基于ATmega8的电动车蓄电池智能管理系统设计.doc

1、 - 1 毕 业 设 计（论 文） 论 文 题目 ： 基于 ATmega8 的电动车蓄电池智能管理系统设计 所 属系部 ： 电子工程系 指导教师 ： 职 称 ： 学生姓名： 学 号 : 专 业： - 2 毕业设计（论文）任务书 题目： 基于 ATmega8 的电动车蓄电池智能管理系统设计 任务与要求： 以 ATmega8 单片机为核心，设计一种分布式、模块化、通过 LIN 总 线通信且具有智能化充电功能的电动车蓄 电池管理系统，实现了 对 多组蓄电池的检测和管理。 时间： 2010 年 8 月 30日 至 2010 年 10月 23 日 共 8 周 所属系部： 电子工程系 学生姓名： 学 号：

2、 专业： 指导单位或教研室： 指导教师： 职 称： - 3 摘要 本论文主要阐述了以 ATmega8 单片机为核心，设计了一种分布式、模块化、通过 LIN 总线通讯，具有智能化充电的电动车蓄电池管理系统，实现了对多组蓄电池的有效监测和 管理，其智能化充电的思路值得以后继续深入研究和推广。 蓄电池管理系 目前蓄电池人工检测与在线监测的技术加以比较，提出蓄电池维护中以内阻在线监测为主的解决方案，该方案以智能化与网络化为方向，同时对于解决后备蓄电池的监测与维护，探讨其标准性的完善。 关键词 : 单片 机； ATmega8； 外围接口 ； 电动车 ； 蓄电池 ； 蓄电池管理系统；智能化充电 ； LIN

3、 总线 - 4 Abstract The design of a distributed， modularized electric battery management system is described , in which the data communication by LIN BUS can charge intelligently. Its hardcore is ATmega8.The system can monitor and management some Storage battery in series effectively, And it is worth o

4、f to do some more research on the idea of intelligent charging .Technique that examination of current storage battery artificial with on-line monitor to take into comparison, and bring up the storage battery maintenance the inside including the Inside electric resistance is on-line to monitor for th

5、e solution, that project that lord with the intelligence and network to change into the direction, and behind have the monitoring of storage battery with the maintenance for the solution at the same time, and study its standard and perfect. Key words: The machine ;ATmega8 of single slice ;Outer circ

6、le connects the ; Motor car; Storage battery ; Storage battery management systems; The intelligence refreshes ; Total line of LIN - 5 目 录 1 绪论 . 1 1.1 系统的发展前景 . 1 1.2 系统的介绍 . 2 1.3 系统的意义 . 3 2 LIN 总线通信电路 . 4 2.1 LIN 的概念 . 4 2.2 LIN 的特点 . 4 2.2.1 PC817 功能简介 . 5 2.2.2. MAX1487 功能简介 . 5 3 管理系统的组成及 硬件设计

7、 . 7 3.1 电压检测电路设计 . 7 3.2 温度检测设计 . 9 3.2.1 温度检测设计的背景 . 9 3.2.2 系统概述 . 9 3.3 可控充电模块设计 . 11 3.3.1 EMI 滤波器的基本概念 . 12 3.3.2 EMI 滤波器的作用 . 12 3.3.3 EMI 滤波器的性能指标 . 12 3.3.4 EMI 滤波器应用中应注意的事项 . 13 3.3.5 电池组的历史来源 . 13 3.3.6 意义和用途 . 14 3.4 主控及液晶显示模块 . 14 3.4.1 ATMEGA8 芯片的简介 . 15 3.4.2 串行编程器的设计 . 16 3.4.3 ATNEG

8、A8 的主要性能特点 . 16 3.4.4 MGLS240218T 的基本功能 . 17 3.4.5 引脚功能 . 17 3.4.6 指令系统 . 18 3.4.7 液晶模块的应用 . 19 结束语 . 22 参考文献 . 24 基于 ATmega8 的电动车蓄电池智能管理系统设 计 - 1 1 绪论 1.1 系统的发展前景 随着中国国际地位的提高，经济社会的发展，人们的生活水平 不断提高。现在不仅在城市而且农村 80%的家庭都给自己添了摩托车、电动自行车，甚至大部分都有农用小汽车。光我国每年就有将近一亿只蓄电池充电机报废，所以蓄电池充电机随着市场经济的发展而诞生，往往最新型的行业就是最暴利的

9、行业，面对如此巨大的国内市场，蓄电池充电机行业 蓄电池充电机 |蓄电池充电机 |汽车蓄电池充电机 |电池充电战 |电动车电池充电战 |蓄电池充电机 技术 北京中科瑞丰科技有限公司集研发、生产、销售微控低温等离子蓄电池充电机，我公司的蓄电池充电机 /蓄电池充电机 技术是结合国外先进蓄电池充电机 技术，与国内各 大科技院校探讨结合，经过业内高深人士的指导，自主研发、生产出新一代专利产品（ 全国独家推出 2009 年最新专利微控等离子充电战技术），微控低温等离子蓄电池充电机，中科瑞丰研发生产的蓄电池充电机是目前蓄电池充电机市场上充电战技术、水平最先进的蓄电池充电机 。 蓄电池充电机 |蓄电池充电机

