壓,減去ｎ節電池的總電壓得第ｎ+1節電池電壓。第一種電壓采集精確而且安全。第二種雖然電路比較簡單但是當電 池節數多時采集的電壓太高，不安全而且會出現較大的誤差。因此選用第一種方法。電壓采集電路要求要安全，采集的電壓要足夠的穩定。本系統的蓄電池組采用串 接方式，BAT1+接第一節電池的正極，BAT2+接第二節的正極（第一節的負極），如此依次連接，最多可達41節。經過XC9572-84模擬開關選通 G3VM-402C后，將1～n節電池電壓依次釋放到電壓總線BUS1+、BUS1-上，電路選用運算放大器LM358作為信號放大器件，它的前級為差分 式放大器，后級為電壓跟隨器，使TLC1549得到一個穩定的采樣電壓，如圖2所示。1VD0和1VD1采用FR104高速開關管來保護運算放大器的內部 電路。差分式放大倍數為A=0.2，具體推導如下：
(Ua-Up)/1R12=Up/1R14； ①
(Ub-Un)/1R11=(Un-Vo)/1R13；②
注意運放的“虛短”特點，有Up=Un；結合①、②兩式得到Vo=((1R11+1R13)/1R11)
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