目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外发展状况 2
1.2.1国内发展现状 2
1.2.2 国外蓄电池监测系统研究现状 2
1.3 研究主要内容 4
第2章 系统总体设计与算法确定 5
2.1 监测系统总体设计原理 5
2.2 主控芯片的选择 6
2.2.1 89C51单片机的概述 7
2.2.2 89C51单片机的主要特性 7
2.2.3 89C51单片机的引脚功能 8
2.3 本系统控制算法的确定 10
2.3.1 内阻与电动势的测量 11
2.3.2 电池温度的测量 14
2.3.3 电池组端电压的测量 14
2.4 本章小结 14
第3章 硬件电路设计 15
3.1 总体硬件电路设计 15
3.2 单片机最小系统设计 16
3.3 系统的监测电路设计 18
3.3.1 电压、电流检测电路设计 19
3.3.2 温度测量电路 21
3.4 人机界面设计 22
3.4.1 键盘输入电路 22
3.4.2 液晶显示电路 23
3.4.3 液晶显示的接口电路 23
3.5 RS-485通讯电路 24
3.6 本章小结 26
第四章 系统软件设计 27
4.1 开发语言和开发环境 27
4.2 主程序模块 28
4.3 数据测量程序模块 29
4.3.1 单总线的工作原理 30
4.3.2 DS2438与单片机通讯 33
4.3.3 系统对蓄电池各参数的检测 34
4.4 显示电路子程序模块 35
4.4.1 1602液晶显示基本操作时序 35
4.4.2 1602指令说明 36
4.4.3 1602标准字库 37
4.4.4 显示子程序功能及流程 37
4.5 串行通讯程序模块 37
4.6 键盘输入子程序模块 38
4.7 报警电路子程序模块 38
第五章 结论 39
参 考 文 献 40
第2章 系统总体设计与算法确定
2.1 监测系统总体设计原理
蓄电池监测的目的不仅要确定蓄电池当时的状态，而且要可靠预测此后一段时间内蓄电池的状态，从而满足监测时蓄电池性能的要求。蓄电池的充电状态能反映它所能输出能量的大小。正常情况是充满电时所能输出的能量与蓄电池的额定容量相近。
(1) 负载测试
长期以来，确定蓄电池充电状态的唯一方法就是负载测试，即给蓄电池加上已知的负载，记录其放电特性，然后与蓄电池的标准放电特性相比较，从而得出其容量大小。然而，要可靠确定蓄电池的实际容量，只能采用深度放电，即放电至其终了。实际上，作为应急电源往往不允许这么做，因为其结果是蓄电池无电可供，而且蓄电池深度放电和再恢复到充满电状态都需要很长时间。负载测试只能确定当时蓄电池的充电状态，而不能可靠预测此后蓄电池的充电状态。另外，经常进行负载测试会加速蓄电池的老化。因此，一般隋况下尽量不做负载测试。
(2) 测量电解液的比重
由蓄电池的充放电原理可以看出，蓄电池的电解液密度反映了蓄电池的充放电程度。因而，可以通过测量电解液的比重来确定蓄电池的容量。但是，其真实性不如负载测试，而且免维护铅酸蓄电池为密封结构，无法测量电解液的比重。
(3) 测量单元电池的端电压
精确测量单元电池的端电压时，如果电压偏离标准值或平均值超出规定的极限范围，则表明蓄电池存在缺陷或充电不足。由于免维护铅酸蓄电池固有的电压偏差较大，端电压的测量将不能精确的反应电池的特性。
(4) 测量内阻
新的研究表明，可以利用测量阻抗来评估和预测蓄电池的性能，因为蓄电池内部阻抗与蓄电池的容量及完好性有着密切的关系，据证明，金属性电阻的增加使得蓄电池的容量减小，因为放电电流在增加的电阻上产生了一个额外的电压降，使蓄电池的端电压提早达到了终止电压，从而使蓄电池应有的容量放不出来。电化学性电阻的增加本是不能影响蓄电池的容量，但导致电化学性电阻增加的原因—活性物质的损失和电解液的干涸使得蓄电池存储的能量减少，反映在其能持续提供的电动势减少，使端电压提早达到终止电压，容量也就减少了。根据有关资料介绍，极板和电解液的欧姆电阻占铅酸蓄电池总欧姆内阻的80％以上。在蓄电池的老化进程中，极板的硫酸化、活性物质的脱落、电解液的干涸等随时间推移而加剧，这些变化会导致蓄电池容量的减少，同时使蓄电池欧姆内阻呈逐渐增加的趋势。由此可见，蓄电池欧姆内阻可作为表示其容量和完好性的有效指标。在蓄电池的老化过程中，其内阻的上升明显早于充电时端电压的提高，直到内阻上升了60%以上时，端电压才有明显的增大，而端电压的增大正是电解液干涸的表现，因此，内阻具有很好的预测性。也正因为这个重要原因，这种方法越来越受人们重视。
(5) 测量温度
蓄电池内部温度对其性能有很大影响，即温度上升时，电解液的运动速度增大，获得动能增加，因此渗透力加强，电解液电阻减小。电化学反应增强，这些都使蓄电池容量增大。当电解液的温度在10～35℃的范围内变化时，每变化10℃，则其容量变化约0.8％。所以，在判断蓄电池的性能时，要考虑温度的影响，故温度的测量不可少。对免维护铅酸蓄电池而言，更是如此，因为在充电过程中存在氧的再化合，而产生的额外热量会使温度上升，因而影响更大。
(6) 其它方法
蓄电池的完好性取决于其老化状况，涉及其结构的所有方面。观察电解液的液面高度、板栅的腐蚀情况、正极活性物质的脱落和变形等，是评估蓄电池完好性的重要方法。免维护铅酸蓄电池的容器一般是不透明的，这些方法也不适用。
2.2 主控芯片的选择
通过MCS-51单片机内部的逻辑结构图掌握，单片机内部的逻辑结构及各个部件的功能与特点。即中央处理器（CPU）、内部数据存储器、内部程序存储器、定时器/计数器、并行I/O口、串行口、中断控制系统、时钟电路、位处理器、总栈。然而89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。