电动汽车电池管理系统.docx
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电动汽车电池管理系统
目录
摘要2
Abstract3
前言4
1电动汽车电池管理系统的背景意义5
2电池管理系统电压和温度采集方案总体设计7
2.1单体电池电压测量方法分析7
2.2单体电池温度测量方法分析7
2.3本次设计采用方案8
3硬件设计9
3.1硬件选择9
3.1.1单片机pic16F8779
3.1.2温度传感器DS18B2011
3.1.374LS13812
3.1.474HC24413
3.1.5数码管13
3.1.6三极管14
3.2各部分硬件电路设计14
3.2.1时钟电路14
3.2.2数码管驱动电路15
3.3硬件设计原理图15
3.3.1电压采集原理图15
3.3.2温度采集原理图16
4软件设计18
4.1电压采集主程序流程图18
4.2温度采集流程图19
5仿真20
5.1MPALABIDE开发系统基本知识20
5.2仿真软件proteus软件介绍20
5.3仿真电路图21
5.3.1电压采集仿真图21
5.3.2温度采集仿真图22
6实物制作23
结论26
致谢27
参考文献28
附录29
摘要
从汽车主动安全角度出发，在不改变汽车原有结构的基础上，设计了一款对汽车超速进行实时控制的速度控制系统。
本设计分为硬件和软件两部分，硬件系统选用以STC89C52单片机作为微处理器，能够结合路况对限速值进行设定，对测量的当前车速和设定速度通过LCD1602液晶显示出来，超速时并通过声光信号报警提示，进而以L298等芯片为主设计电机驱动控制系统强制限速。
软件部分编写了相应的设计，实现了输入转速信号的采集、计数、和速度的计算，限速值的设定，以及超速时对速度有效控制。
充分利用所有硬件结合软件进行调试，能对汽车速度准确的测量，超速时能对汽车的速度有一定限制和能对汽车的速度进行监测。
最后，完成了汽车自动限速系统的仿真模型，并进行实物样件制作，进行了调试，并验证其速度测量，超速报警，当前车速和设定限速值显示，以及超速时对油门踏板位置的控制。
该样件能够按照设计要求正常进行。
关键词STC单片机，速度显示，超速报警，超速控制
Abstract
Withtherapiddevelopmentofautomobileindustry,automobilebroughtenvironmentalpollution,energyshortage,resourcedepletionandsecurityandotheraspectsoftheproblemisbecomingmoreandmoreserious.Thismakestherapiddevelopmentofelectricautomobile,Electricvehicleshaveagoodenvironmentalperformanceandcanbeinavarietyofenergyaspowerfeatures,whichcanprotectenvironment,butalsocaneasetheenergyshortageandtheadjustmentofenergystructure,energysecurity.Electricvehiclepowerbatteryhasalsobeenstudied,Inrecentyearsalongwithcomputerpenetrationinthesocialsphere,SCMapplicationsareconstantlydeepening.Inreal-timedetectionandautomaticcontroloftheSCMapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponent.ThispaperdescribestheuseofPICmicrocontrollertothemeasurementofelectricvehiclepowerbatteryvoltageandtemperature,themeasuredvoltageismainlyananalog-to-digitalconversionmoduleanddigitaltubedisplaymoduleapplication.WithregardtotemperaturedetectionsystemusingDS18B20,andregister,andacombinationofdigitaltube.
