鋰離子電池加熱的PLC系統(tǒng)硬件和軟件設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u43991.1單片機模塊 150861.2溫度檢測與溫度控制 2182061.2.1數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行機構動作 2158451.2.2按鍵電路設計 383641.3顯示屏 3309611.5模塊連接與集成 4113961.6本章小結 5251072軟件設計 6632.1總體方案 666922.2總體程序流程圖 672722.3溫度檢測模塊 7241152.4屏幕顯示 8219512.5按鍵輸入模塊 8133772.6溫度控制模塊 91硬件設計鋰離子電池加熱系統(tǒng)的硬件設計主要以STC89C52為基礎，由溫度采集和溫度控制，按鍵設置，顯示屏這些部分組成，在以上模塊設計成功后再進行這些模塊之間的聯(lián)合設計。1.1單片機模塊主控制器需要連接一塊LCD1602液晶顯示屏，一個數(shù)模轉換器，兩個繼電器等硬件資源，在保證運算速度快的前提下，選擇功耗低的控制器是比較合適的選擇。一般大家會在意法半導體32位系列微控制器芯片和51系列之間做選擇，在查閱資料后了解到，STC89C52共有40個引腳，內核是經(jīng)典的MCS-51，實際應用在生產中的頻率可以到達48MHz，內部硬件資源有8k字節(jié)的FLASH，三個16位計數(shù)器/定時器，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針等等，STC89C52完全可以滿足本系統(tǒng)的設計需求，另外，考慮到學習時間有限和能力無法短時間極快提升，51系列單片機相對來說容易上手學習，所以最終決定采用STC89C52作為鋰離子電池加熱系統(tǒng)的主控制器，常用管腳如圖5-1所示。圖5-1STC89C52單片機最小系統(tǒng)核心電路1.2溫度檢測與溫度控制鋰離子電池加熱系統(tǒng)的溫度控制電路主要由以下兩個部分組成，第一部分：數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行機構動作；第二部分：按鍵閾值設置。1.2.1數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行機構動作該部分由NTC溫度傳感器，PTC加熱片和風扇組成。單片機的引腳P10-P12外接ADC0832數(shù)模轉換器,數(shù)模轉換器的CH0腳接熱敏電阻R3，即可實現(xiàn)溫度采集功能。負溫度系數(shù)熱敏電阻是電阻阻值隨著溫度呈現(xiàn)線性變化趨勢的電阻，從零下30攝氏度到240攝氏度，每一個溫度都一一對應不同的阻值，具體表現(xiàn)為：隨著溫度的上升電阻阻值變小，根據(jù)廠家所提供的熱敏電阻的重要參數(shù)B值以及換算公式即可求出溫度T1。熱敏電阻阻值計算公式為：Rx其中，Rb為常溫條件T2（25攝氏度）下的電阻阻值，又被叫做標稱電阻數(shù)值；Rx為待測溫度T1下的阻值，可以通過數(shù)模轉換器測量到的電壓值轉換成電阻值得到，得到的當前電阻值還需要加上Rxrevise（誤差校正），減少測量的精度問題；B值為廠家所給參數(shù)。最后通過轉換可以得到所求當前系統(tǒng)的當前溫度T1，計算公式如下：T1溫度檢測電路的設計如圖5-2所示：圖5-2熱敏電阻溫度傳感器實現(xiàn)電路單片機引腳P13接NPN型三極管8550，通過高低電平輸出控制三極管的開啟與關閉，進而用三極管控制繼電器的開啟與關閉，繼電器1再控制PTC加熱片，單片機引腳P14控制風扇辦法同上所述，實現(xiàn)溫度控制，具體實現(xiàn)如圖5-3所示。圖5-3PTC加熱片和風扇控制電路圖1.2.2按鍵電路設計STC89C52單片機P35引腳定義為設置按鍵，通過按鍵是否按下來確定是否進入按鍵設置階段，單片機P36引腳定義為加按鍵和P37引腳定義為減按鍵，按鍵電路的設計如圖5-4。圖5-4按鍵電路設計1.3顯示屏STC89C52單片機引腳P00到P07接入16×2個字符的LCD1602液晶模塊，實時顯示熱敏電阻溫度傳感器讀取到的數(shù)據(jù)、預設的溫度閾值。顯示屏引腳如圖5-5。圖5-5LCD1602整體引腳圖1.5模塊連接與集成電路原理圖選擇用AltiumDesigner來繪制，AltiumDesigner的功能十分強大，完全可以滿足本系統(tǒng)PCB設計的要求。