第３８卷第３期２０２０年５月西安航空学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ′ａｎＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３８Ｎｏ．３Ｍａｙ．
２０２０收稿日期：２０２０ ０４ ２８
作者简介：杨亚萍（１９７２—）
杨亚萍ａ，张宇航ａ，高 澜ｂ
（西安航空学院ａ．能源与建筑学院；ｂ．计算机学院，西安７１００７７
）摘 要：针对电动车充电安全方面的隐患，提出基于单片机控制的电动车电池充电保护装置的设
计。该装置以单片机为核心，包含数字温度传感器、控制按钮、外接显示屏、降温风扇及其他组件。控制按钮主要用来设定温度，温度传感器分别装在蓄电池和充电器内部，若充电器或蓄电池温度超
过系统设定的额定温度，
控制系统将根据实时温度调节降温风扇的转速，实现降温或直接切断电源。本装置既安全又方便，适用
于任何蓄电池等可充电电池，可以有效降低由于电池不良充电所引
起的起火事故的发生概率。
关键词：单片机；数字温度传感器；电动机电池；充电保护装置
中图分类号：Ｕ４８４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８ ９２３３（２０２０）０３ ００７８ ０４
犇犲狊犻犵狀狅犳犃犆犺犪狉犵犻狀犵犘
狉狅狋犲犮狋犻狅狀犇犲狏犻犮犲狅犳犈犾犲犮狋狉犻犮犞犲犺犻犮犾犲犅犪狋狋犲狉狔犅犪狊犲犱狅狀犛犻狀犵犾犲犆犺犻狆犕犻犮狉狅犮狅犿狆
狌狋犲狉犢犃犖犌犢犪 狆犻狀犵犪，犣犎犃犖犌犢狌 犺犪狀犵犪，
犌犃犗犛犻 犾犪狀犫（ａ．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙ＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；ｂ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｈｏｏｌ，Ｘｉ＇ａｎＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，Ｘｉ＇ａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｈｉｄｄｅｎ
ｄａｎｇｅｒｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｃｈａｒｇｉｎｇｓａｆｅｔｙ，ｔｈｅｄｅｓｉｇ
ｎｏｆａｎｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｂａｔｔｅｒｙｃｈａｒｇｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｉｓｐｒｏｐ
ｏｓｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅ，ｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒａｓｔｈｅｃｏｒｅ，ｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｄｉｇｉｔａｌｔｅｍｐ
ｅｒａｔｕｒｅｓｅｎ ｓｏｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｂｕｔｔｏｎ，ｅｘｔｅｒｎａｌｄｉｓｐｌａｙｓｃｒｅｅｎ，ｃｏｏｌｉｎｇｆａｎａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｍｐ
ｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｂｕｔ ｔｏｎｉｓｍａｉｎｌｙｕｓｅｄｔｏｓｅｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｉｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｉｎｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ
ａｎｄｃｈａｒｇｅｒｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｉｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｈａｒｇｅｒｏｒｂａｔｔｅｒｙｅｘｃｅｅｄｓｔｈｅｒａｔｅｄｔｅｍｐ
ｅｒａｔｕｒｅｓｅｔｂｙｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｌｌａｄｊｕｓｔｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｆａｎａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏｔｈｅｒｅａｌ ｔｉｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｒｃｕｔｏｆｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｂｅｉｎｇｓ
ａｆｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ，ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒａｎｙｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅｂａｔｔｅｒｙ，ａｎｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ
ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｒｏｂ ａｂｉｌｉｔｙｏｆｆｉｒｅａｃｃｉｄｅｎｔｓｃａｕｓｅｄｂｙｐｏｏｒｃｈａｒｇｉｎｇｏｆｂａｔｔｅｒｙ
．犓犲狔狑
狅狉犱狊：ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｄｉｇｉｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｂａｔｔｅｒｙ；ｃｈａｒ ｇｉｎｇｐ
ｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ 电动车以其绿环保、
行驶便捷、价格低廉等优势成为我国百姓日常出行的重要交通工具。电动车充电器的安全性是衡量一部电动车优劣的重要依据。２０１７年消防《
火灾报告表》中将火灾诱发原因分为九种，
其中与电动车起火事故有关的电气火灾占总比的３５％，自燃火灾占总比的２６％，总共占比６０％以上，
包括不规范充电引发的火灾事故［１］。２０１７年１２月２３日，
公安部在《关于规范电动车停放充电加强火灾防范的通告》
中明确提出要规范电动车停放、充电等行为。在国家加强规范管理的同时，关键是如何更好地采用技术手段来提高电动车充电过程的安全性，
降低火灾等事故发生的概率。使用时间久的电动车其车内连接线路容易出现老化、短路等问题。由于电动车大部分充电设备缺少检
测和安全保护装置［
２］，如果车内的电线发生短路，加上外部温度过高，车内塑料材质等一些部件就很容易发生燃烧。而基于单片机的电动车电池充电保护装置，
能够解决目前电动车在充电过程中充电器内大量热量无法排散的问题，从而避免火灾事故的发生。
１ 设计方案
基于单片机的电动车电池充电保护装置，主要由充电器本体、蓄电池、两个数字温度传感器、风扇控制器、风扇、显示屏及单片机最小控制系统等构成，其装置设计如图１所示
。
图１装置设计方框图
图１中，第一温度传感器装在蓄电池上。在充
电过程中，
温度传感器用来检测蓄电池温度，并实时将检测到的温度信号送给单片机，单片机对接收的
温度信号进行处理。若检测温度超过系统设定的额
定温度，控制系统将自动中断充电电源的供电。
第二温度传感器装在充电器内部。在充电过程
中，温度传感器用来检测充电器内部温度，并实时将检测到的温度信号送给单片机，单片机对接收到的充电器内部温度信号进行处理。若充电器内部温度超过系统设定的额定温度，系统将根据实时温度调节充电器内部风扇转速，及时排散充电器内产生的热量。另外，
通过警示图２ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机引脚图灯和显示屏，车主可以在第一时间清楚直观的看
到电动车充电时充电装置内部的温度变化情况。
２ 基于单片机的电动车电池充电保护装
置硬件电路设计
２．１ 单片机模块设计
由于系统控制方案简单，数据量不大，因此