Keywords：
PICSingleChipMicrocomputerAnalogdigitalconversionDigitaltubedisplay
前言
我国每年有数十万起交通事故发生，“十次事故九次快”人人皆知，但因超速行驶造成巨大损失的交通事故依然不断发生。
这与驾驶员行车时产生侥幸心理有关。
因而有必要在汽车上安装一个自动限速装置，它能根据不同的路况进行不同的速度限制，并且司机无法随便更改这一限速值，从而使司机不可能超速行驶成为。
与近期在市场上热销的电子狗产品相比，汽车限速器更具有主动规避事故的优势，电子狗只是在接近超速测试探头时才提醒驾驶者控制车速。
汽车限速器通常分为两大类：
一种是在车辆超速时发出语音警报，提醒驾驶者减速；另一种是在汽车超过限定速度后，通过车载电脑发出指令，强制控制车辆行驶速度。
前一种限速器只起到警示作用，而后一种汽车限速器将更为有效地减少交通事故发生。
但是现阶段能够实现这种功能的汽车大都是高端车，要改变原来汽车的油路，且安装不方便，成本高。
本毕业设计采用STC89C52单片机为控制仪，能够模仿司机的正确的限速动作限定油门具体位置限制汽车速度；在不改变汽车结构不影响汽车动力的前提下，标准化安装，适用于所有车型。
使汽车在规定的速度范围内行驶，大大降低交通事故发生的几率，减少经济损失。
汽车自动限速系统是汽车主动安全的重要组成部分，可辅助驾驶员对车辆进行操纵，在超速工况下发出报警信息并对车辆进行主动避险控制，使交通事故的发生概率大幅下降，由此改善了交通通行效率并减轻了驾驶员的劳动强度。
1.1设计背景和意义
汽车作为世界各国广泛采用的交通工具，使道路交通事故在各类安全事故中所占的比例越来越大，有关统计资料表明，道路交通事故的总数约占安全事故的90%左右，造成的伤亡人数占所有安全事故伤亡人数的80%以上。
随着道路交通建设的加快，高速公路网络遍布。
为了治理超速，各国制定了严格的法律法规，但是超速现象还是屡禁不止。
据分析，全国近几年发生的重特大交通事故，七成与超速行使有关，并且超速行驶违章随着道路交通条件的改善而不断增多。
目前，汽车控制技术已经向智能方向的发展，但是能够在规定路段对车辆进行速度的限定只有交通规则或画在路面上的文字或数字，实际有效地对车辆进行限速还没有文献报告。
现有的汽车里程表显示的仅仅汽车的行驶里程和当前的行驶速度，汽车速度的控制完全由驾驶员的操作来控制，虽然路面和路旁处处设有行驶速度的警示标记，交通执法部门也对行驶车辆速度进行实时监测，对超速行驶处罚相当厉害，但也只能起到监督作用，不能完全杜绝超速行驶的行为。
造成驾驶员超速行驶的原因主要有大部分驾驶员在不知不觉中就已经超速。
因为驾驶员的注意力大都在前方，汽车速度只能凭感觉和经验判断。
还有一部分司机抱有侥幸心里。
目前市面上还没有帮助驾驶员控制不同路面上汽车最高行驶速度的装置，造成许多不安全的隐患，甚至出现事故，给国家和人民的财产造成了大量的损失。
本次设计的目的是从汽车行驶的安全角度出发，在不改变汽车原有结构的基础上，基于现有的技术设计一种与自动化道路速度指示控制系统相配套使用的汽车自动限速系统，该汽车自动限速系统能实现汽车行驶时车速测量，限定速度设定，安全警示以及限制车速的功能，用自动或手动的方法使汽车在规定的速度范围内行驶。
设置控制仪的限制值，可以用程序设定也可以用IC卡设；可以只设定一个值，也可以根据不同的路况，有多个设定值供选择。
该产品控制车速灵敏度高，速度误差小于5％控速时汽车行驶平稳，乘客不易察觉。
管理者可以用事先设定的方法强制约束汽车只能在规定的速度范围内行驶。
有效的强制规范驾车秩序，降低交通事故和交通拥堵现象。
解决汽车超速违章现象。
1.2目前该课题国内外发展情况介绍
如今的汽车工业正是朝着智能化，数字化发展，人们在享受速度所带来的高效率同时，却要面对安全的巨大威胁。
各国交通部门及个人为了解决驾驶员有意无意超速驾驶问题，采取了许多措施，与此同时，汽车电子限速装置也在不断发展之中，有许多电子设计公司正在从事这方面的研究，争取能设计出一种成本低的汽车限速装置。
其表现如下：
在2004年上海大众智能设备有限公司也推出一种汽车智能速度控制器，管理者可以用事先设定的方法强制约束汽车只能在规定的速度范围内行驶。
无报警装置，且价格昂贵。
2006年德国西门子宣布开发出了道路限速标志识别装置。
该装置利用摄像头识别前方的限速标志；当行驶速度比限制速度快时，就会发出警告，或与巡航控制系统连动，自动限制行驶速度。
使用这种装置原则上可以达到限速的目的，但这种装置在识别限速标志时常因外界环境变化而受到影响。
在阴雨天，限速标志位置不同的情况下装置就无法准确识别。