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11、行业。 一台蓄电池在线监测系统 SMITB915 主机可以管理两组蓄电池，可以完成对不同只数蓄电池组的监测管理。采集电池组的电压、电流、环境温度，采集单电池的电压和内阻，定性估 算蓄电池的剩余容量。具有远程（集中）管理 RS-232接口、操作键盘、汉字显示面板、声光报警及报警接点输出。实时显示电池数据，存储数据，查询数据，智能分析数据，对异常的电池运行情况进行及时报警。数据传输，把采集到的数据通过 RS-232 接口上传到 PC 机中。可以组网实现远程集中监测管理。 在现今这个以工业为主的社会中，后备直流电源的应用越来越广泛了，作为基于 ATmega8 的电动车蓄电池智能管理系统设 计 - 2

12、 后备直流电源重要组成部分的蓄电池，其性能状况的优劣状态对于保证后备直流电源的正常运行就显得尤为重要。 蓄电池是电池中的一种，它的作用是能把有限的电能储存起来， 在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能。蓄电池是系统可靠性依赖的最后环节。也是可靠性最薄弱的环节。很多重大事故的发生都起源于蓄电池的失效。只有重要系统才配备蓄电池后备电源系统。虽然有的蓄电池从安装到指定退出运行期限，好像没问题。实际情形可能从未使用到该电池组放电。一旦需要蓄电池供电，而未能确认蓄电池是否能供电，那将会造成重大损失，甚至是灾难性的。所以对蓄电池的测试、维护、保养是非常重要的。 随着汽车总线应用的日益普及以及

13、对汽车成本的要求越来越严格， LIN 总线的市场占有率越来越高。本文从低成本的 角度来实现 LIN 总线的节点，具有非常高的实用价值 。 1.2 系统的介绍 蓄电池管理系统（ BMS）是混合动力电动汽车的一项关键技术。因为电池充满电一次性行驶的里程只有几十公里；电动汽车电池组中的电池远比单个电池的寿命短；电池的充放电参数、放电深度影响电池寿命；发动机对蓄电池充电进行能源管理。所以 BMS 是为了提高电动汽车电池寿命，延长行驶里程和发挥电池效能而产生的一套管理系统。 一种蓄电池电动车辆供电控制系统，它包括贮能电容、中央处理装置、电源输入接口 X1、 X2 及电源输入接口 X1 后串联的开关 K1

14、 和电源输出接口 Y1、 Y2及电源输出接口 Y1 的输出端之前串联的开关 K2，所述中央处理装置的一组检测接口与蓄电池电压检测、贮能电容、充电单元、放电单元、电压检测、电流检测单元电连接；所述中央处理装置的一组控制接口与充电单元、放电单元、电源并网电连接；所述贮能电容、充电单元和放电单元电连接；所述 K1 输出端和放电单元并联电连接电源并网。本发明结构简单合理，辅助电源响应快，制造成本低。本发明的产品适合于各种采用蓄电池作为动力的电动车辆使用。 本项目研究蓄电池智能充电、放电 (回馈电网 )、检测、活化和在线管理五种功能，集计算机、通信、自 动控制等多种先进技术于一体，节约电能，减少企业成本

15、，降低维护人员的劳动强度，为蓄电池维护提供全面科学的检测手段。根据需要进行深度放电，然后充电；也可以利用恒流强充功能激活电池组 (或单节电池 )，使电池组随时保持满电状态并活化蓄电池，延长蓄电池使用寿命。采用先进的具有网络通信功能的是专门针对蓄电池组深度充 /放电，容量测试，蓄电池组日常维护而设计，参数设好后自动完成充 /放电过程，完全实现智能化，并配基于 ATmega8 的电动车蓄电池智能管理系统设 计 - 3 有功能完备的数据处理软件。 随着铁路体制改革的不断深入 ,机车检修模式也发生了较大变化。蓄电池作为修程中必不可少的检修 范围 ,其质量好坏直接关系着机车的正常运用。为此 ,对智能化、

16、状态自动评估的蓄电池充放电系统进行探讨和研制 。 1.3 系统的意义 蓄电池管理系统是国家 “863 计划 ” 电动汽车重大专项子课题的研究成果。蓄电池是制约电动汽车推广以及产业化的最严重的制约因素。蓄电池在制造过程中，由于制作工艺的差别，即使同一批次的电池，也不可避免的存在着差异，即容量上的差异。在充电过程中，容量小的电池电压上升比较快，当其它电池尚未充满时，该电池已经充满，继续充电将造成容量小的电池处于过充电状态。在放电过程中该电池经常处于过放状态，致使其寿 命明显缩短，进而带来整组蓄电池寿命降低。蓄电池组在运用过程中，如果出现单只电池损坏而未能及时发现的情况，其它蓄电池的性能将受到严重影

