湖南软件职业学院毕业设计报告

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1、湖南软件职业学院毕业设计报告汽车蓄电池低压报警设计专业名称：汽车电子指导教师：刘国中姓名胡尚文学号201203080123论文提交日期：2014/11/28摘要本设计通过继电器和蜂鸣器组成报警电路。当汽车蓄电池电 压低到一定的极限，继电器线圈无法维持吸合断开，常闭触点导 通蜂鸣器电路，蜂鸣器报警。蓄电池是汽车上两个电源之一，它是一种直流电源，在汽车 上与发电机协同工作，向汽车的用电设备供电。蓄电池是一种可 逆的低压直流电源，既能将化学能转化为电能，又能将电能转化 为化学能。近年来，免维护蓄电池和新型蓄电池的使用也将日益 广泛。蓄电池的低压报警系统也使蓄电池的使用如虎添翼。关键词：继电器蜂鸣器蓄

2、电池目录湖南软件职业学院毕业设计报告-1摘 要-2一. 蓄电池简介-11.1 蓄电池的型号与结构-11.1.1 蓄电池的结构-11.2蓄电池型号-31.2.1 :国家标准蓄电池 -31.2.2 日本JIS标准蓄电池 -31.3蓄电池的工作原理-41.3.1 电动势的建立 -41.3.2 放电过程 -41.3.3 充电过程 -41.4 蓄电池的工作特性-41.4.1 静止电动势 -41.4.2 内电阻 -51.4.3 蓄电池的充电特性 -51.4.4 蓄电池放电特性 -5二. 蓄电池低压报警器电路功能简介 -52.1 电路功能简介-52.2 电路的原理-5三. 整体电路工作原理 -7四. 过程与

3、结果-8五. 收获及结论-9附录一：-10附录二：-13二蓄电池简介1.1 蓄电池的型号与结构1.1.1 蓄电池的结构蓄电池由3只或6只单格电池串联而成， 每只单格电池电压约为2V，串联成6V或 12V以供汽车选用。蓄电池主要由极板、 隔板、电解液和外壳组成。图1-2其结构如 图1-2。现在也有28V的。（一）极板1. 功用 极板是蓄电池的核心部分，蓄电 池充放电过程中，电能与化学能的相互转换 依靠极板上的活性物质与电解液中的硫酸的 化学反应来实现。极板分正、负极板两种。2. 组成由栅架和活性物质组成。（1）栅架：由铅锑合金浇铸而成。锑可以提高机械强度和浇铸性能。但是 锑会加速氢的析出而加速电

4、解液的消耗，还会引起蓄电池自放电和栅架 腐烂，缩短蓄电池使用寿命。目前，多采用铅一低锑合金栅架或铅一钙 锡合金栅架。为降低蓄电池内阻，改善启动性能，现代汽车蓄电池采 用了放射型栅架。（2）活性物质:正极板上的活性物质为二氧化铅（PbO2），深棕色 负 极板上的活性物质为海绵状纯铅（Pb），深灰色（3）极板组：一片正极板和一片负极板浸入电解液中，可得到2V左右的 电动势，为增大蓄电池容量，常将多片正、负极板分别并联组成正、负 极板组。如图：m q-2 锻板纽1-尿怦；ms板二系耘庚严I區皿em注意：因为正极板的强度较低，所以在单格电池中，负极板总比正极板 多一片。是每一片正极板都处于两片负极板之

5、间，保持其放电均匀，防 止变形。（二）隔板1. 功用：在正负极板间起绝缘作用，使电池结构紧凑。2. 特征（1）隔板有许多微孔，可使电解液畅通无阻。（2）隔板一面平整，一面有沟槽，沟槽面对着正极板，且与底部垂直， 使充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极板上的活性物 质PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。（三）电解液由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配置而成，加入每个单格电池中。 电解液应符合标准，含杂质会引起自放电和极板溃烂，从而影响蓄电池 寿命。（四）外壳壳体用于盛装电解液和极板组。外壳应耐酸、耐热、耐振动冲击。外壳由橡胶外壳和聚丙烯塑料两种，普遍采用的是塑料外壳，其有壳壁 薄、质量

