基于AT89C52控制的电池四参数检测系统设计

介绍了基于AT89C52控制的电池四参数检测系统，详细给出了系统的软硬件结构设计，给出了A/D转换器MAX197、显示驱动芯片MAX7219在此系统中的应用方法，及数据处理中使用的数字滤波算法。
    关键词：AT89C52；自动检测；电池；数字滤波?

    目前，在对普通干电池的出厂检测中，厂家主要是对电池的开路电压、负载电压、短路电流进行质量检测。而电池容量的检测，由于具有毁灭性的损害，没有专门的检测设备，仅仅采用抽样的方法来检测。根据电池特性，其重量参数可以指示其容量参数。故而我们设计开发了基于AT89C52单片机控制的机电一体化智能设备电池四参数自动检测仪，检测电池的4个基本参数：开路电压、负载电压、短路电流和电池重量，并同时作到电池正、次品的分选统计功能。?

1系统硬件结构设计
    如图1所示，本系统以AT89C52单片机为核心组成一个具备数据采集、对象控制、结果显示、报警装置、键盘操作等多项功能的复杂完整系统。?

1.1微处理器
    本系统采用Atmel公司生产的AT89C52芯片作为微处理器。AT89C52与MCS—51系列单片机完全兼容，他采用静态时钟方式，可以大大节省耗电量。其内部含有Flash存储器，在系统开发时可以十分容易地进行程序修改，即使错误编程也不会成为废品。而且在系统工作中，即使突然掉电也能有效地保存一些数据信息。?
1.2数据采集部分
    数据采集和A/D转换由MAX197完成。MAX197是MAXIM公司出品的高性能12位A/D转换器，8通道模拟信号输入，可以满足使用1片A/D分时进行多参数测量的要求。MAX197的其中2路通道为电池重量信号的输入，由压力传感器获取原始信号经运算放大后输入。其余6路分别为电池相关电压、电流各参数信号的输入。MAX197片选信号/CS接AT89C52的P2.7，读写控制信号分别接AT89C52的/WR和/RD。引脚HBEN为12位转换结果选择端，由P1.6控制。当HBEN为高电平，读取转换结果的高4位；当HBEN低电平时读取低8位。设定MAX197的控制字为01000000B，则其工作方式为正常工作方式/内部时钟；内部获取方式；模拟量输入范围为0～5 V；使用通道0。改变控制字的最后3位（000～111）可以依次选取MAX197的第0～7通道。MAX197通过片内的三态并行接口与AT89C52进行接口。由于MAX197本身的转换时间较短，且为固定值，故而在设计时采用了固定延时的方式代替中断方式，进行转换结果的读取，提高了数据的通过率和程序的效率。图2给出了MAX197与AT89C52的接口电路。?

1.3基本I/O部分
    电池四参数的标准值由拨码开关设定，开机直接进行显示，直观明了；且可以方便的改变设定值，以满足不同档次电池的测量要求。显示部分采用MAX7219来驱动LED数码管。MAX7219为MAXIM公司出品的串行输入输出、共阴极、8位数字LED显示驱动器。只须一个外部电阻就可以为所有的LED段电流进行设置，简化了电路设计，提高了系统的可靠性。其与AT89C52的接口通过一个方便的三线串行接口完成，各个数字均可被寻址和更新，而不需要重写整个显示器。
    AT89C52的P3.0接MAX7219的串行数据输入端DIN，在CLK的上升沿，串行数据从DIN装入到内部16位移位寄存器中。在CLK下降沿的DOUT端数据有效。本系统采用3片MAX7219进行级联，来驱动24个LED数码管，分别显示电池的4个参数值及各分档测量值的统计结果。图3为3片MAX7219级联驱动24个LED数码管。?
1.4对象控制部分
    本系统控制的对象有步进电机、电磁阀、机械测量推杆、电子开关等。开机自检后，由步进电机带动传送带把电池运到检测位置处，单片机控制测量推杆夹紧电池进行测量，所得数据经处理后与所设定标准值比较，若满足设定，视为合格产品，由传送带带走；若不满足，则视为次品，由单片机控制电磁阀打开压缩空气，吹走次品电池，达到分检目的。而当电池为次品或无电池及电池正、负极反置时，蜂鸣器发出报警信号。此系统采用气动电磁阀，提高了工作速度和设备的使用寿命。?

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本系统软件部分采用MCS—51系列汇编语言设计，采用模块化程序结构，由主程序模块、键盘服务模块、数据采集模块、数据处理模块、输出控制模块和显示模块等几大模块组成。主程序模块简洁明了，核心部分为读键、键解释，进而转向完成不同功能的相应各功能子程序。这样设计使得程序总体结构紧凑、简洁、易懂，且易于设计、调试、维护和移植。?
2.1监控程序
    由于本系统的子程序调用条件是多因素的，不仅与外部键盘操作、电信号等有关,也与系统的当前所处的状态有关，故而在监控程序中引用状态分析的方法，采用了一键多义的编写方式。分析系统工作时所有可能所处的状态，设定一键多义，在不同的状态下，键解释的结果不同，故而转向不同的子程序。本系统设定了5个功能键和1个逻辑键，其中显示键为多义键，不同状态下分别显示设定四标准参数、测量所得正次品电池数、电池各分档统计数等。逻辑键为软件键，定义为30 s延时。在上述显示键按下后启动，若再无重复按下，则30 s后恢复到开机显示四设定参数状态。?
2.2数据采集
    原始数据采集中，采用了VMOS功率场效应管作为电子开关。使用软件编程的方法，控制电子开关的打开和闭合，选通A/D转换器的各模拟输入通道，从而对电池的不同参数进行测量。VMOS管是一种垂直导电型MOS功率场效应晶体管，兼具有电子管和晶体管的优点。他的开关速度极高，且没有“热崩”和“二次击穿”，易串并联使用。本系统在对电池短路电流测量中，由于放电电流较大，故而采用了2个VMOS管并联使用，以达到分流的作用。
2.3数据处理
    由于现场各种干扰的存在，使得采样所得数据有一定的误差。故对原始数据采取了数字滤波处理。对本系统中开路电压的测量，根据其取值特点在参考值1.5 V左右波动，首先去除奇异值，即对所得采样值序列中明显偏离参考值的数据，视为有干扰存在，滤除掉；然后再对所得数据序列采用中位值滤波法进行处理，即对剩余序列排队，取中间值作为最终滤波结果。这种数字滤波的软件算法，有硬件的功效，却不需要硬件投资，而且算法灵活多样，效果往往优于硬件滤波电路。应用中可根据被测参数实际情况及所得数据规律，而综合采用多种算法，以取得更优的滤波效果。?
3结语
    本系统自动化程度高，大大提高了生产效率；人机界面友好，易于操作、存取数据。采用了合适的新型芯片，使得系统整体结构可靠性好，精度高。附加的质量统计功能，还可以提供给生产者以决策依据。实际应用中，取得了很好的效果。