选用ＳＴＣ８９Ｃ５２作为控制系统的核心［３］。
ＳＴＣ８９Ｃ５２是ＳＴＣ公司生产的一种低功耗、
高性能ＣＭＯＳ８位微控制器，具有８Ｋ字节系统可编
程Ｆｌａｓｈ存储器，并且具有ＡＴ８９Ｃ５１的所有功
能，能够实现在线编程功能。在对电路进行调试
时，错误程序可以在线进行修改，避免了由于多次插拔芯片造成的单片机损坏。ＳＴＣ８９Ｃ５２
单片机的引脚图图３ＤＳ１８ｂ２０数字温度传感器引脚图如图２所示。
２．２ 单片机外围电路设计
２．２．１ 温度检测模块
本设计中的温度传感器选择的是ＤＡＬＬＡＳ
公司的单总线数字温度传感器ＤＳ１８ｂ２０。
ＤＳ１８ｂ２０是一种较常用的温度传感器，
具有体积小、抗干扰能力强、精度高等特点，温度测量范围
可达－５５℃～＋１２５℃，在－１０℃～＋８５℃范围９７第３期杨亚萍，等：基于单片机的电动车电池充电保护装置设计
内精度为±０．５℃，可编程的分辨率为９位～１２位［４］，
它的核心功能是可直接读取数字，其引脚图如图３所示。
由于ＤＳ１８ｂ２０是一条口线通信，所以单片机与ＤＳ１８ｂ２０只有一条口线连接，而每一个ＤＳ１８ｂ２０都包含一个独特的序号，多个ＤＳ１８ｂ２０可以同时连接在一条总线上，
这使得温度传感器可放置在不同的地方。本设计中，单总线ＤＱ端接单片机的Ｐ３．６、Ｐ３．７口，单总线ＤＱ在闲置状态时为高电平。２．２．２ 温度显示模块
常用的显示输出设备一般有数码管（ＬＥＤ）和液晶显示器（ＬＣＤ）。其中ＬＥＤ只能显示数字和特定字符，
而ＬＣＤ是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块［５］。本设计选择ＬＣＤ１６０２Ａ液晶显示器作为温
度显示模块，ＬＣＤ１６０２Ａ是指显示的内容为１６×２，即可以显示两行，每行１６个字符，一般由若干个５×７或５×
１１等点阵字符位组成，
每个点阵字符位都可以显示一个字符。ＬＣＤ１６０２Ａ以其微功耗、体积小、
电动车价格表显示内容丰富图４ＬＣＤ１６０２Ａ液晶显示器引脚图而被普遍应用，其引脚图如图４所示。
２．２．３ 键盘输入电路
本设计按键电路选择独立式按键，即每个Ｉ／
Ｏ接口上只接一个按键，
另一端接地，这种接法的优点在于编程比较简单而且系统比较稳定。
２．２．４ 报警电路
报警电路采用蜂鸣器作为报警元件，蜂鸣器的
驱动由一个三极管和一个限流电阻组成。当三极
管的基极为低电平时，
三极管导通，蜂鸣器报警；当三极管的基极为高电平时，三极管截止，蜂鸣器不响。２．３ 硬件电路结构图
根据对单片机外围电路的设计，基于单片机的电动车电池充电保护装置的的原理图如图５所示
。图５设计原理图
３ 设计电路虚拟仿真
为了确保设计的有效性，本设计在硬件调试之前，利用Ｐｒｏｔｅｕｓ软件进行了虚拟仿真［６］。仿真结果如图
６所示。
０８西安航空学院学报第３８卷
图６
虚拟仿真图
图７主程序流程图
４ 基于单片机的电动车电池充电保护装
置软件设计
主程序需要实现的函数功能有系统初始化、
各子模块初始化、温度读取及温度显示功能，按
键扫描功能，温度处理判断功能和风扇转速控制
功能。流程图如图７所示。
５ 结语
以单片机为核心的控制技术目前已比较成
熟，并且广泛应用于社会生产生活的各个方面，
将其应用在电动车电池充电安全保护方面是完
全可行的。基于单片机的电动车电池充电保护
装置的设计，使电动车在充电时高温自动断电或
风扇自转降温，
可以大大减少电动车在充电过程中高温着火事故的发生率，既安全又方便。
参 考 文 献
［１］姚易辰．基于单片机的温度控制系统研究［Ｊ］．数字技术与应用，２０１９，３７（２）：３ ５．［２］王刚．介绍单片机温度测量系统的设计与仿真［Ｊ］．宁夏教育，２０１８（１１）：５９ ６０．［３］王世礼，杨彪，陈正标．基于ＳＴＭ３２单片机的多点温度测量系统设计［Ｊ］．价值工程，２０１６，３５（２６）：１９６ １９８．［４］樊战亭．基于单片机的温度测量和控制系统设计［Ｊ］．电子世界，２０１８（２０）：１３０ １３１．［５］秦云瑞．基于单片机的智能温度报警系统设计［Ｊ］．黑龙江科技信息，２０１５（２１）：５６．［６］张志良．８０Ｃ５１单片机实用教程：基于ＫｅｉｌＣ和Ｐｒｏｔｅｕｓ［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０１６．
［责任编辑、校对：东 艳］１
８第３期杨亚萍，等：基于单片机的电动车电池充电保护装置设计
发布评论