6、轻、易于热封合、生产效率高等优点。外壳为整体式结构，壳 内间壁分成3个或6个互不相通的单格。蓄电池单格电池之间均用铅质 联条串联，每个单格电池设有一个液孔，可以加注电解液或检测电解液 密度。孔盖上设有通气孔，便于排出蓄电池内部气体，防止外壳涨裂， 发生事故。1.2蓄电池型号1.2.1 :国家标准蓄电池以型号为6-QAW-54a的蓄电池为例，说明如下：1.6 表示由6个单格电池组成，每个单格电池电压为2V，即额定电 压为12V ；2. Q表示蓄电池的用途，Q为汽车启动用蓄电池、M为摩托车用蓄电 池、JC为船舶用蓄电池、HK为航空用蓄电池、D表示电动车用蓄电池、F 表示阀控型蓄电池；3. A和 W

7、表示蓄电池的类型，A表示干荷型蓄电池，W表示免维护型 蓄电池，若不标表示普通型蓄电池；4. 54 表示蓄电池的额定容量为54Ah （充足电的蓄电池，在常温以 20h率放电电流放电20h蓄电池对外输出的电量）；5. 角标a表示对原产品的第一次改进，名称后加角标b表示第二次 改进，依次类推。注：型号后加D表示低温启动性能好，如6-QA-110D。 型号后加HD表示高抗振型。 型号后加DF表示低温反装，女口 6-QA-165DF 。1.2.2 日本JIS标准蓄电池在1979年时，日本标准蓄电池型号用日本Nippon的N为代表，后面 的数字是电池槽的大小，用接近蓄电池额定容量来表示，如NS40ZL :

8、1. N 表示日本JIS标准；2. S 表示小型化，即实际容量比40 Ah小，为36Ah ；3. Z 表示同一尺寸下具有较好启动放电性能，S表示极桩端子比同 容量蓄电池要粗，如NS60SL ；注：一般来说蓄电池的正极和负极有不同的直径，以避免将蓄电池 极性接反。锥形端子的直径如表1所示。4. L 表示正极柱在左端、R表示正极桩在右端，如NS70R。（注：从 远离蓄电池极桩方向看）到1982年，日本标准蓄电池型号按照新标准来执行，如38B20L （相 当于 NS40ZL）:1 38表示蓄电池的性能参数。数字越大，表示蓄电池可以存储的电量就越多。如表2所示。2 . B表示蓄电池的宽度和高度代号。蓄

9、电池的宽度和高度组合是由 8个字母中的一个表示的（A到H）,字符越接近H,表示蓄电池的宽度和 高度值越大。3 . 20表示蓄电池的长度约为20cm。4 . L表示正极端子的位置，从远离蓄电池极柱看过去，正极端子在 右端的标R,正极端子在左端的标L。如图1所示。 图1 正极端子的 位置。1.3蓄电池的工作原理1.3.1 电动势的建立正极板上附着有正四价铅离子，使正极板具有2.0V 的正电位；负极 板上为正二价铅离 子，使负极板具有-0.1的负电位正、负极板间有2.1V 的电位差。质疑：正、负极板上的铅离子是如何产生的？1.3.2 放电过程在电位差的作用下，电流从正极流出，经过灯泡流回负极，使灯泡

10、 发光。结论：放电过程中，正极板上的正四价铅离子逐渐变成正二价铅离 子，其电位逐渐降。 低；负极板上电子不断流出，其电位逐渐升高，放 电过程结束，两极板间的电位差减小为“ 0 ”外接电路中的灯泡“熄灭”。 电解液中的水不断增多，使得电解液的密度下降。1.3.3 充电过程外接直流电源的正极接蓄电池的正极板，电源的负极接蓄电池的负极 板。当直流电源 的电动势高于蓄电池的电动势时，电流将以放电电流相 反的方向流过蓄电池。1.4蓄电池的工作特性1.4.1 静止电动势定义：蓄电池在静止状态下（充电或放电后静止23小时），正负 极板间的电位差称静止电动势，用EO（Ej）表示.测量方法：（1）用直流电压表或

11、万用表的直流电压档直接测得；(2)测出电解液密度，然后用经验公式求得。1.4.2 内电阻铅蓄电池的内电阻包括：电解液电阻、极板电阻、隔板电阻、联条电 阻。143 蓄电池的充电特性定义：在恒流充电过程中，蓄电池的端电压V、电动势E和电解液密度 随时间变化的规 律。 充电过程可分为以下四个阶段：迅速上升阶段、 稳定上升阶段、急剧上升阶段和急剧下降阶段。144 蓄电池放电特性定义：在恒流放电时，蓄电池的端电压、电动势和电解液密度随时间 变化的规律。 放电过程可分为以下四个阶段：开始放电阶段、相对稳定 阶段、迅速下降阶段、电压回升阶段。二. 蓄电池低压报警器电路功能简介2.1电路功能简介当今，蓄电池已

