基于C8051F041单片机的直流电源设计

　　变电站或电厂等操作电源中，直流电源是核心，而电池组在直流电源中有着重要的地位，因此，设置专门的电池管理系统(BMS) 是非常必要的。其基本作用是监控电池的工作状态、管理电池的工作情况，以便最大限度地利用电池的存储能力和延长循环使用寿命。

　　依靠在线监测蓄电池的电压和电流，合适的蓄电池管理装置使BMS 具有防止蓄电池过电流放电(放电电流大于最大允许放电电流) 、欠电压放电(放电过程中蓄电池电压低于截止电压) 、过电流充电(充电电流高于允许的最大充电电流)和过电压充电(充电过程中蓄电池电压高于发泡电压) 的功能。这些限定值一般随着蓄电池类型、蓄电池样式、充放电电流、工作温度和蓄电池老化程度不同而有所变化。

　　本硬件系统主要是通过软件来实现对电池组或电池单体的电量、电压、温度等进行监测，并将检测到的数据显示出来及出现异常情况能及时报警。

　　电池管理系统的总体结构

　　为了便于测量，首先分别对单体电池电压进行测量，然后用电流互感器和电压互感器测量总电流和总电压，并可根据需要任意选点测量电池温度，再将测量到的数据输入到单片机里，最后与CAN BUS 通信。系统的硬件设计框图如图1 所示。

　　测量电路设计

　　电池单体电压测量电路设计

　　本系统采用HCNR200 光电耦合器作为隔离和数据采集系统之间的信号传递采样器件。电池单体的电压测量电路如图2 所示。

　　因此，输入电压和输出电压之间的关系是线性的，与数码管的光输出特性无关。可通过调节R2 和R1的比值来调节基本隔离放大电路的增益。

　　温度测量电路设计

　　温度测量中，系统选用Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强及易配微处理器等特点，因而特别适合于构成多点温度测控系统。DS1820 能提供九位温度读数，它无须任何外围硬件即可方便的构成温度检测系统。

　　系统的温度实际测量电路如图3 所示。这里可采用任意只DS1820 同时测控多路路温度，可视实际需要任意选定通道数。系统采用C8051F041 单片机，其P2.2 口接单线总线。DS18B20采用寄生电源供电方式，采用寄生电源供电方式时VDD 必须接地。为保证在有效的DS1820 时钟周期内能提供足够的电流，图3 中采用一个MOSFET管和C8051F041 的P2.1 口来完成对DS1820 的总线上拉。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的，为了操作方便我们用C8051F200 的P2.2 口作发送口Tx ，P2.3 口作接收口Rx。由于DS1820 是单线数字温度传感器，只须用它输出线上的序列号就可以决定要读取哪一个点上的温度值，而且它的输出量本来就是数字量，所以无须经过A/ D 转换，就可以直接连到单片机上。需要注意的是，在系统安装及工作之前应将主机逐个与DS1820 挂接，以读出其序列号。其工作过程为:主机发出一个脉冲，待“0”电平大于480μs 后，复位DS1820 ，在DS1820 所发响应脉冲由主机接收后，主机再发读取ROM的命令代码33H ，然后再发一个脉冲(15μs) ，并接着读取DS1820 序列号的一位。用同样方法读取序列号的56 位。另外，由于DS1820 单线通信功能是分时完成的，遵循严格的时隙概念，因此，系统对DS1820 和各种操作必须按协议进行，即:初始化DS1820 (发复位脉冲) →发ROM 功能命令→发存储器操作命令→处理数据。由于DS1820 输出量就是数字量，所以它的输出可直接连接到单片机上。