基于单片机的蓄电池电解液比重测量系统设计--15.doc

目 录 1章　 绪论 1 1.1 课题的来源、目的和意义 1 1.2 研究现状 1 1.3 本文的研究内容及结构 4 第2章 总体设计方案 5 2.1 铅酸蓄电池工作原理 5 2.2 超声波换能器 6 2.3 超声波测量比重的工作原理 9 2.4 超声波测量比重的硬件要求 10 2.4.1 发射部分 11 2.4.2 接收部分 11 2.4.3 单片机控制部分 12 2.4.4 温度补偿部分 12 2.5 超声波测量比重的软件要求 12 2.6 本章小结 13 第3章 超声波比重测量的硬件设计 14 3.1 发射电路单元 14 3.1.1 现有的发射驱动电路 14 3.1.2 本系统的发射驱动电路 16 3.2 接收电路单元 18 3.2.1 运算放大电路 18 3.2.2 比较电路 21 3.3单片机的外围电路 22 3.2.1 时钟电路 22 3.2.2 复位电路 24 3.2.3 温度补偿电路 25 3.2.4 显示电路 26 3.4 电源电路 28 3.4.1 传感器相关电路的电源 28 3.4.2 单片机的电源 29 3.5 本章小结 30 第4章 超声波比重测量的软件设计 31 4.1 定时器原理 31 4.2 程序设计 32 4.2.1 主程序部分 33 4.2.2 中断服务程序部分 34 4.2.3 温度传感器程序部分 34 4.4 本章小结 36 结 论 37 致 谢 38 参考文献 39 附录1 系统电路图 41 附录2 系统PCB图 42 附录3 元器件清单 43 附录4 程序清单 45 附录5 外文参考资料翻译 51 第1章　 绪论 1.1 课题的来源、目的和意义 在开口式铅酸蓄电池的充放电以及电解液配制过程中，经常用比重计测量电解液的比重，以评估蓄电池的充放电程度和储存电能的多少。目前常用的比重计有吸式比重和浮式比重计，这两种比重计都是利用浮子在电解液中所受的浮力来测量电解液的比重，由于硫酸的粘滞性很大，在实际测量中，浮子常常被粘附在器壁上，从而造成读数的不准确，因此传统的比重测量方法操作麻烦、效率低，易受外界因素影响，局限性太大。仅仅依靠传统的测量比重的方法己经显得很落后，迫切的需要一种更加快捷方便的测量手段的出现。本文着眼于研究一种方便快捷的测量液体比重的可行性。 本文主要研究了利用超声波传感器测量开口式铅酸蓄电池的比重。目前，传统的测量开口式铅酸蓄电池比重的方法是利用比重计，将比重计放进电解液要等其在液体中稳定后才能读取比重值，其过程要耗费大量的时间，效率不高并且不能实时在线的测量比重值，况且浪费人力物力。本文研究利用超声波测量液体的比重值，用单片机控制超声波的发射和接收，将超声波在电解液中传播，然后得到定长的传播时间差，以此来研究测量液体的比重值。 研究超声波测量液体比重的方法的直接现实意义是，可以在线实时测量铅酸蓄电池中的稀硫酸电解液的比重，着眼于研究一种不同于传统的、更加方便快捷的测量方法。同时，超声波测量还具有不受光线、颜色以及电、磁场的影响，能承受有毒、灰尘或烟雾等恶劣环境。本方法可以有效地提高测量比重的效率另外，根据实践，20℃的相对密度值ρ每下降0.01g/cm3，相当于铅酸蓄电池放电6%。因此测量比重也可以判断蓄电池的储电量和放电程度。 目前，测量液体比重的物理方法主要有以下几种:一是用比重计来测量(20℃)，首先放在恒温箱中恒温，然后就可以直接读出溶液比重，也可以用波美比重计来测出波美度，然后根据波美度用内插法计算出比重二是用移液管移取一定体积的待测溶液，然后用万分之一的分析天平称量，算出比重还有是用带有温度表的比重杯来测量，可以精确地观察到温度对溶液比重的影响。密度计和比重杯已经可以解决大部分要求不是很精确的溶剂和膏状体，但对蓄电池电解液比重值这样的的测量，显然不能满足要求。 随着电子技术和传感器技术的发展和日臻成熟，以及对比重测量要求的不断提高，电子传感器测量液体比重逐渐发展起来。目前主要的方法有以下几种。 (l) 线阵CCD测量航空电缆铅酸蓄电池电解液的比重。电荷耦合器件CCD是一种新型光电转换器件，它具有测量速度快、精度高、可靠性好的优点，因而在遥感、信号处理、工业测量及军事等方面得到广泛应用。利用线阵CCD对硫酸比重进行非接触测量，但此种方法一般是针对密封式航空蓄电池，对一般的开口式铅酸蓄电池，这种方法是一种资源的浪费。 (2) 用音叉传感器测量液体比重。此种方法是利用微型计算机控制测量系统，已达到连续测量液体的比重的方法，该方法用的传感器是一个充满液体的空心音叉。其测量比重的基本原理是让此液体成为谐振元件的一部分，从而影响其谐振频率，装置的基谐方式的谐振频率为液体比重的函数，压电方法被用来迫使装置振荡并记录此谐振，微型机控制扫描频率，探测谐振频率