串聯(lián)電池電壓及溫度測(cè)量方法研究

圖 1 中，E1,E2,……En 表示的是電池組，雙刀開(kāi)關(guān)K1,K2,……Kn 表示的是光電繼電器組。在不同的時(shí)間分別單獨(dú)導(dǎo)通K1,K2,……Kn，即可實(shí)現(xiàn)單體電池E1,E2,……En 的電壓測(cè)量。光電繼電器組的通斷是由D 觸發(fā)器串聯(lián)而成的移位寄存陣控制，只需兩個(gè)I/O 口分別提供時(shí)鐘信號(hào)（CLK）和數(shù)據(jù)信號(hào)（D）即可工作，大大減少了I/O 資源的占用。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)D 觸發(fā)器和一對(duì)光電繼電器構(gòu)成選通模塊，一個(gè)電池對(duì)應(yīng)一個(gè)選通模塊，所以直接將選通模塊安裝在電池上，選通模塊之間用排線串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成由移位寄存陣控制的選通電路。選通電路與電壓采集電路之間也用排線連接，需要的線數(shù)量很少，所以電池管理系統(tǒng)安裝方便，電氣走線簡(jiǎn)潔明了。

2、單體電池溫度測(cè)量原理

電池溫度的測(cè)量采用DALLAS 公司的DS18B20 溫度傳感器。DS18B20 采用單總線技術(shù)，測(cè)溫范圍-55°C~+125°C，全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換及輸出，支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫
度采樣。需要說(shuō)明的是，采用DS18B20 多點(diǎn)組網(wǎng)功能也可以實(shí)現(xiàn)單體電池溫度采樣，但是多點(diǎn)采樣時(shí)需要識(shí)別每個(gè)DS18B20 獨(dú)有的ROM 碼，影響采樣速度，同時(shí)無(wú)法將ROM碼同器件的實(shí)際物理位置關(guān)聯(lián)起來(lái)，所以多點(diǎn)組網(wǎng)功能不適合單體電池溫度的巡檢。基于由D 觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存陣所具有的通道選通功能，本文提出一種同時(shí)啟動(dòng)，分時(shí)讀取數(shù)據(jù)的DS18B20 多點(diǎn)溫度采樣方法。該種方法中DS18B20的采樣啟動(dòng)和數(shù)據(jù)讀取都是跳過(guò)ROM 碼校驗(yàn)進(jìn)行的。DS18B20 的連接方式如圖2 所示。

圖中 K1,K2,……Kn 表示的是光電繼電器，其通斷情況同樣由移位寄存陣控制。一開(kāi)始K1,K2,……Kn 全部閉合，MCU向所有DS18B20 發(fā)送采樣啟動(dòng)命令，啟動(dòng)命令發(fā)送完后斷開(kāi)所有光電繼電器，然后逐個(gè)閉合K1,K2,……Kn，讀取相應(yīng)傳感器的溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)分時(shí)讀取數(shù)據(jù)。采用同時(shí)啟動(dòng)分時(shí)讀取數(shù)據(jù)的多點(diǎn)溫度采樣方法，其所用時(shí)間僅比單點(diǎn)溫度采樣所用的時(shí)間多了數(shù)據(jù)讀取的時(shí)間，所以其采樣速度比較快。

3、移位寄存陣原理

移位寄存陣是由D 觸發(fā)器串聯(lián)構(gòu)成的，它與光電繼電器一起構(gòu)成選通電路。圖3 中，D1,D2,……Dn 表示的是D 觸發(fā)器，每個(gè)D 觸發(fā)器的輸出Q 是下一個(gè)D 觸發(fā)器的數(shù)據(jù)信號(hào)，所有的D 觸發(fā)器由相同的時(shí)鐘信號(hào)控制。D 觸發(fā)器的反碼輸出Q 用來(lái)控制對(duì)應(yīng)的光電繼電器的通斷，當(dāng)Q 為高電平時(shí)光電繼電器斷開(kāi)，當(dāng)Q 為低電平時(shí)光電繼電器導(dǎo)通。通過(guò)控制第一個(gè)D 觸發(fā)器的數(shù)據(jù)信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)D1,D2,……Dn 的Q 逐個(gè)輸出低電平即移位功能，從而控制光電繼電器K1,K2,……Kn按順序的逐個(gè)單獨(dú)閉合，實(shí)現(xiàn)通道選通功能。

移位寄存陣的工作時(shí)序圖如圖 4 所示。其中，CLK 是時(shí)鐘信號(hào)，D 為移位寄存陣中第一個(gè)D 觸發(fā)器的數(shù)據(jù)信號(hào)，Q 1,取的D 觸發(fā)器是上升沿觸發(fā)工作。在時(shí)鐘信號(hào)的第一個(gè)上升沿時(shí)，將D 置高電平，第一個(gè)D 觸發(fā)器的輸出Q1 在時(shí)鐘信號(hào)的第一個(gè)上升沿和第二個(gè)上升沿的時(shí)間段內(nèi)是高電平，Q 1為低電平。接下來(lái)一直將D 置為電平，每次時(shí)鐘信號(hào)的上升沿到來(lái)的時(shí)候，D 觸發(fā)器的輸出Q 的高電平狀態(tài)就會(huì)依次傳給下一個(gè)D 觸發(fā)器，即移位寄存陣的D 觸發(fā)器的Q 端依次在不同的時(shí)間段單獨(dú)輸出高電平，從而Q 1, Q 2,…… Q n 依次輸出低電平。在Q 1, Q 2, …… Q n 的控制下，光電繼電器K1,K2,……Kn 依次閉合。