余　丹,孫　文(.咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院　信息與軟件工程系,湖北　咸寧　43700；.湖北省建筑設(shè)計院　,　武漢　430)

蓄電池溫度測量與控制系統(tǒng)

余丹1,孫文2
(1.咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與軟件工程系,湖北咸寧437100；2.湖北省建筑設(shè)計院,武漢430212)

摘要：很多電廠，銀行，變電站等重要負(fù)荷單位都備有蓄電池組作為應(yīng)急電源。而蓄電池的溫度對于蓄電池的壽命，容量和安全性有著非常密切的關(guān)系。本設(shè)計是設(shè)計一個溫度顯示與控制系統(tǒng)，測量蓄電池的溫度并進(jìn)行相關(guān)的控制，并對歷史溫度進(jìn)行記錄以便日后分析。溫度傳感器通過相關(guān)的轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)如溫度與自動控制；測量溫度、設(shè)定報警值、對風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制、記錄歷史數(shù)據(jù)，是本系統(tǒng)的功能；低成本，高可靠是本設(shè)計的追求。本系統(tǒng)測量與控制的是蓄電池，稍作修改就可以應(yīng)用到其他的場所，比如倉庫、發(fā)酵池等等場所，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

關(guān)鍵詞：蓄電池；溫度；控制；測量

1　系統(tǒng)設(shè)計

鑒于蓄電池的溫度靈敏性及系統(tǒng)成本的考慮，設(shè)計的溫度測量范圍是-30℃-70℃。精確度設(shè)計要求為+-1℃,整個量程范圍內(nèi)的線性誤差小于±1℃,響應(yīng)時間小于1s，能對歷史溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，能控制一定的功率負(fù)載。系統(tǒng)框架及流程如圖1所示：

2　測量元件選擇

AD590是單片集成的溫度電流源傳感器，其溫度測量范圍-55℃～+150℃，測量精度±0.5℃，整個量程范圍內(nèi)的線性誤差小于±0.3℃,響應(yīng)時間僅20us，功耗約2mW。

AD590等效于一個高阻抗的恒流源。在工作電壓為+4～+30V、測溫范圍是-55～+150℃范圍之內(nèi)，對應(yīng)于熱力學(xué)溫度T每變化1K，就輸出1uA的電流。在298.2K（對應(yīng)于25.2℃）時輸出電流恰好等于298.2uA。其輸出電流I與熱力學(xué)溫度T（K）嚴(yán)格成正比。

AD590兩端的電壓在+4V和+30V之間時,即使電壓有變化,輸出的電流信號也沒有影響或影響很小。當(dāng)電壓波動達(dá)到4-6V時，AD590的輸出電流變化僅為1uA,所以AD590具有消除電源波動的特性。對電源沒有特別要求。AD590是一種集成溫度傳感器，實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測。

3　電路設(shè)計

本設(shè)計選擇使用ARM7自帶的A/D轉(zhuǎn)換口。ARM7有8個10位A/D轉(zhuǎn)換口。測量電壓為0-3.3V.本次溫度測量范圍-30℃-+70℃。為了提高分辨率,要求-30℃時輸出為0V，70℃時3V.理論分辨率為：100℃/1024約為0.1℃基本滿足要求。

標(biāo)準(zhǔn)電路主要是將AD590的電流信號經(jīng)過電阻轉(zhuǎn)換為電壓后放大，之后通過同相減法電路將電壓變換到指定的值。但是這個電路存在問題，2V電源的波動十分影響精度。并沒有對這個電源進(jìn)行處理。V02=V01-2V.電壓波動0.1V,相當(dāng)于采樣溫度偏差100*0.01/3=3V.

改良電路如圖2：

如圖2所示：V0=R2*It，I=I0+It.

在-30℃時I=(273-30)μA.為了使此時It=0，則I0=It=243μA(小于典型值750μA,滿足需求）所以R1=10V/243μA為41.15kΩ。當(dāng)70℃時，V0應(yīng)為3V左右。所以R2=3V/100μA約為30KΩ。經(jīng)過簡單計算，取R1取41.2kΩ，R2取30KΩ時，測溫電路的取值范圍為-30.28℃-69.72℃。

假想負(fù)載為12kW左右的三相電機(jī)或者空調(diào)，其額定電流在22A。按照2.5倍的開斷電流選擇，需要55A左右的開關(guān)。ARM的IO引腳輸出電流正常值都在4mA左右，但是我們要控制的卻是55A的大電流。初步思路為，第一級通過三級管開斷繼電器，再由繼電器控制接觸器，最終達(dá)到小電流控制大負(fù)載的目的。具體電路圖如圖3：

4　總結(jié)

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，簡單；在滿足實(shí)際需求的情況下，采用了成熟可靠，價格低廉的產(chǎn)品?？梢浦残愿?，有較強(qiáng)的實(shí)用性。開發(fā)周期短，預(yù)計熟練的技術(shù)人員在一個月之內(nèi)就可以開發(fā)出成品。如果需要提高可靠度，可以采用冗余結(jié)構(gòu)，即采用多套系統(tǒng)相互獨(dú)立。

參考文獻(xiàn)：

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2004:355-356.

作者簡介：余丹（1981-）,女，湖北咸寧人，碩士研究生，教師，講師，研究方向：從事單片機(jī)及計算機(jī)應(yīng)用研究。