改变汽车原有的结构。
2009年6月17日中国专利局公告了一份CN201257907号文献，该文献所述了一种汽车组合仪表，但该仪表不具有汽车限速功能。
2011年５月１０日英国伦敦交通局日前宣布，即将启动一项汽车自动限速器测试计划，出租车、公务车和公共汽车将在未来６个月中试用一种新型限速装置。
据悉，法国汽车制造和营销委员会与法国标致雪铁龙汽车集团和雷诺汽车公司日前联合向用户推出三种汽车限速装置。
报道说，这三种装置中，最简单的一种是“超速报警器”。
安装上这种装置的汽车如果超过预先设定的车速时，报警器就会发出声响警报，同时有指示灯在车内闪烁，以警示司机降速。
其它两种限速装置是可以直接对汽车的部分功能及行驶进行调整的装置。
一种是限速器，另一种是调速器。
司机可以通过这种限速器提前设定最高时速，如果司机在汽车行驶中想超过开车前设定的最高时速，加速器也不会响应，而是把车速限定在一定范围内。
②广州唯创有限公司推出了一款超速报警器，它是一种实时指示车辆行驶速度，记录超速记录，并通过语音提醒司机安全驾驶的智能电子设备。
该设备实时显示车辆速度。
当超过测定速度的最高值时，及时播放语音提示，提示司机。
③广州九芯科技有限公司也推出了叉车限速报警器系统，具有遥控设置通断油路等功能，两级速度设定，超过不同级别的速度，就有不同的语音进行提示报警，它的报警锁定时间在0～99秒可调，叉车速度持续超过预设速度，就自动锁住报警，及时提醒驾驶员采取必要措施。
目前，汽车自动限速系统已经在很多汽车上得到应用。
预计，今后的智能速度控制系统会朝着更可靠，性能更稳定，更高端的方向发展。
1.3设计内容及要求
“基于单片机汽车自动限速控制系统”是汽车主动安全控制的装置，当超过设定车速时它通过机械传动装置来控制油门位置从而控制汽车发动机的转速来达到控制速度的作用，主要包括硬件设计和软件设计。
硬件设计：
包括单片机最小系统、电源、显示、速度的测量、速度的控制。
对硬件要求分模块或整体绘制原理图（附录一）、进行仿真（Protues仿真）（附录二）并进行实物制作。
软件设计：
包括显示程序、速度的测量程序、速度的控制程序。
对软件要求进行模块化设计，配合仿真软件进行相应的调试、实现相应的功能。
2汽车限速系统总体方案设计
基于单片机的汽车自动限速器的系统组成主要由单片机控制模块STC89C52、霍尔传感器、LCD液晶显示器、声光报警器及油门位置控制模块组成。
针对任务要求，通过查阅资料发现该限速器的设计在单片机接口芯片以及按键电路上一些元器件有不同的选择。
因此，我的设计方案主要对此展开：
2.1方案的提出
方案一：
采取通过带有I/O接口和计时器的静态RAM8155芯片与设定速度的键盘电路，速度显示电路，8155芯片具有256个字节的RAM，两个8位、一个6位的可编程I/O口和一个14为计数器。
系统的硬件电路框图如图3-1所示：
图2-1系统硬件电路框图
测量车速用霍尔传感器，传感器能够产生脉冲方波，采用键盘输入设定限制速度，当汽车车速超过最大速度时，声光报警电路将发出报警信号。
单片机外部中断口连接霍尔传感器的输出，车轮每转一圈产生一次INT0中断请求，单片机计数器对INT0中断请求的次数进行计数。
并将在1秒内的计数值转换成汽车的时速，送至显示缓冲区以供显示程序调用。
硬件电路方框图霍尔传感器的输出信号经AT89C52的INT0口输入并存储在内部R0M中，AT89C52外扩8155芯片，LED数码管的段选线用PB口，PA4～PA0作为LED的位选线和键盘的列线，PCO和PC1口作为键盘的行线，从而组成9个按键的速度按钮键盘。
P2.6口外接三极管放大器用来驱动声光报警电路，P2.6不断地输出101010......的高低电平，驱动声光报警电路报警。
只要使声光报警电路报警重复输出256Hz及350Hz的之间的频率，便可发出报警信号。
车的上限速度Vm通过键盘设置并存储起来。
单片机检测霍尔传感器输出的信息，计算出该车当前的速度V，并送LED显示。
当V≥Vm时，控制声光报警电路报警发出警示音，及时采取措施减速；如是没及时减速的话，此时，单片机向节气门电机发出指令，控制节气门的开度，从而，强行控制该车的行驶速度。
方案二：
本设计主要采用单片机STC89C52来实现其功能，速度测量主要由霍尔传感器来实现其功能。
霍尔传感器用来产生脉冲方波，键盘输入用来设定限制速度，当车速超过最大速度Vm时，声光报警电路将发出语音报警信号。
单片机外部中断口接霍尔传感器的输出，车轮每转一圈产生一次INT0中断请求，单片机STC89C52的T1口对INT0中断请求的次数进行计数。
并将在1秒内的计数值转换成机动车的时速，送至显示缓冲区以供显示程序调用。