原理圖主要有：主控制器、時鐘電路、復位電路、按鍵電路、傳感器接口、LCD1602液晶顯示電路。在提高系統(tǒng)的完整性的和保證電路的穩(wěn)定性的同時，使得設計面更加美觀，將主控器51單片機與各模塊連接在一起，整體原理圖實現(xiàn)如圖5-6所示。圖5-6整體原理圖為了簡單方便，選擇使用原理圖直接生成PCB文件的辦法，首先在原理圖中通過封裝管理器這個功能檢查每個元器件的封裝是否選擇正確，然后新建PCB文件，通過原理圖對應的菜單欄設計者一欄中的更新PCB文件導入元器件到PCB文件；接著驗證是否有錯誤，如果有錯誤就選擇錯誤項，選擇交叉調查回到之前原理圖出錯的位置。1.6本章小結該部分主要由本章首先分析了鋰離子電池加熱系統(tǒng)的硬件構成，系統(tǒng)的硬件控制部分分為三個環(huán)節(jié)：傳感器、控制器、執(zhí)行器?；谶@個三個環(huán)節(jié)將系統(tǒng)的硬件設計分為了三個模塊：熱敏電阻溫度傳感器、單片機模塊和溫控電路模塊，詳細闡明了各個部分的作用和各模塊連接原理圖。

2軟件設計2.1總體方案鋰離子電池加熱系統(tǒng)涉及到的軟件部分主要是溫度控制部分，LCD顯示部分，按鍵部分及模塊之間的相互連結部分，各模塊的主要介紹如下所示。溫度采集模塊：本模塊通過熱敏電阻經(jīng)過AD數(shù)模轉換和計算公式后得到實時溫度。溫度控制模塊：該模塊主要由PTC加熱片和風扇組成，系統(tǒng)通過判斷檢測到的數(shù)據(jù)來控制PTC加熱片和風扇的動作。按鍵模塊：該模塊主要由判斷按鍵是否按下進入閾值設置模式。顯示模塊：該模塊主要由LCD1602液晶顯示屏配合信息處理核心組合而成，用來顯示獲取到的實時溫度和設置的閾值溫度。KeilμVersion是單片機程序開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境，集成了C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器。因為該系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能邏輯清晰明了，并且網(wǎng)絡上可以找到一些用C語言編寫的代碼例程，所以用較為熟悉的C語言編寫程序是我的第一選擇。分模塊編寫函數(shù)，然后再等到整體編譯成功，沒有錯位之后通過使用下載器將程序燒錄進單片機，之后就可以開始測試系統(tǒng)功能是否可以完整實現(xiàn)。2.2總體程序流程圖總體程序首先定義各種函數(shù)和變量，主要由以下幾個部分組成：對電子顯示屏LCD1602相關函數(shù)的定義，溫度采集模塊數(shù)模轉換的定義，溫度控制函數(shù)的定義，和按鍵模塊的定義。主函數(shù)首先進行初始化配置，然后讀取EEPROM中存儲的溫度閾值，在判斷數(shù)據(jù)沒有錯誤之后，讀取AD數(shù)據(jù)計算出當前熱敏電阻阻值，接著調用溫度計算函數(shù)求出當前系統(tǒng)的溫度；然后調用顯示函數(shù)，在屏幕上顯示實時溫度和溫度閾值；接著調用溫度控制函數(shù)，通過繼電器控制風扇和PTC加熱片對系統(tǒng)進行溫度控制；最后，調用按鍵處理方便用戶按需求改變溫度閾值和調用系統(tǒng)指示燈函數(shù)直接給出溫度預警燈。鋰離子電池加熱系統(tǒng)的總體程序流程如圖6-1所示：圖6-1加熱系統(tǒng)的總體程序流程圖2.3溫度檢測模塊本系統(tǒng)采用熱敏電阻溫度傳感器（NTC）為鋰離子電池加熱系統(tǒng)的溫度采集模塊。熱敏電阻溫度傳感器初始化后復位，通過數(shù)模轉換計算電壓值，然后得到該溫度下的電阻值，最后通過公式和廠家給的熱敏電阻的重要參數(shù)計算出阻值對應的環(huán)境溫度，并且返回浮點型溫度值。具體實現(xiàn)溫度采集的流程如圖6-2所示。圖6-2溫度采集運行圖2.4屏幕顯示LCD1602經(jīng)過初始化之后，進行功能運行模式，屏幕上顯示實時溫度和預設的溫度閾值，當按鍵模式下設置溫度閾值時進行閃爍控制，調用LCD1602的運行流程如圖6-3所示。圖6-3屏幕顯示邏輯2.5按鍵輸入模塊按鍵控制和檢測模塊，判斷按鍵是否按下，如果按下進入設置模式，判斷當前設置項，如果是上限按鍵設置按下保存上限值，如果是下限按鍵設置按下保存下限值，具體按鍵模