使用高速AVR單片機實現(xiàn)振動/溫度信號采集和存儲

鉛酸電池具有價格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應用于通信、鐵路、交通、電力、石油、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門。在傳統(tǒng)的充電技術中，常用的恒壓充電、恒壓限流充電、恒流充電等模式，都是由工人控制充電過程，由于充電技術不能適應免維護電池的特殊要求，嚴重影響電池的壽命，大量的免維護電池用幾年后即報廢，造成巨大的經(jīng)濟損失。本文所介紹的新型智能充電機系統(tǒng)，解決了動態(tài)跟蹤電池可接受充電電流曲線的技術關鍵，形成了獨具特色的智能充電機系列，提高了充電質(zhì)量和效率，充電工人只擔任輔助性工作，為充電技術和充電設備闖出了一條嶄新的路。?

1硬件部分

電池充放電過程中，可進行恒流、恒壓、涓流、充放電時間以及終止電壓等多種控制規(guī)律選擇。整個系統(tǒng)分2層，下層是執(zhí)行層，上層為控制層。?

1.1節(jié)點層

利用三相橋式全控整流橋技術實現(xiàn)充放電轉(zhuǎn)換。晶閘管的觸發(fā)由MSP430來完成。擬采用雙窄沖觸發(fā)，以減少觸發(fā)裝置的輸出功率。下層的核心就在于對MSP430的控制。MSP430F135是TI 公司新近推出的Flash系列的16位單片機，他具有內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換器、串行通訊接口，集成JTAG接口，內(nèi)置Flash存儲器，具有看門狗定時器，2個16位定時器，可實現(xiàn)計數(shù)、時序發(fā)生、PWM等功能。并通過對堆棧的處理，實現(xiàn)了中斷和子程序調(diào)用層次無限制，具有嵌套中斷結構，即高級中斷程序可以被低級中斷請求打斷，當中斷請求同時發(fā)生時，按優(yōu)先級別處理。利用他的12位A/D采集電流電壓值，作為閉環(huán)控制的反饋變量。處理后的反饋變量與設定的值進行比較，根據(jù)一定的控制規(guī)律進行計算，確定觸發(fā)角度，由單片機直接給出觸發(fā)信號，打開可控硅?？刂凭瓤蛇_到2.5‰。電流電壓采集采用差模放大技術，該電路簡單，實現(xiàn)容易，且反饋精度高。單路結構圖如圖1所示。?

1.2控制層

實現(xiàn)控制系統(tǒng)的集散式控制。中間層的主要任務就是集合多路下位機的數(shù)據(jù)。中間層以ATmega16單片機為核心，他是一個與51系列兼容的8位單片機，易進行外圍擴展。下位機數(shù)據(jù)經(jīng)過通訊接口，上傳到本層的非易失大容量存儲器（Flash）DA28F640中。在本層加入人機界面LCD液晶顯示屏以及鍵盤輸入，由操作人員在本層對下位機直接控制。本系統(tǒng)也可組網(wǎng)，連接到計算機上。操作人員可以通過PC機實現(xiàn)對下位機的監(jiān)控管理。?

2軟件部分

本系統(tǒng)采用匯編語言設計，模塊化程序結構，由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、定時脈沖發(fā)出模塊以及通訊模塊等幾大模塊組成。程序首先判斷出執(zhí)行命令，再轉(zhuǎn)入條件設定子程序，如恒流充電命令，程序首先把設置電流、終止時間等命令結束條件賦值與判斷變量，然后設置這些變量的布爾量為真，這樣各種充放電命令簡化為由主循環(huán)直接進行條件判斷。整體程序結構緊湊、簡潔、易懂，且易于設計、調(diào)試、維護和移植。?

2.1數(shù)據(jù)采集/處理

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集采用差分放大電路，直接從電池兩端引入電壓、電流信號。選用放大器OP07。模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換部分由MSP430內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器完成。在主循環(huán)中起動A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結束后由中斷程序把轉(zhuǎn)換后的值存入指定的寄存器，留待全部轉(zhuǎn)換結束后處理。設置轉(zhuǎn)換結束標志位，以防重復啟動。由于現(xiàn)場各種干擾的存在，使得采用所得的數(shù)據(jù)有一定的誤差。為使轉(zhuǎn)換結果更精確，同時考慮到系統(tǒng)靈敏性，可令每個輸入信號采樣4次左右，在處理上運用數(shù)字濾波處理，采用算術平均值法。算術平均值法適合于對一般的具有隨機干擾的信號濾波，特別適合信號本身在一數(shù)值附近上下波動的情況。

應用中也可根據(jù)被測參數(shù)的實際情況及所得數(shù)據(jù)規(guī)律，而綜合采用多種算法，以取得更有效的濾波效果。處理后的值先與設定值比較，得出差值，再由關系式：

其中：Ud為變壓器二次相電壓有效值；
    U2L為變壓器二次線電壓有效值。

加實驗得出電壓電流差值于度數(shù)相對應的調(diào)整關系，再由度數(shù)和時間的關系轉(zhuǎn)化為時間參量。將電壓電流差值量轉(zhuǎn)化為時間差值量后，再將時間差值量與原設定值相加（充電）或相減（放電），從而動態(tài)的調(diào)整角度，進一步動態(tài)的調(diào)整電壓電流的值，維持電壓電流的以定的可接受的曲線變化。由于系統(tǒng)能夠不斷的采集反饋回來的電流電壓的值，根據(jù)情況隨時動態(tài)的調(diào)整控制量，使系統(tǒng)能隨時跟上電流電壓的變化而采取相應的措施，避免了在充/放電過程中產(chǎn)生過大電流的可能性，使電流曲線變化平緩。?

2.2脈沖觸發(fā)程序

MSP430的 P1口具有外部中斷工作方式。由三相電經(jīng)變壓器引出任意兩相經(jīng)由比較器接入P1口，當兩相互換時，引起P1口產(chǎn)生中斷，可準確確定出兩相的換相點位置。確定了換相點的位置，在P1口中斷程序中打開定時器，把由電壓換算出的時間值付給定時器的16位寄存器。定時器經(jīng)過觸發(fā)角時間產(chǎn)生中斷，在定時器中斷程序中打開相應觸發(fā)脈沖的引腳。按規(guī)律經(jīng)15°后脈沖結束，再經(jīng)45°，打開下一個觸發(fā)引腳。一個周期（360°）后，有采樣的電壓或電流重新確定觸發(fā)角，重新給定時器的寄存器復值。

2.3上層程序

上層程序主要有2部分組成：人機接口部分和通訊部分。人機接口包括鍵盤控制和顯示2部分。在程序中，用鍵盤編制各種控制規(guī)律、控制程序。可將 DA28F640內(nèi)部分成若干個區(qū)，是下層每個節(jié)點對應一個區(qū)，把相應的充放電程序及下層傳遞過來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)存到相應的區(qū)內(nèi)。在單片機內(nèi)部建立小型字庫，存入需顯示的字符,確保LCD液晶屏能動態(tài)地顯示當前電壓電流時間等值。

3結語

本系統(tǒng)自動化程度高，大大提高了生產(chǎn)效率；人機界面友好，易于操作、管理。操作人員只需在控制層編好控制程序，系統(tǒng)負責把程序傳到各個節(jié)點，由各個節(jié)點獨立進行操作，中間無需看守，實現(xiàn)了設備的全自動化。工作過程中電流電壓的變化由系統(tǒng)自動進行相應的調(diào)解，在掉電情況下系統(tǒng)會自動保存現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化。?

參考文獻
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