速度显示部分采用1602字符液晶显示。
键盘输入包括速度值的设定，报警系统采用声光报警，提醒驾驶员超速。
控制部分采用L298N驱动芯片直流电机对其控制机构进行控制，控制油门位置。
图2-2系统硬件电路框图
2.2本次设计采用方案
方案一和方案二比较，方案一采用8155芯片使用单片机引脚较多，采用键盘电路较复杂，按键太多速度操作不方便设置也是固定的，驾驶员对速度上限透明度也不高，总体电路还较复杂。
相对方案二，方案一还要改变汽车原有结构，
对于本设计不改变汽车原有结构，所设计的“基于单片机技术的汽车限速器系统”而言，其基本出发点就是利用现有的工艺条件，采用现代计算机软件处理技术，提高系统的精度等级和工作的稳定性，拓展其功能并赋予其智能化特征，使显示器不仅能够及时准确地显示车辆的当前速度信息和设定的限速值，同时尽可能地减少不必要的人工操作，使报警能随时随地进行，同时还能使车辆在超速后自动降速。
有鉴于此本设计采取“方案二”的设计思路来进行分析设计。
程序框图如图2-3，汽车自动限速器结构示意图如图2-4：
图2-3系统的总体设计框图
1-拉力继电器2-软连接轴3-固定器4-导向受力器5-导向受力机构6-钢丝绳7-油门踏板
图2-4汽车自动限速器结构示意图
3各部分硬件电路设计
3.1系统主控制模块
‰本设计的主控单元包括单片机STC89C52，RC复位电路和时钟电路。
图3-1系统主控制模块示意图
单片机是指在集成电路芯片里，由运算器，控制器，存储器，基本I/O设备构成，在一个芯片上实现微型计算机的基本功能。
单片机是所有微处理器中算性价比较高的，随着种类不断增多，功能不断完善，应用的领域也不断扩大。
随着计算机的发展和单片机在控制系统中广泛使用，以及设备向小型化、智能化方向发展，作为高新技术之一的单片机因体积小、功能强大而广泛使用。
它与一般的集成电路相比它有较好的抗干扰能力，并对外界环境有较好的适应性，可在件下稳定的工作。
本设计采用的单片机是STC公司新推出的STC89C52芯片，STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
STC89C52具体介绍如下：
①主电源引脚（2根）
VCC（Pin40）：
电源输入，接＋5V电源
GND（Pin20）：
接地线
②外接晶振引脚（2根）
XTAL1（Pin19）：
片内振荡电路的输入端
XTAL2（Pin20）：
片内振荡电路的输出端
③控制引脚（4根）
RST/VPP（Pin9）：
复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG（Pin30）：
地址锁存允许信号
PSEN（Pin29）：
外部存储器读选通信号
EA/VPP（Pin31）：
程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
PO口（Pin39～Pin32）：
8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7
P1口（Pin1～Pin8）：
8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7
P2口（Pin21～Pin28）：
8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7
P3口（Pin10～Pin17）：
8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7
STC89C52主要功能如表一所示
主要功能特性
兼容MCS51指令系统
8K可反复擦写FlashROM
32个双向I/O口
256x8bit内部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断
时钟频率0-24MHz
2个串行中断
可编程UART串行通道
2个外部中断源
共6个中断源
2个读写中断口线
3级加密位
低功耗空闲和掉电模式
软件设置睡眠和唤醒功能
表3-1STC89C52主要功能
在本设计中，就采用了内部振荡的简单电路实现。
计算机在启动运行时都需要复位，如下图，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
单片机采用的复位方式是自动复位方式。
对于STC89C52单片机只要接一个电容至VCC即可。
在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使STC89C52单片机有效的复位。