17、响，致使蓄电池组的寿命远远小于单体电池的寿命。因此必须对蓄电池组中单体电池可能存在的故障情况做出早期预测与报警。蓄电池的实际容量受到多种因素制约，不仅与制造工艺有关，而且与使用状况关系密切。实时监测蓄电池组的使用状况，动态监测蓄电池组的剩余电量，对于延长电池组寿命，优化电池组的使用，具有极其重要的意义。 电动汽车的无 (低 )污染优点，使其成为当代汽车发展的主要方向。电动汽车的发展 需要解决两大关键部分，即能量存储系统和动力驱动系统。由于短期内动力电池贮能不足的问题得不到解决，使能量管理技术成为电动汽车发展的重要部分。在传统的充电技术中，常用的恒压充电、恒压限流充电、恒流充电等模式，都是由操作

18、人员控制充电过程，大多存在着严重的过充电现象。充电质量的好坏，直接影响蓄电池的技术状态及使用寿命。而新型蓄电池智能管理系统的设计，就是为了在线检测动力电池状态，解决动态跟踪电池可接受充电电流曲线的技术关键，提高了充电质量和效率，使操作人员只担任辅助性工作，为蓄电池管理设备闯出了一条崭新的路。 基于 ATmega8 的电动车蓄电池智能管理系统设 计 - 4 2 LIN 总线通信电路 2.1 LIN 的概念 局域互连网络 LIN（ Local Interconnect Network）是低成本的串行通信网络，用于实现汽车中的分布式 电子 系统控制，是现有多种汽车网络在功能上的补充；同时它也是一个开

19、放的标准，作为 CAN 总线的子总线，能缓解 CAN 总线数据拥挤的现状。由于 LIN 总线是可靠、低成本、开放标准的网络解决方案，它可以简化现存的多点解决方案，并且能降低在汽车电子领域中的开发、生产、服务和后勤成本。 2.2 LIN 的特点 LIN 总线是一种结构简单、配置灵活的新型串行通信网 络。主要用于实现汽车内部诸多电子控制单元之间的通信 ,为目前在汽车行业内广泛使用的现场总线提供辅助功能 。 图 2-1 总线通讯电路图 LIN 总线的通信简单，方便，使智能电源管理系统与汽车的各系统之间既相互联系又相对独立，从而克服了目前电池管理的漏洞，能使汽车和汽车蓄电池的基于 ATmega8 的电

20、动车蓄电池智能管理系统设 计 - 5 安全性和可控性得到大大的提高。图 2-1 为其具体电路，本设计中各个模块均包含该电路，以此实现信息共享和传输，本设计中实际通信波特率为 1200bps。其中， PC817 起到隔离作用， MAX1487 保证收发信号在时间上错开。 2.2.1 PC817 功能简介 普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电光电耦合器是以光为媒介来传播电信号的器件。通常是把发光器（发光二极管 LED）和受光器（光敏晶体管）封装在同一管壳内 。 当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而

21、实现了 “ 电 -光 -电 ” 的转换。 耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也 随之不同。 PC817 光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用 。 2.2.2. MAX1487 功能简介 随着微机特别是单片机的发展 ,其应用已从单机逐渐转向多机或连网 ,其中远程通讯具有很强的实际意义 ,在实践中得到越来越广泛的应用。 RS485 是一种抗干扰能力强、能有效延伸数据传输距离、便于实现多机通信的串行通信方式。其接口标准是一种多发送器的电路标准 ,它扩展了 R

22、S422A 的性能 ,允许双导线上一个发送器驱动 32 个负载设备（某些驱动器可接 128 个负载设备） ,负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器 ,通讯距离 可达 1200 米 ,这时传输速率为100kb/s 用中继器 ,可再延长距离。而且 RS485 电路允许公用电话线通信 ,半双工的通讯方式又可节省信号线 ,所以特别适合远距离通信。 MAX1487 其组成的差分平衡系统抗干扰能力强 ,接收器可检测低达 200的信号 ,是一种高速 ,低功耗 ,控制方便的异步通讯接口芯片。 （ ） MAX1487 芯片的内部结构、管脚功能及其工作原理 MAX1487 采用 +5V 电源供电 ,当供电电流约为 500uA 时 ,传输速率达到2.5MB/S。它适用于半双工通信 ,通信传输线上最多可挂 128 个收 发器 ,其输入输出的差动电压符合 RS485 标准 ,为 2V 6V。 MAX1487 的管脚 : 脚 R0：接收器输出（ A-B= 0.2V,RO=“ 1” ： A-B=-0.2V ,RO “ 1” ） ;