张文文 徐 航 朱浩然 姚 璇

(长春工程学院,吉林 长春130012)

MSP430 系列单片机有着功耗低而且运行速度快,处理能力强的特点。它把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,然后再根据实际问题,利用单片机制定解决问题的措施。在设计出一款检测单体电池装置之前,在MSP430 单片机的功能下可以检测出单个电池电压、电流的数据。然后根据检测电池的数据对单体电池进行实时监控,避免单个电池损坏对整个电池组利用的影响。安全是电池生产制造的前提,所以基于MSP430 单片机的电池检测装置实际应用作用大,市场前景十分乐观。

1 工作原理

目前,对电池的检测方案就是对其单体电池进行测量,检测单体电池两端的电压电流,从而实时监控单体电池。将采集的信息通过网络传递给数据库,为以后对电池组的安全性和寿命的评估做出铺垫。

2 系统设计

该系统以基于MSP430 系列为控制核心,外部由电压电流采集网络,液晶显示模块及按键组成。通过多路采样器开关控制所需测量的单体电池,实时了解单体电池的电压,电流情况。最后将采集的单体电池电流电压信息显示在液晶屏上。系统硬件结构图如图1 所示。

图1 系统硬件结构图

2.1 MSP430 系列单片机

MSP430 系列单片机是一种16 位超低功耗及运行稳定、可靠性高的混合信号处理器,根据实际应用的需求可应用到不同产品上。基于MSP430 系列单片机设计出的器件适用于广大市场,获得很多公司及其使用者的认可。本文应用单片机为MSP430F149,它拥有8 路外部独立输入,12 位转换精度,其ADC 转换器转换速度快。使本装置实时监测电池组的数据准确度更高,测量效率更快。

2.2 电压电流采集过程

测量电池电压时,通过msp430 低功耗芯片编程控制多路选择芯片cd4051 选择不同的单节电池,因为msp430 芯片的AD 转换模块的电压转换范围有限,所以将该电池电压通过两个反向比例运算放大器缩小为可供单片机识别的电压范围0～2.5V。

电池的工作电流同样也是一个重要参数,在测量电流时通过将电流信号转换为电压信号供ADC12 转换芯片识别,因此我们通过在电路中串联一个霍尔电流传感器,ACS712 将电流信号转换为电压信号,再将电压信号送入ADC12 采集芯片识别。

2.3 多路选择器开关

在本文中多路选择器开关承担着选择所需测单体电池的作用,使操作人员更快更方便去了解单体电池俩端的电压电流。在多路数据传送过程中能够根据需求,通过按键将需要测量的一路选择出来,然后将数据传输到数据库中,最后显示到显示屏中。电路仿真如图2 所示。

图2 单体电池电压电流测量仿真图

3 程序模块

程序采用是C 语言,由主函数main()作为软件的执行入口,然后进行打开看门狗将系统初始化,控制按键显示4 个单体电池的电压电流信息。设计流程图如图3 所示。

图3 程序设计流程图

4 实际电路搭建

根据实际情况搭建了一个基于MSP430 系列单片机,由按键控制多路选择开关来选择需测量电池组的单体电池电路,并且对四路单体电池的电流电压进行实时监控。如图4 所示。

图4 硬件测量电路

5 结论

本文提出了一种基于MSP439 系列单片机,由于多选择器开关性质控制,可实时测量所需了解的电池组中的单体电池的电压电流及温度情况,并且因此该系统可应用在拥有多数量单体电池的电池组中,方便对大型电池组的安全进行评估,避免因个别单体电池发生的故障而影响整个系统的运行。