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。
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。
1 硬件设计与实现
1.1 温度采集电路



图1 温度采集电路


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。
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。
1.2 开关和加热电路设计
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。
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。


图2 开关和加热电路





       
2 软件设计
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。


图3 系统程序流程图


3 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。