内容导读：

用单片机实现野外作业仪表的加热和备用电池充电 天津大学电子信息工程学院于振生 摘要给出电子设备为适应野外的恶劣环境条件所采取的解决问题的方案，包括液晶显示器和仪器机箱的加热、仪器备用电池的充电等具体的控制电路和充电电路。在不改变原仪表配置的基础上，只通过少量的投入就能很好地解决问题。 关键词加热野外作业电池充电液晶显示器 图1加热控制电路用于野外的电子设备必须解决2个最重要的问题，即供电和适应恶劣的环境条件（尤其是低温环境）。由于仪器设备使用的是商用器件，其低温工作的条件是0℃。特别是低温液晶显示屏，其价格很高，无形中提高了仪器设备的造价。在不改变原仪表配置的基础上，只通过少量的投入就能较好地解决以上问题。 一、 液晶显示器和仪器机箱的加热 本仪器使用的是10in彩色液晶屏，低温工作条件是0℃。仪器内部的IC器件也都是工作于0℃以上。为了使仪器能在-15℃下工作，采用了自动测温超限加热的方法，具体电路如图1所示。电路中温度传感器使用的是电流型器件AD590。为了更全面反映仪器内部的温度，用了4个传感器B2~B5，用其电流的平均值作为实际温度值。液晶屏安装在仪器的上盖上，用1个传感器B1检测其温度。由于AD590是两端集成电路温度传感器，其输出电流正比于绝对温度，即1μA/K。为了调试方便，在AD590的输出端串上1个固定电阻和1个可调电位器。通过调节电位器，使AD590在0℃时输出的电流产生3V电压。2部分检测电路采用同样的方案。表征温度的2个电压信号经模拟多路开关CD4052后加到LM331 V/F变换器上。V/F变换图2电池充电电路器的工作频率上限可到100kHz。现工作于10V输入时，输出为10kHz;3V电压时，输出为3kHz。V/F变换器的输出信号加到单片机AT89C2051的T0端。由单片机内的定时器0产生1s的闸门时间，以便测量T0端的输入信号频率。由AT89C2051的P15,P1.6编码控制模拟多路开关CD4052，选择不同的输入电压信号。单片机通过判断V/F变换器输出的2路信号频率是否低于3kHz来确定是否接通其中1路加热电源。由于仪器内部的备用电池采用的是密封式7Ah铅酸电池，考虑到电池容量有限，当仪器需要加热时，必须外加+12V直流电源。 为了对液晶屏进行均匀加热，采用大面积薄板导体平铺在显示屏的背面，同时将此导体作为电源的一极。将恒温陶瓷加热体的一面紧贴在导体上，加热体的另一面用压簧压紧，使平板导体、加热体和压簧紧固成一体。压簧作为加热电源的另一极。为了保证液晶屏的安全加热，选用42℃的陶瓷加热体，用低压+12V供电，其最大电流为1.8A。机箱的体积为365mm×335mm×260mm。由于体积较大，为了有效对其加热，采用了80℃高温陶瓷加热体，将其安装在仪器排风扇的对面。冬季野外作业时将排风口封死，以便加热体的热量充分、快速地散发到整个机箱。加热体的最大电流为2A。为了保证仪器和加热体的可靠工作，外接+12V电源，至少要能提供6A的电流。由于单片机内的程序设定启动加热的温度是0℃，所以，能保证仪器内的各器件正常工作。 二、 仪器备用电池的充电 由于该仪器采用的是直流+12V供电，所以备用电池也是+12V的。为了得到高于12V的充电电压，在控制电路中加了1个12~18V的DC\ DC变换器，如图2所示。根据铅酸电池的特性，一般应取充电电流与时间的乘积是其容量的1/10，为此选择了500mA的充电电流。电路中LM317K和22Ω电阻R18构成了恒流源。电池电压经R15,R16分压后接到图1中CD4052的Y1。当电池电压为12V时,R15和R16分压值为3V，单片机判断分压值低于3V时就令P1.2为高电平，经V7驱动使继电器K4吸合，将恒流源与电池的正极相连，对电池随时充电。为防止LM317K反偏，程序中首先判断是否有外接电源，由4.5V稳压管VDZ来完成。如果没有外接12V电源，DC-DC变换器就没有输出电压，稳压管电压应为0。这时即使电池电压低于12V，也不允许继电器K4动作。铅酸电池规定断续方式允许最高充电电压为135~138V，这一电压就是充电过程的上限。为防止继电器不停地接通、断开而产生振荡，对电池充电设置了上下限。下限为12V;上限为135V。当单片机判断电池电压低于12V时，接通充电电路;高于、等于135V时停止充电;在12V和135V之间不充电。为了消除V/F变换器温度系数等造成的误差，电路中设置了1个3V基准源，接到CD4052的Y0端。12V备用电池的分压电路、机箱温度和液晶屏温度检测的0℃值都设成3V，这样也简化了运算程序。例如，测量电池电压时，先测3V基准电压值，将测得值保存在基准数据单元中。再测电池分压电路的电压值，看其是否小于基准值。小于基准值则接通充电电路;否则，判断电池电压是否大于、等于1125倍的基准电压即135V。大于135V则切断充电电路;否则，进行其他检测。 三、 实验结果 在常温下将仪器放入恒温箱中，通电后持续降温。当温度降到-11℃时加热电路工作，直到-20℃并在这一温度下连续工作2h，液晶显示及测量电路工作正常。由此可见，这种加热方法是行之有效的。MES

标签：

来源:单片机与嵌入式系统应用 作者:天津大学电子信息工程学院 于振生 时间:2006/2/12 0:00:00