池两端的电压实时采集，并送至ＰＣ机，由ＰＣ机 经过处理判断后对其进行自动切出，使系统更具 智能化，并可显示、打印和保存。 １系统硬件设计
本系统硬件部分主要由微处理器单元（Ｍｉ— ｃｒｏ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ，ＭＣＵ）、保护电路、多路模拟开 关选择、隔离电路、Ａ／Ｄ变换模块和串行通信模 块等模块组成，硬件组成框图如图ｌ所示。 １．１微处理器单元
第１６卷第２期
鱼雷技 术
２００８年０４月ＴＯＲＰＥＤＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ０１．１６ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２００８
单体电池电压采集系统设计与实现
祁娜， 姚舜
（中国船舶重工集团公司第７０５研究所上海技术工程部，上海，２００２４５）
摘要：单体电池电压采集技术是通用线导鱼雷充放电设备中的一项关键技术。在大电流充放电时。采样输入端会介
图２ ＡＤ６２９电路连接图 １．３多路模拟开关选择电路
由于系统实施采集２４路单体电池的电压值， 为简化硬件电路，设计为２４路模拟电路共用一个 通道的隔离电路对信号进行抗干扰处理。
一次选通是通过３片８通道模拟开关对２４
路模拟信号分别依次选通，二次选通是对前３片 模拟开关的输出再分别选通，使每一路信号依次 顺序通过隔离电路。８通道模拟开关 ＭＣ７４ＨＣ，４８５１ＡＮ管脚定义图如图３所示Ｈ Ｊ。Ｘ０ 一Ｘ７为模拟信号输入端，Ｃ，Ｂ，Ａ为地址选通端， 分别与ＡＴ８９Ｓ５２的Ｐ２．７，Ｐ２．６，Ｐ２．５相接，ｘ为 选通信号输出端，Ｅ非为使能端，Ｖ。为电源，ＧＮＤ 为地，ＮＣ为空脚。当Ｅ非为低电平时，根据Ｃ， Ｂ，Ａ的变化分别选通Ｘ０一ｘ７，当Ｅ非为高电平 时，多路模拟开关使能无效，没有输出。电路原理 图如图４所示。
入干扰信号，影响采样数据的稳定性。本文以ＡＴ８９Ｓ５２为控制核心，以ＡＤ６２９为保护电路芯片，通过线性光耦隔离 干扰信号，实现了充放电过程中单体电池电压的实时采集。经使用证明，该采集系统运行稳定，采集数据准确可靠，
提高了通用线导鱼雷充放电设备的智能化水平。 关键词：线导鱼雷；光耦隔离；实时采集；充放电设备
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循环选通多路开关
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图７系统主程序流程图
在串口中断未被触发时，单片机控制多路开 关及Ａ／Ｄ变换对各通道模拟量循环转换，得到实 时转换结果，当ＰＣ机请求数据时，将该结果送至
ＰＣ机处理。为防止程序跑飞，软件启动ＡＴ８９Ｓ５２ 内置看门狗，增强了系统的抗干扰能力【＿埔】。
基准芯片ＭＣＰ ｌ ５ ４ １组成。ＡＤＳ７ ８ ４４是Ｂｕｒｒ— Ｂｒｏｗｎ公司推出的一种高性能、宽电压、低功耗的 １２位串行模拟转换器。它有８个模拟信号输入 端，可用软件编程为８通道单端输入Ａ／Ｄ转换器 或４通道差分输入Ａ／Ｄ转换器（本系统中用单端 输入），转换速率高达２００ ｋＨｚ。而线性误差和差 分误差最大仅为４－ｌ ＬＳＢ。其单电源供电范围为 ２．７—５．２５ Ｖ，最大工作电流为１ ｍＡ，进入低功耗
系统主控芯片采用Ａｔｍｅｌ公司的８位单片机 ＡＴ８９Ｓ５２，它是一种低功耗、高性能互补金属氧化 物半导体存储器（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ—Ｏｘｉｄｅ
收稿日期：２００７－０９—１０；修回日期：２００７．１１彩．
作者简介：祁娜（１９７９一），女，硕士，主要从事智能测控方面的研发设计工作
万方数据
万方数据
祁娜，姚舜：单体电池电压采集系统的设计与实现
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图６ ＭＡＸ４８５Ｅ管脚定义图
２系统软件设计
系统软件在Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｏｎ３环境下用Ｃ５１语言 编写，设计采用自顶向下的模块化方法，分为初始 化模块、多路开关选通控制、Ａ／Ｄ变换控制和中断 服务程序等模块。初始化模块完成对单片机系统 各寄存器初始化及工作方式的定义；多路开关选 通控制模块循环选通多路开关的各通道，将各通 道输入的模拟信号经隔离后循环送至Ａ／Ｄ变换 智能控制模块；Ａ／Ｄ变换智能控制模块主要完成 从模拟量到数字量的转换；中断服务程序模块负 责接收ＰＣ机发来的指令并将转换结果传送给ＰＣ 机处理显示。系统软件主程序流程图见图７。
ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｏｒｋｓ ｓｔｅａｄｙ．ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｄａｔａ ａ弛ｅｘａｃｔ ａｎｄ ｃｒｅｄｉｂｌｅ．Ｓｏ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒ－ ｓｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅ·－ｇｕｉｄｅｄ ｔｏｒｐｅｄｏ；ｌｉｇｈｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｒｅａｌ－·ｔｉｍｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ；ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
祁娜，姚舜：单体电池电压采集系统的设计与实现
