基于AT89C52的電池四參數自動檢測系統設計

介紹了基于AT89C52控制的電池四參數檢測系統，詳細給出了系統的軟硬件結構設計，給出了A/D轉換器MAX197、顯示驅動芯片MAX7219在此系統中的應用方法，及數據處理中使用的數字濾波算法。
??? 關鍵詞：AT89C52；自動檢測；電池；數字濾波?

??? 目前，在對普通干電池的出廠檢測中，廠家主要是對電池的開路電壓、負載電壓、短路電流進行質量檢測。而電池容量的檢測，由于具有毀滅性的損害，沒有專門的檢測設備，僅僅采用抽樣的方法來檢測。根據電池特性，其重量參數可以指示其容量參數。故而我們設計開發了基于AT89C52單片機控制的機電一體化智能設備電池四參數自動檢測儀，檢測電池的4個基本參數：開路電壓、負載電壓、短路電流和電池重量，并同時作到電池正、次品的分選統計功能。?

1系統硬件結構設計
??? 如圖1所示，本系統以AT89C52單片機為核心組成一個具備數據采集、對象控制、結果顯示、報警裝置、鍵盤操作等多項功能的復雜完整系統。?

1.1微處理器
??? 本系統采用Atmel公司生產的AT89C52芯片作為微處理器。AT89C52與MCS—51系列單片機完全兼容，他采用靜態時鐘方式，可以大大節省耗電量。其內部含有Flash存儲器，在系統開發時可以十分容易地進行程序修改，即使錯誤編程也不會成為廢品。而且在系統工作中，即使突然掉電也能有效地保存一些數據信息。?
1.2數據采集部分
??? 數據采集和A/D轉換由MAX197完成。MAX197是MAXIM公司出品的高性能12位A/D轉換器，8通道模擬信號輸入，可以滿足使用1片A/D分時進行多參數測量的要求。MAX197的其中2路通道為電池重量信號的輸入，由壓力傳感器獲取原始信號經運算放大后輸入。其余6路分別為電池相關電壓、電流各參數信號的輸入。MAX197片選信號/CS接AT89C52的P2.7，讀寫控制信號分別接AT89C52的/WR和/RD。引腳HBEN為12位轉換結果選擇端，由P1.6控制。當HBEN為高電平，讀取轉換結果的高4位；當HBEN低電平時讀取低8位。設定MAX197的控制字為01000000B，則其工作方式為正常工作方式/內部時鐘；內部獲取方式；模擬量輸入范圍為0～5 V；使用通道0。改變控制字的最后3位（000～111）可以依次選取MAX197的第0～7通道。MAX197通過片內的三態并行接口與AT89C52進行接口。由于MAX197本身的轉換時間較短，且為固定值，故而在設計時采用了固定延時的方式代替中斷方式，進行轉換結果的讀取，提高了數據的通過率和程序的效率。圖2給出了MAX197與AT89C52的接口電路。?

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1.3基本I/O部分
??? 電池四參數的標準值由撥碼開關設定，開機直接進行顯示，直觀明了；且可以方便的改變設定值，以滿足不同檔次電池的測量要求。顯示部分采用MAX7219來驅動LED數碼管。MAX7219為MAXIM公司出品的串行輸入輸出、共陰極、8位數字LED顯示驅動器。只須一個外部電阻就可以為所有的LED段電流進行設置，簡化了電路設計，提高了系統的可靠性。其與AT89C52的接口通過一個方便的三線串行接口完成，各個數字均可被尋址和更新，而不需要重寫整個顯示器。
??? AT89C52的P3.0接MAX7219的串行數據輸入端DIN，在CLK的上升沿，串行數據從DIN裝入到內部16位移位寄存器中。在CLK下降沿的DOUT端數據有效。本系統采用3片MAX7219進行級聯，來驅動24個LED數碼管，分別顯示電池的4個參數值及各分檔測量值的統計結果。圖3為3片MAX7219級聯驅動24個LED數碼管。?
1.4對象控制部分
??? 本系統控制的對象有步進電機、電磁閥、機械測量推桿、電子開關等。開機自檢后，由步進電機帶動傳送帶把電池運到檢測位置處，單片機控制測量推桿夾緊電池進行測量，所得數據經處理后與所設定標準值比較，若滿足設定，視為合格產品，由傳送帶帶走；若不滿足，則視為次品，由單片機控制電磁閥打開壓縮空氣，吹走次品電池，達到分檢目的。而當電池為次品或無電池及電池正、負極反置時，蜂鳴器發出報警信號。此系統采用氣動電磁閥，提高了工作速度和設備的使用壽命。?

??? 本系統軟件部分采用MCS—51系列匯編語言設計，采用模塊化程序結構，由主程序模塊、鍵盤服務模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、輸出控制模塊和顯示模塊等幾大模塊組成。主程序模塊簡潔明了，核心部分為讀鍵、鍵解釋，進而轉向完成不同功能的相應各功能子程序。這樣設計使得程序總體結構緊湊、簡潔、易懂，且易于設計、調試、維護和移植。?
2.1監控程序
??? 由于本系統的子程序調用條件是多因素的，不僅與外部鍵盤操作、電信號等有關,也與系統的當前所處的狀態有關，故而在監控程序中引用狀態分析的方法，采用了一鍵多義的編寫方式。分析系統工作時所有可能所處的狀態，設定一鍵多義，在不同的狀態下，鍵解釋的結果不同，故而轉向不同的子程序。本系統設定了5個功能鍵和1個邏輯鍵，其中顯示鍵為多義鍵，不同狀態下分別顯示設定四標準參數、測量所得正次品電池數、電池各分檔統計數等。邏輯鍵為軟件鍵，定義為30 s延時。在上述顯示鍵按下后啟動，若再無重復按下，則30 s后恢復到開機顯示四設定參數狀態。?
2.2數據采集
??? 原始數據采集中，采用了VMOS功率場效應管作為電子開關。使用軟件編程的方法，控制電子開關的打開和閉合，選通A/D轉換器的各模擬輸入通道，從而對電池的不同參數進行測量。VMOS管是一種垂直導電型MOS功率場效應晶體管，兼具有電子管和晶體管的優點。他的開關速度極高，且沒有“熱崩”和“二次擊穿”，易串并聯使用。本系統在對電池短路電流測量中，由于放電電流較大，故而采用了2個VMOS管并聯使用，以達到分流的作用。
2.3數據處理
??? 由于現場各種干擾的存在，使得采樣所得數據有一定的誤差。故對原始數據采取了數字濾波處理。對本系統中開路電壓的測量，根據其取值特點在參考值1.5 V左右波動，首先去除奇異值，即對所得采樣值序列中明顯偏離參考值的數據，視為有干擾存在，濾除掉；然后再對所得數據序列采用中位值濾波法進行處理，即對剩余序列排隊，取中間值作為最終濾波結果。這種數字濾波的軟件算法，有硬件的功效，卻不需要硬件投資，而且算法靈活多樣，效果往往優于硬件濾波電路。應用中可根據被測參數實際情況及所得數據規律，而綜合采用多種算法，以取得更優的濾波效果。?
3結語
??? 本系統自動化程度高，大大提高了生產效率；人機界面友好，易于操作、存取數據。采用了合適的新型芯片，使得系統整體結構可靠性好，精度高。附加的質量統計功能，還可以提供給生產者以決策依據。實際應用中，取得了很好的效果。?

參考文獻

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［3］徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設計?［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1995
［4］李剛.現代儀器電路—電路設計的器件解決方案［M］.北京：科學技術文獻出版社，2000