A 基础理论 B 应用研究 C 调查报告 D 其他本科生毕业论文（设计）智能型单片机电池容量测试仪的设计二级学院：信息科学与技术学院专 业：电气工程及其自动化完成日期：2015年5月25日 目录1.绪论11.1研究的背景与意义11.1.1论文研究的背景11.2 国外相关技术发展现状及趋势11.3 国内相关技术发展现状及趋势21.4论文研究的意义31.4.1维护消费者权益31.4.2安全保障方面41.5本设计的研究内容42.电池容量检测模块原理简述42.1检测原理42.1.1电压检测原理42.2测试方法选择52.3电池容量测量说明62.4容量计算方法62.5整体设计92.6放电电路的介绍93.硬件设计103.1单片机电路模块103.2 时钟振荡电路113.3电源稳压电路的设计123.4放电电路的设计133.5 数字显示模块143.6继电器控制电路模块154.软件的设计154.1 软件整体设计164.2 各子程序功能的简单介绍164.3单片机的I/O分配表164.4键盘输入控制子程序模块164.5电压检测控制子程序模块174.6显示输出控制子程序模块184.7继电器控制子程序模块194.8中断程序模块204.9主程序控制模块215.系统的实现与调试225.1 电路图的绘制225.1.1 原理图的绘制225.1.2 PCB板的生成225.1.3 硬件的焊接235.2硬件调试236. 结论与展望24参考文献25附 录26附录A26附录B27附录C28致 谢基于单片机的智能型电池容量测试仪摘 要：本设计使用了STC12C5A60S2单片机为系统控制器设计了一个电池容量检测仪，外围有串电阻放电电路，晶振时钟电路，LCD1602显示屏、按键等元件组成。通过硬件和软件结合，可对锂电池和镍氢等充电电池的容量进行自动测试，并以数字形式显示其测试结果。关键词：控制器；电池容量；STC12C5A60S2单片机。Intelligent battery capacity tester based on MCUAbstract: This design is based on STC12C5A60S2 microcontroller, according to the design requirements, set up the hardware circuit, and writing program, periphery have a series resistor discharging circuit, vibration crystal clock circuit, the LCD1602 display, buttons and other components. Through a combination of hardware and software, but for lithium battery and nickel metal hydride rechargeable battery capacity for automatic test, and according to the test results in digital form.Key words: controller ;battery capacity;STC12C5A60S2 microcontroller.1.绪论1.1研究的背景与意义1.1.1论文研究的背景随着世界不可再生能源的日益短缺以及移动电子设备的迅猛发展，移动电源业得到了快速的发展。同时，随着空间、微电子等高新技术的发展，对于移动能源，尤其是能够提供高能量密度和较长寿命的二次电池（电池组）的需求量越来越大12。因此，对于二次充电电池的检测与生产就提出了更高的要求。制造商和消费者都希望自己生产和使用的电池（组）具有可靠的长寿命工作性能。鉴于这个现状，个人使用也有必要建立一个完整的评估体系，作为长期选购、使用的指导参考。为了更好地维护消费者的权益，更好地规范市场，通过查找资料掌握课题相关方面的一些最新动态和设计方法，通过深入分析充电电池的性能特点，在了解测试原理的基础上，利用单片机设计一种电池容量测试仪。1.2 国外相关技术发展现状及趋势伴随着手机、数码相机、掌上电脑（PDA）和便携式摄像机等消费和移动电子产品的继续走强，以及锂离子等动力电池所呈现的巨大应用潜力，未来锂离子电池的市场需求将保持相当的增长速度。在 20032006 年世界锂离子电池生产规模复合增长率达到 23.2，销售收入复合增长率达到 12.253。锂离子电池行业的发展和壮大是锂离子电池检测设备赖以生存的土壤，目前很多电子设备，例如手机、笔记本电脑等移动设备的普及，最关键的技术之一就是电源技术。世界各个发达国家对于二次能源开发都给予很高的重视。自 1994 年以来锂离子电池发展相当迅速，加上电池材料技术研究进步, 大幅降低了它的成本，世界范围内自 19942005 年锂离子电池的产量、平均价格及增长率如表 1-1 所示。表 1-1 19942005 年世界锂离子电池产量和平均价格及增长率电池检测设备是数字化测量技术在电池领域一个成功的应用45，早在 90年代，欧美国家就凭借着电子检测技术方面的优势实现了电池检测的自动化，并且一直处于领先地位。