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图１硬件组成框图 Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＣＭＯＳ）微控制器，具有８ｋ字节的 在系统可编程Ｆｌａｓｈ存储器，可支持１０００次擦写 周期，２５６字节ＲＡＭ，３２位Ｉ／Ｏ口线，３个１６位定 时计数器，支持全双工通信通用异步收发器（Ｕｎｉ－ ｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ／Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ，ＵＡＲＴ） 串行口，并且与ＭＣＳ－５１单片机指令和引脚完全 兼容，还具有内部看门狗定时器，只需软件控制， 不用外接硬件电路¨引。ＡＴ８９Ｓ５２如此全面的功 能特性为众多嵌入式控制应用系统提供了更为灵 活的解决方案。 １．２保护电路
ＹＡＯ Ｓｈｕｎ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｈｅ ７０５ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ。Ｃｈｉｎａ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔ喇：Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌ ｗｉｒｅ－
中图分类号：ＴＪ６３１．４；ＴＰ２７１．８１
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７３．１９４８（２００８）０２－００４２－０４
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ
Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｗｉｒｅ—ｇｕｉｄｅｄ Ｔｏｒｐｅｄｏ
Ｑｌ Ｎａ，
Ｄ。ＬＫ为外部时钟输入端；ＶＲＥ，为外部参考电压输入
端，最大值为电源电压；Ｄ。Ｎ为控制字串行输入端，
片选有效时，控制字在Ｄ。Ⅸ上升沿被逐位锁入， ＡＤＳ７８４４通过输入的控制字选择某一通道进行转
换。ＭＣＰｌ５４１为ＡБайду номын сангаасＳ７８４４提供４．０９６ Ｖ的参考 电压。
１．６串行通信
图５隔离电路原理图
１．５ Ａ／Ｄ变换 Ａ／Ｄ转换部分由Ａ／Ｄ芯片ＡＤＳ７８４４和电压
ＸＯ
Ｖｃｃ
Ｘｌ
Ａ
Ｘ２
Ｂ
Ｘ３
Ｃ
Ｘ４
Ｘ
Ｘ５
Ｅ
Ｘ６
ＮＣ
Ｘ７
ＧＮＤ
图３ ＭＣ７４ＨＣ４８５１ＡＮ管脚定义图
１．４隔离电路 当大电流进行充放电时，电源上的干扰信号
将增大，进入采样输入端会导致输出电压波动幅 度大，不稳定。隔离电路的作用就是隔离干扰信 号，使有用信号的输入和输出呈线性关系。该系 统中选用线性光耦ＨＣＮＲ ２０１。内部结构是由１ 个发光二极管（ＬＥＤ）和２个光敏二极管组成。 ＬＥＤ和其中１个光敏二极管（ＰＤｌ）位于输入部 分，另１个光敏二极管（ＰＤ２）位于输出部分。光 耦的这种封装形式可以使得每个光敏二极管接收 到大致相同能量的自发光二极管（ＬＥＤ）发出的 光。外部需要１个反馈放大器与ＰＤｌ相接，用来 控制ＬＥＤ发出的光并且自动调整ＬＥＤ的电流来 补偿非线性和ＬＥＤ发出光的变化；输出端的光敏 二极管将ＬＥＤ输出的线性的、稳定的光转化成电 流输出，此电流可通过输出端的放大器转换成电 压信号，适当选择外围器件的参数可以使得隔离 电路的输出和输入呈线性关系。隔离电路原理图 如图５所示。适当调节电位器Ｒ４的阻值，输出 波形能够准确反映输入波形。经多路模拟开关选 通后的采样信号，在进入Ａ／Ｄ变换之前对其隔 离，由Ｋ。输人隔离电路。原理图中线性光耦输入 放大器的地线和多路模拟开关选通电路的地线是 同一地线，和输出放大器的地线是隔离的，即隔离 前后的信号应具有不同的供电和地。经隔离后的 信号由‰。输出后直接输入Ａ／Ｄ变换输入端。
ｇｕｉｄｅｄ ｔｏｒｐｅｄｏ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｗｉｌｌ ｅｎｔｅｒ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｅｎｔｒａｎｃｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｏ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｄａｔａ ｗｈｅｎ ｓｔｒｏｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｘｉｓＬｑ．２ｅａｌ—ｔｉｍｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｕｒｉｎｇ ｃｈａｒｇｉｌａｇ ｏｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＴ８９Ｓ５２ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｒｅ，ＡＤ６２９ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｌｉｇｈｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｍｓｄｍ ｐｒｏｖｅ
表１ ＭＡｘ４８５Ｅ管脚定义表
引脚名称
功
能
状态后的耗电仅３恤Ａ”Ｊ，满足电池充放电系统要 求。ＣＨＯ～ＣＨ７为模拟信号输入端；ＣＯＭ为模拟 信号地端；Ｄ。ＬＫ为外部时钟输入端，在时钟作用
下，ＣＰＵ将控制字写入ＡＤＳ７８４４，并将转换结果从
Ｄ。ＵＴ中读出；ＤｏＵＴ为转换结果串行输出端，片选有 效时，转换结果在Ｄ。ＬＫ的下降沿开始被逐位输出，
系统采用ＲＳ－４８５协议与ＰＣ机通信，通信芯 片选用低功率收发器ＭＡＸ４８５Ｅ，适于恶劣环境下 ＲＳ－４８５或ＲＳ－４２２协议的通信。驱动器的输出和 接收器的输入受±１５ ｋＶ静电释放（Ｅｌｅｃｔｒｏ—Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ＥＳＤ）保护№Ｊ。管脚定义如图６所示。 各管脚功能定义如表１所示。系统采用半双工 ＵＡＲＴ，波特率为９ ６００ ｂｉｔ／ｓ，接收数据时ＲＥ非为 低电平，发送数据时ＤＥ为高电平。