RST端在加电时应保持的高电平时间包括VCC的上升时间和振荡器起振的时间，Vss上升时间若为10ms，振荡器起振的时间和频率有关。
10MHZ时约为1ms，1MHZ时约为10ms，所以一般为了可靠的复位，RST在上电应保持20ms以上的高电平。
RC时间常数越大，上电RST端保持高电平的时间越长。
若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。
复位电路工作原理如右图所示，VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。
工作期间，按下S，C放电。
S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。
几个毫秒后，单片机进入工作状态。
本复位电路采用上电和按键复位，晶振电路主要是使单片机产生时钟周期。
单片机首先考虑的是单片机的资源分配。
P0口和P1口共同驱动LCD1602显示，P1.4到1.7采用按键输入控制。
P3.2和P3.5口做为外部脉冲输入和计数接口。
P1.3和P3.1作为声光报警器接口，P2口作为驱动芯片L298N接口。
本设计为速度测量与超速控制系统，所以里面要用到单片机内部定时器/计数器来完成。
在STC89C52中，定时器0和定时器1的操作与AT89系列一样。
计数功能是对外来脉冲进行计数，每当霍尔传感器输入的脉冲发生负跳变时，计数器就加1。
定时功能也是通过计数器的计数来实现的，不过此时计数脉冲来自单片机内部，即每一个机器周期产生一个计数脉冲，计数器加1。
采用12MHz晶体，则计数频率为1MHZ。
这样就可根据计数值算出定时时间，也可算出计数计数器的初值。
定时器0和定时器1具有四种工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3），其控制字均在相应的特殊功能寄存器中，通过对特殊功能寄存器的编程，用户可方便选择单片机的两种工作模式和四种工作方式。
3.2电源设计
一般汽车使用的电源为12V或24V直流电源，远远大于单片机系统所需要的电压，那么我们必须通过电压的调节和转换，让12V或24V电源成为5V电源供给单片机系统及周边使用。
汽车电源蓄电池供电为直流电源，方向单一，但是大小还在不断变化，这种直流一般是不能直接供给单片机的。
要把脉动直流变成波形平滑的直流，需做“填平补齐”工作，把电源输出电压波动成分尽可能的减小，变成接近恒流的直流电。
本设计使用7805设计电源电路。
利用7805进行电源的转化其中得涉及到滤波，抗干扰等问题。
滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。
在电源电路中其作用是滤掉脉冲动直流中的交流分量（谐波），得到比较平滑的直流电压。
滤波的电路有多种形式，常用的有电容滤波、电感滤波、LC滤波、RC-
型滤波、LC-
型滤波。
如图3-2为常用的滤波电路。
常用的是电容滤波，在电源电路的设计中也主要用电容滤波电路,进行两级滤波。
电容滤波电感滤波LC滤波RC-
型滤波LC-
型滤波
图3-2为常用的滤波电路
采用使用非常方便的78系列的三端集成电路元件来直接实现。
三端稳压集成电路，顾名思义，是指只有三条引脚输出的稳压集成电路，分别是输入端、接地端和输出端。
它的样子象是普通的三极管。
用78系列三端稳压集成电路来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，价格便宜。
该系列集成稳压集成电路型号中的78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7805表示输出电压为正5V。
这个方案准确，受干扰小，应用方便。
如图3-3为7805设计的电源原理图。
7805输入端电容C2和C3是为了使输出的电压纹波降到最低，输出端电容C4是为了改善负载的瞬态响应，使电路能够稳定工作。
V12可以输入12V或者24V电压进行5V转换，从vcc输出5V电源进行应用。
LED9为输入指示灯，R1为LED9的限电阻。
图3-37805设计的电源原理图
3.3速度的测量设计
霍尔开关集成传感器，利用霍尔效应与集成电路技术结合制成磁敏传感器，以开关信号形式输出，常用型号：
UGN-3000系列。
组成部分：
稳压电路，霍尔元件，放大器，整形电路，集电极开路输出。
特性：
当外加磁场强度高于Bop时，输出电压为高电平，传感器处于开状态当外加磁场强度低于BRp时，输出电压为低
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