蓄电池在电力系统中是一种必备的后备电源且数量较多, 其使用寿命和安全可靠性倍受用户关注。但由于使用不当或者不能及时维护,经常会导致蓄电池组中个别蓄电池的过放电或者早期失效。过放电或者早期失效的个别蓄电池在后备电源投入使用时,会严重影响整个电池组的放电容量,甚至会导致整个供电系统的崩溃。因此,为保证在市电被切断时用电设备能够安全可靠运行,避免蓄电池在长期使用过程中因个别电池过放电或者失效而引发事故带来经济损失,对蓄电池进行实时在线监测和及时的故障诊断成为蓄电池维护工作的一个极为重要方面。本文介绍的基于stc89c58rd+微控制器的蓄电池在线监测系统,能实现对蓄电池无论在闲置状态还是充、放电动态过程中的状态监测；对蓄电池内部开路、短路、过压、欠压及过度放电等异常状态及时报警并存储数据以备查询；能对2v、6ｖ和12ｖ多种多节电池电压在线测量；提高了对蓄电池监测的准确性、自动化和智能化程度。本文具体介绍了系统的硬件设计和软件实现。
系统硬件设计
系统硬件结构
蓄电池在线监测系统是以stc89系列的stc89c58rd+微控制器、xilinx的xc9572-84为核心，外围电路主要由电压采集电路、a/d转换电路、显示驱动电路及键盘电路等几部分组成的，如图1所示。a/d转换芯片采用10位adc tlc1549。显示驱动芯片采用mc14489b，它可以驱动5位共阴极数码管，微控制器的p1口的低5位作为键盘输入口，扩展的rs485接口用于多机通信 。下面详细介绍系统中stc89c58rd+、xc9572-84器件和电压采集电路、a/d转换电路的设计与实现。
图1 系统硬件结构框图微控制器stc89c58rd+简介
stc89c58rd+是stc89系列的微控制器，它不但与80c51完全兼容，而且还有新的特点：片内含有flash程序存储器32kb，dataflash数据存储器32kb，ram数据存储器1208b，同时内部还有看门狗（wdt）；由于ale信号开关状态可设置，从而降低了emi；具有可编程的8级中断源4种优先级，具有系统可编程（isp）和应用可编程（iap）等特点，片内资源丰富、集成度高、使用方便。stc89c58rd+对系统的工作进行实施调度，实现外部输入参数的设置、电池电压的测试和显示、电池工作状态的指示。
逻辑编程器件xc9572-84（cpld）
由于监测的电池节数较多，所需要i/o口较多，用传统的设计方法，需要74hc273、74hc00、74hc138、cd4514等多种芯片来实现，器件种类和数量多，使pcb的尺寸加大，也增加了系统的不稳定因素。本系统选用xilinx系列的cpld器件xc9572-84，其共有72个宏单元，69个i/o口，1600个门，72个寄存器，可以对上述多种芯片进行集成。该器件具有在系统可编程能力，含有先进的数据保密特性，它可以完全保护编程数据不被非法读取和擦除，每个i/o口都有一个可编程输出摆率控制位从而可减小系统噪声，采用具有较低功耗的快速闪存技术，每个i/o口的驱动能力强，负载电流可达24ma。xc9572-84接收单片机传来的数据和地址，控制各个固态继电器（g3vm-402c）的选通以及a/d转换的进行，达到采集电压的功能。采用了cpld器件后，减少了系统所需器件的数量和种类，简化了pcb的排版和布线，减小了系统体积和节约成本，方便了系统调试，有利于批量化生产。
电压采集电路
电压采集电路直接影响到电压测试的精确程度,因而采集电路设计得是否适当对整个系统至关重要。对每节电池电压进行测量,有两种方法:①对每节电池电压直接采集。②采集(ｎ+1)节电池的总电压,减去ｎ节电池的总电压得第ｎ+1节电池电压。第一种电压采集精确而且安全。第二种虽然电路比较简单但是当电池节数多时采集的电压太高，不安全而且会出现较大的误差。因此选用第一种方法。电压采集电路要求要安全，采集的电压要足够的稳定。本系统的蓄电池组采用串接方式，bat1+接第一节电池的正极，bat2+接第二节的正极（第一节的负极），如此依次连接，最多可达41节。经过xc9572-84模拟开关选通g3vm-402c后，将1～n节电池电压依次释放到电压总线bus1+、bus1-上，电路选用运算放大器lm358作为信号放大器件，它的前级为差分式放大器，后级为电压跟随器，使tlc1549得到一个稳定的采样电压，如图2所示。
图2 电压采集电路1vd0和1vd1采用fr104高速开关管来保护运算放大器的内部电路。差分式放大倍数为a=0.2，具体推导如下：
(ua-up)/1r12=up/1r14； ① (ub-un)/1r11=(un-vo)/1r13；②
注意运放的“虚短”特点，有up=un；结合①、②两式得到vo=((1r11+1r13)/1r11)·(1r14/(1r12+1r14))·ua-1r13/1r11·ub；选取电阻满足：1r13/1r11=1r14/1r12的关系，输出电压可简化为：vo=1r13/1r11·(ua-ub)，故电压放大倍数a=vo/(ua-ub)=1r13/1r11=0.2。
a/d转换电路
本系统a/d转换采用片外串行总线10位高速高精度专用集成电路tlc1549，其功
