串聯(lián)電池電壓及溫度測量方法研究

圖 1 中，E1,E2,……En 表示的是電池組，雙刀開關(guān)K1,K2,……Kn 表示的是光電繼電器組。在不同的時間分別單獨導(dǎo)通K1,K2,……Kn，即可實現(xiàn)單體電池E1,E2,……En 的電壓測量。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I/O 口分別提供時鐘信號（CLK）和數(shù)據(jù)信號（D）即可工作，大大減少了I/O 資源的占用。實際設(shè)計時，一個D 觸發(fā)器和一對光電繼電器構(gòu)成選通模塊，一個電池對應(yīng)一個選通模塊，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，電氣走線簡潔明了。

2、單體電池溫度測量原理

電池溫度的測量采用DALLAS 公司的DS18B20 溫度傳感器。DS18B20 采用單總線技術(shù)，測溫范圍-55°C~+125°C，全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換及輸出，支持多點組網(wǎng)功能，實現(xiàn)多點溫
度采樣。需要說明的是，采用DS18B20 多點組網(wǎng)功能也可以實現(xiàn)單體電池溫度采樣，但是多點采樣時需要識別每個DS18B20 獨有的ROM 碼，影響采樣速度，同時無法將ROM碼同器件的實際物理位置關(guān)聯(lián)起來，所以多點組網(wǎng)功能不適合單體電池溫度的巡檢?；谟蒁 觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存陣所具有的通道選通功能，本文提出一種同時啟動，分時讀取數(shù)據(jù)的DS18B20 多點溫度采樣方法。該種方法中DS18B20的采樣啟動和數(shù)據(jù)讀取都是跳過ROM 碼校驗進行的。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。一開始K1,K2,……Kn 全部閉合，MCU向所有DS18B20 發(fā)送采樣啟動命令，啟動命令發(fā)送完后斷開所有光電繼電器，然后逐個閉合K1,K2,……Kn，讀取相應(yīng)傳感器的溫度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)分時讀取數(shù)據(jù)。采用同時啟動分時讀取數(shù)據(jù)的多點溫度采樣方法，其所用時間僅比單點溫度采樣所用的時間多了數(shù)據(jù)讀取的時間，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D 觸發(fā)器的輸出Q 是下一個D 觸發(fā)器的數(shù)據(jù)信號，所有的D 觸發(fā)器由相同的時鐘信號控制。D 觸發(fā)器的反碼輸出Q 用來控制對應(yīng)的光電繼電器的通斷，當Q 為高電平時光電繼電器斷開，當Q 為低電平時光電繼電器導(dǎo)通。通過控制第一個D 觸發(fā)器的數(shù)據(jù)信號，可實現(xiàn)D1,D2,……Dn 的Q 逐個輸出低電平即移位功能，從而控制光電繼電器K1,K2,……Kn按順序的逐個單獨閉合，實現(xiàn)通道選通功能。

移位寄存陣的工作時序圖如圖 4 所示。其中，CLK 是時鐘信號，D 為移位寄存陣中第一個D 觸發(fā)器的數(shù)據(jù)信號，Q 1,取的D 觸發(fā)器是上升沿觸發(fā)工作。在時鐘信號的第一個上升沿時，將D 置高電平，第一個D 觸發(fā)器的輸出Q1 在時鐘信號的第一個上升沿和第二個上升沿的時間段內(nèi)是高電平，Q 1為低電平。接下來一直將D 置為電平，每次時鐘信號的上升沿到來的時候，D 觸發(fā)器的輸出Q 的高電平狀態(tài)就會依次傳給下一個D 觸發(fā)器，即移位寄存陣的D 觸發(fā)器的Q 端依次在不同的時間段單獨輸出高電平，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。