随着电子信息技术迅猛的发展，电池检测也经历了由手动分选测试到大规模、高品质的数字化检测设备的发展进程，检测设备的性能（如可靠度、准确性、自动化水平等）得到了大幅度的提高。最初，电池检测设备是以单片机作为核心处理器，实现电池性能的检测。但是这种方法仍然存在很大问题：单片机系统资源比较少，实现功能比较单一；其次，很多单片机通常是与某种特定型号计算机相连，这就增加了系统成本，同时系统可移植性很差。因此，又出现了以 PC 机作为上位机，单片机作为下位机的二级系统。单片机进行数据的测量和采集，PC 机负责数据的管理和分析。但是随着数字化检测技术的飞速发展，数字化电池检测设备也纷纷出现。 通过以上分析，国外的电池检测技术发展的比较早，技术领先于国内水平,发展迅速。但是国外的检测设备价格比较高，这限制了它在国内的普及。1.3 国内相关技术发展现状及趋势 进入 20 世纪 90 年代以后，我国的一些科研单位相继进入锂离子电池检测领域。如：哈尔滨子木科技有限公司、广州电科所、北京有色金属研究总院、燕山大学等纷纷研制出各自的锂离子电池检测设备投入到锂离子电池市场6。但是国内大多数科研单位研制的电池检测设备都还停留在 PC 机单片机的模式下，通常效率比较低下。哈尔滨子木科技有限公司率先提出了一种以 DSP为核心处理器的新概念的锂离子电池检测系统7。和传统设备相比较，该系统具有一些独特的性能，如能够实现电池放电能量利用、连续测量分选、智能操作监控等。同时该系统具有的软件升级功能是数字化系统都有的特点，在不增加任何硬件成本的情况下，给系统增加各种功能。这大大加快了国内数字化电检测设备的发展。 综上所述，随着电池产品不断向体积小、重量轻、容量大、寿命长、安全性好、无环境污染、国际标准化、通用化方向发展，因此，对电池化成检测设备也提出了更高的要求。电池测试设备的发展趋势主要集中在以下几个方面810： 1高可靠性、高准确度，以适合高质量生产的需要； 2向大功率发展，以适应电动工具、数字通讯、电动汽车等发展的需要； 3多参数检测，可检测除电压、电流以外更多的电池参数； 4具有大规模检测能力，即一台设备能同时检测的电池数量要多，以适应电池大规模生产的需要； 5具有多功能，如提高用户对电池检测过程设置的灵活性，对检测数据查看方式的多样性等，以满足不同用户或不同电池的需要； 6向自动化发展，以提高电池检测的效率，适应大规模全自动化生产的需要； 7向组合结构、模块化发展，形成一个满足多种电池的生产及科研需要的一个通用的测试平台； 8向智能化发展，充分利用智能控制、现代控制等理论，建立电池各种情况下的模型，更深层次的检测电池电化学性能。1.4论文研究的意义研究的意义体现在以下几个方面:1.4.1维护消费者权益近年以来，手机、数码市场迅速发展，市场竞争异常激烈。一些经销商为了完成厂家指定的销售任务，获得更多的销售奖励和返点，往往把利润预期锁定在电池、手机配件、存储卡、相机包等附件上，故意将价格低廉的低容量电池的容量标高，以次充好。广东产品质量监督检验研究院曾对流通领域的手机电池商品质量进行市场专项监测。共抽查了31家销售企业，37家生产企业生产的手机电池60款，合格30款，合格率为50.0%。抽查检验结果表明，此次抽查手机电池的放电性能，包括0.2C5A放电性能、1C5A放电性能存在明显质量问题。省工商局消保处有关负责人表示，抽查结果与市场上普遍存在虚标电池容量的现象相吻合。即手机电池制造厂商为追求利润，将价格低廉的低容量电池的容量标高出售，如果消费者购买了虚标容量的手机电池，会影响手机的待机时间，缩短手机的使用寿命，损害的是消费者的利益。1.4.2安全保障方面首例手机电池爆炸致人死亡事件在兰州发生后，电池的安全问题再一次引起最大限度的关注，令人担忧的是，一些山寨充电电池，充电宝存在安全隐患，引发爆炸。这是由于采用了质量不过关的保护板。当好的保护板遇到强电流会像电闸一样自动跳闸，质量差的则完全没有反应。使用电池容量检测仪，可以提前检查出一些伪劣产品，可以更好的避免危险的发生。1.5本设计的研究内容（1）电池容量测试仪电路由单片机电路、电池串电阻放电电路、稳压电源电路和数码显示电路等部分组成。（2）软件采用C语言编写，程序由主程序和中断服务子程序、延时子程序等部分组成。（3）电路采用对电池容量测试电路，设定电池的放电终止电压，取基准电压，设定电池放电电流。 (4)研究方法：将电池进行串电阻放电，每隔几秒监测一次电池电压，在放电的同时监测电池的端电压当端电压下降到一定值时， 停止放电记录放电时间，放电电压与所串电阻的商与放电时间的积分就是电池的容量。2.电池容量检测模块原理简述2.1检测原理2.1.1电压检测原理读ADC测量外部电压，使用内部基准计算电压。选择具有内置AD转换的stc12系列单片机， STC系列单片机的参考电压源就是输入工作电压Vcc，所以一般不用外接参考电压源，为了参考电压的准确，本设计使用7805三端稳压块，是输出稳定电压5.0V。测量电压输入接在P1.0口，P1.3口AD后的值为VP1.0，参考电压源AD转换后的值为VPx。则P1.0口实际值为： VP1.0 V=-5.0(V).(1) VPx2.2测试方法选择电池容量是衡量电池质量的重要指标。充电电池的容量测试有很多的方法。多，如传统容量测试方法，曲线比较方法，恒定电流放电，串电阻放电法。（1）传统容量测试方法费时费力，