电动自行车,充电器温升监测系统
郑钧
摘要：
鉴于电动车充电器是电动车系统中的一个重要的组成部分，其质量的优劣不仅关系到铅酸电池本身的好坏，严重的更会酿成火灾。此文按照中国轻工行业标准QB/T 2947.1—2008中对充电器发热的要求，基于89C52单片机系统从硬件和软件两方面，介绍了电动车充电器温度循环监测系统的设计，对硬件原理图和程序框图做了简洁的描述。
关键词：电动车充电器;单片机;ADS1110转换器;PT100铂电阻;AD623运算放大器
1 引言
电动自行车作为一种新型的代步工具已经进入我们千家万户，深受大众欢迎。电动自行车产业已形成一个新兴的产业，其广大的市场前景吸引了大量的企业关注。但由于目前在国内施行的GB17761—2018《电动自行车安全技术规范》中，对电动自行车的充电设备技术规定只提出了“在非正常工作情况下，充电器具有保护功能，充电器输出接线反接或短接后，无损坏”[1]，而没有对充电器正常工作温度有硬性规定。许多小型的电子产品企业甚至是家庭作坊也在生产电动自行车充电器，部分厂家为了压缩成本，在元器件上选择劣质品种，使得充电器质量参差不齐。由于其输出功率比起其他家用充电器大许多，发热量大，如不及时发现其潜在隐患，极易引发安全事故。
为此本文作者按照中国轻工行业标准QB/T 2947.1—2008[2]中对充电器发热的要求，遵照GB4706.18—2014[3]中规定的方法，设计了基于ATMEL公司的89C52的26处温度循环监测系统。该系统结构简单实用，采用3块木板搭成测试角的形状，每块木板上粘贴多只PT100铂电阻，将工作中的充电器置于测试角内，电气部分使用的电路板置于充电器下方，采用低成本的89C52单片机I/O口实现的温度检测电路。该电路非常简单， 易于实现， 并且适用于几乎所有类型的单片机。
监测装置前面板有操作按钮可以进行手动、自动两种操作转换，每隔一段时间循环显示26处方位的环境温度，按序号一一显示出来，最终将循环扫描的温度最大值定格显示，并具有超温报警功能，及时提醒人们发现隐患，以免引发火灾。
2 系统硬件设计
系统的硬件结构如图1所示。
图1包括电源输入原理图、MC14498B显示原理图、ULN2003驱动控制图、数据采集原理图 （包括ADS1110模数转换、AD623运算放大器）以及FM24C04存储芯片原理图。
2.1 数据采集
数据采集电路如图2所示， 由OPA350运算放大器与三极管8050产生1 mA恒流源，通过MC14067模拟开关，流入PT100铂电阻，从而在铂电阻两端产生电压降。
利用AD623运算放大器，将铂电阻两端的电压降进行适当放大后，传送到ADS1110的输入两端进行AD转换，转换后的数据提供给单片机进行处理。其中，ADS1110转换芯片决定了数据采集精度。ADS1110为小型SOT23-6封装;片内基准电压精度为2.048 V+0.05%;具有片内可编程增益放大器PGA、片内振荡器、16位分辨率、I2C总线接口（8个有效地址）;可编程的转换速率为15次/s～240次/s;电源电压为2.7 V～5.5 V;低电流消耗为240 μA，具有抗干扰能力强、转换精度高等优点。
2.2 顯示输出
系统显示电路以MC14498B为核心组成，通过单片机串行输入数据进行LED驱动显示，并且通过级联功能可以驱动更多的LED数码管，只需一个外接电阻就可以对显示亮度进行控制。其内部自带的定时器以1 K/s的速率进行动态扫描显示，最大的优点是串行数据输入，并行数据输出，不仅可以为单片机节省大量输出口线，而且还节省了一个定时器资源。
2.3 数据存储
系统中用到的存储电路采用FM24C04芯片，采用CMOS工艺、EEPROM存储、DIP封装、I2C总线输出，具有4 K存储空间，可以掉电存储数据，100万次反复擦写，数据保存时间超过40年。
2.4 报警电路
本文中所设计的报警电路较为简单，由一个自我震荡型的蜂鸣器组成（只要在蜂鸣器两端加上超过其额定的电压，蜂鸣器就会叫个不停）。在这次设计中，蜂鸣器是通过ULN2003电流放大IC来控制。在我们所要求的温度达到一定的上界时，报警电路开始工作。
2.5 接口电路
系统数据采集输出与89C52的WR、RD接口相连，显示芯片与P1.0、P1.1、P1.2相连接，FM24C04芯片数据输出接口上拉5 k电阻后与单片机的P3.0、P3.1接口连接，MC14067模拟开关电路的控制输入端与单片机的P2口相连，其余的外部复位，晶振电路与相应的单片机接口连接。
3 系统软件设计
系统程序流程为：初始化→启动AD转换→定时循环读取26处数据→取最大值显示→报警指示。其中AD转换子程序、I2C总线时序、MC14498B的SPI总线时序的软件模拟编写是重点，而定时循环读取数据是整个软件设计的核心。部分汇编源程序如下：
4 结束语
综上所述，本监测系统结构设计简单，操作方便，硬件电路设计可靠，软件抗干扰能力强，整个系统在较长时间的工作运行中表现出比较高的稳定性，满足了预先设计的要求。在实际工作中，能够实时对充电器周围的温度进行监控，出现异情及时报警，很容易从整体上辨别出充电器质量好坏，为厂家和消费者提供了直观的指导作用，相信未来有广阔的市场前景。
参考文献
[1]国家市场监督管理总局，中国国家标准化管理委员会.电动自行车安全技术规范：GB17761—2018[S].北京：中国标
準出版社，2019：4-15.
[2]全国自行车标准化技术委员会.电动自行车用蓄电池及充电器：第1部分 密封铅酸蓄电池及充电器：QB/T 2947.1—
2008[S].北京：中国轻工业出版社，2008：7.
[3]全国家用电器标准化技术委员会.家用和类似用途电器的安全 电池充电器的特殊要求：GB4706.18—2014[S].北京：
中国标准出版社，2016：1-1.
*****************自动循环读取温度子程序******************
CHOICE：JNB 7BH， NUM1
MOV 11H， #15
SJMP NUM5
NUM1： MOV 11H，#3 ;定时器延时
NUM5： MOV TH0，#00H
ACALL READ ;读取温度值
NOP
NOP
DEC R0
MOV A， R0
JB CONVERT，NUM2
SWAP A
MOV P2，A
CJNE R0，#00000010B，CHOICE1
SETB P1.7 ;关断1#MC14067
NOP
CLR P1.6 ;选通2#MC14067
SETB CONVERT ;置位芯片转换标志
MOV R0，#00001111B
NUM2： MOV A，R0
MOV P2，A
CJNE R0，#00000010B，CHOICE1
CLR CONVERT ;清除芯片转换标志
MOV 13H，#01
MOV 1BH，#01
MOV 68H，#0A0H
MOV 69H，#0A1H
SETB P1.6 ;关断2#MC14067
MOV CONFIG，#0C1H ;显示配置寄存器内容
SETB DATAIN ;复位MC14489B
SETB CLOCK
SETB ENABLE
NOP
JNB 38H， NUM3
ACALL MAX
NUM3： ACALL XMAX
CHOICE2：
JNB 3CH， CHOICE3
SETB ET1
SETB TR1
CLR 78H
CHOICE3：
RETI
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