摘 要：主要介紹了一種基于MSP430蓄電池充電系統，同時給出了系統軟硬件結構。
關鍵詞：單片機；蓄電池；脈沖觸發；MSP430
鉛酸電池具有價格低廉、供電可靠、電壓穩定等優點，廣泛應用于通信、鐵路、交通、電力、石油、國防、工農業生產部門。在傳統的充電技術中，常用的恒壓充電、恒壓限流充電、恒流充電等模式，都是由工人控制充電過程，由于充電技術不能適應免維護電池的特殊要求，嚴重影響電池的壽命，大量的免維護電池用幾年后即報廢，造成巨大的經濟損失。本文所介紹的新型智能充電機系統，解決了動態跟蹤電池可接受充電電流曲線的技術關鍵，形成了獨具特色的智能充電機系列，提高了充電質量和效率，充電工人只擔任輔助性工作，為充電技術和充電設備闖出了一條嶄新的路。
1硬件部分
電池充放電過程中，可進行恒流、恒壓、涓流、充放電時間以及終止電壓等多種控制規律選擇。整個系統分2層，下層是執行層，上層為控制層。
1.1節點層
利用三相橋式全控整流橋技術實現充放電轉換。晶閘管的觸發由MSP430來完成。擬采用雙窄沖觸發，以減少觸發裝置的輸出功率。下層的核心就在于對MSP430的控制。MSP430F135是TI公司新近推出的Flash系列的16位單片機，他具有內置12位A/D轉換器、串行通訊接口，集成JTAG接口，內置Flash存儲器，具有看門狗定時器，2個16位定時器，可實現計數、時序發生、PWM等功能。并通過對堆棧的處理，實現了中斷和子程序調用層次無限制，具有嵌套中斷結構，即高級中斷程序可以被低級中斷請求打斷，當中斷請求同時發生時，按優先級別處理。利用他的12位A/D采集電流電壓值，作為閉環控制的反饋變量。處理后的反饋變量與設定的值進行比較，根據一定的控制規律進行計算，確定觸發角度，由單片機直接給出觸發信號，打開可控硅。控制精度可達到2.5‰。電流電壓采集采用差模放大技術，該電路簡單，實現容易，且反饋精度高。單路結構圖如圖1所示。
1.2控制層
實現控制系統的集散式控制。中間層的主要任務就是集合多路下位機的數據。中間層以ATmega16單片機為核心，他是一個與51系列兼容的8位單片機，易進行外圍擴展。下位機數據經過通訊接口，上傳到本層的非易失大容量存儲器（Flash）DA28F640中。在本層加入人機界面LCD液晶顯示屏以及鍵盤輸入，由操作人員在本層對下位機直接控制。本系統也可組網，連接到計算機上。操作人員可以通過PC機實現對下位機的監控管理。
2軟件部分
本系統采用匯編語言設計，模塊化程序結構，由主程序模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、定時脈沖發出模塊以及通訊模塊等幾大模塊組成。程序首先判斷出執行命令，再轉入條件設定子程序，如恒流充電命令，程序首先把設置電流、終止時間等命令結束條件賦值與判斷變量，然后設置這些變量的布爾量為真，這樣各種充放電命令簡化為由主循環直接進行條件判斷。整體程序結構緊湊、簡潔、易懂，且易于設計、調試、維護和移植。
2.1數據采集/處理
本系統數據采集采用差分放大電路，直接從電池兩端引入電壓、電流信號。選用放大器OP07。模擬到數字轉換部分由MSP430內置A/D轉換器完成。在主循環中起動A/D轉換，轉換結束后由中斷程序把轉換后的值存入指定的寄存器，留待全部轉換結束后處理。設置轉換結束標志位，以防重復啟動。由于現場各種干擾的存在，使得采用所得的數據有一定的誤差。為使轉換結果更精確，同時考慮到系統靈敏性，可令每個輸入信號采樣4次左右，在處理上運用數字濾波處理，采用算術平均值法。算術平均值法適合于對一般的具有隨機干擾的信號濾波，特別適合信號本身在一數值附近上下波動的情況。
應用中也可根據被測參數的實際情況及所得數據規律，而綜合采用多種算法，以取得更有效的濾波效果。處理后的值先與設定值比較，得出差值，再由關系式：
其中：Ud為變壓器二次相電壓有效值；
U2L為變壓器二次線電壓有效值。
加實驗得出電壓電流差值于度數相對應的調整關系，再由度數和時間的關系轉化為時間參量。將電壓電流差值量轉化為時間差值量后，再將時間差值量與原設定值相加（充電）或相減（放電），從而動態的調整角度，進一步動態的調整電壓電流的值，維持電壓電流的以定的可接受的曲線變化。由于系統能夠不斷的采集反饋回來的電流電壓的值，根據情況隨時動態的調整控制量，使系統能隨時跟上電流電壓的變化而采取相應的措施，避免了在充/放電過程中產生過大電流的可能性，使電流曲線變化平緩。
2.2脈沖觸發程序
MSP430的 P1口具有外部中斷工作方式。由三相電經變壓器引出任意兩相經由比較器接入P1口，當兩相互換時，引起P1口產生中斷，可準確確定出兩相的換相點位置。確定了換相點的位置，在P1口中斷程序中打開定時器，把由電壓換算出的時間值付給定時器的16位寄存器。定時器經過觸發角時間產生中斷，在定時器中斷程序中打開相應觸發脈沖的引腳。按規律經15°后脈沖結束，再經45°，打開下一個觸發引腳。一個周期（360°）后，有采樣的電壓或電流重新確定觸發角，重新給定時器的寄存器復值。
2.3上層程序
上層程序主要有2部分組成：人機接口部分和通訊部分。人機接口包括鍵盤控制和顯示2部分。在程序中，用鍵盤編制各種控制規律、控制程序。可將DA28F640內部分成若干個區，是下層每個節點對應一個區，把相應的充放電程序及下層傳遞過來的現場數據存到相應的區內。在單片機內部建立小型字庫，存入需顯示的字符,確保LCD液晶屏能動態地顯示當前電壓電流時間等值。
3結語
本系統自動化程度高，大大提高了生產效率；人機界面友好，易于操作、管理。操作人員只需在控制層編好控制程序，系統負責把程序傳到各個節點，由各個節點獨立進行操作，中間無需看守，實現了設備的全自動化。工作過程中電流電壓的變化由系統自動進行相應的調解，在掉電情況下系統會自動保存現場數據，實現了系統的智能化。
參考文獻
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66821730(技術支持)