12、经得到广泛使用，较之一次性充电电池，蓄电池具 有多次循环利用，高效节能的优点。但即便是电量充足的蓄电池，在使 用一段时间后随着电量的减少会导致电池输出电压的降低，轻者将会影 响电器的正常工作，重者甚至带来一系列的安全事故。本电路就是利用 电量降低时输出电压也随之降低的原理，在电池电量降到正常工作的底 限时，以此时对应的输出电压值为临界电压值，当蓄电池电压低于这个值 时电路将通过蜂鸣器进行报警，提醒用户进行充电或更换电池，当蓄电 池输出电压高于这个临界值时，电路则不进行报警。2.2电路的原理1.基于555定时器的多谐振荡器 如图1，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6

13、直接相连。 电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路也 不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2 向C充电，以及C通过R2向放电端Ct放电， 使电路产生振荡。电容C在1/3VCC和2/3VCC 之间充电和放电，输出信号的时间参数是T=tw1+tw2T=0.7(R1+R2)CTW2=0.7R2C注：电路要求R1与R2均应大于或等于1k Q，但 R1+R2应小于或等于3.3M Q。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性， 图1基于555定时器的多谐振荡 器555 集成定时器配以少量的元件即可获得较高 精度的振荡频率和具有较强 的功率输出能力。3,2R24 7IKR1IC1 uA741(V-)-12

14、V DC4 Vout(V*)+ 12V DC2. 电压比较器进行电压信号的比较时 电压比较器的5端输入一个恒 定的电压值V1，当6端输入一个电压值V2，当V2 V1时，比较器的7 端输出低电平，当V25v认为是蓄电池电压充足， U15v认为为低电量临界值，需重新充电步骤二、滑动变阻器将电压表U1的电压调至3.06V，此时滑动变阻器为34%， 滑动变阻器及各电压表的参数，U1=3.06v5v，认为电量不足，蓄电池需要充电。五. 收获及结论所设计电路能够满足在接入蓄电池输出电压5V以上时不报警，在输 入电压低于5V时开始报警，直至电压再次升到5V以上的电池低电报警 功能，说明电路的设计方案-9-

15、是正确可行的，但焊接过程中使用了较 多的飞线，这是应该避免和该进的。在本次实验中我们既巩固了所学的基础知识，又增强了我们的动手 能力，我们所选的蓄电池低电报警器课题，只要利用了所学的振荡电路， 电压比较器，稳压二极管，电阻分压的知识，在实习过程中主要有以下 收获：实验原理固然简单，但应该结合实际。仿真结果基本和本方案相 当方案似乎可行，但仔细思考却发现反相器的输入电压虽然只有在2.4v 是才被认为是高电平，低于2.4v被认为是低电平，与之前所想象的有较 大的区别。此次课程设计中我们查阅了相当多的资料，充分利用了书本和网络两大工具， 加深了对课本知识的理解和对proteu s仿真软件的应用，同时

16、也从老师那里学到 了很多分析电路的知识，锻炼了自己的能力。实验中还有许多其他的收获，应为 篇幅的关系，许多细枝末节的东西在此就不多做赘述。 总之，通过这次实验，确 实很有助于提高我们的学习能力和动手能力。附录一:主要器件管脚图及参数一、LM324 :四运算放大器 LM324内部包括有两个独立的、高增益、 内部频率补偿 的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用, 也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压 无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单 电源供电的使用运算放大器的场合。 LM324的封装形式为塑封14引 线双列直插式。特点内部频率补偿直

17、流电压增益高（约100dB） 单位增益频带宽（约1MHz） 电源电压范围宽：单电源（3 32V）；双电 源（土 1.5 16V） 低功耗电流，适合于电池供电低输入偏流 低 输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽，包括接地差模输 入电压范围宽，等于电源电压范围输出电压摆幅大（0至VCC-1.5V）输出1辙入1输入2Vcc IZ输出2E46f回1謝输入4可 Vgt* Gnd堆入3二、555定时器：电阻R1、R2和电容C1构成定时电路。定时电容C1上的电压UC作为高触发端TH （ 6脚）和低触发端TL（ 2脚）的外触发电压。放电端D（7脚）接在R1和R2之间。电压控制端K（ 5脚）不外接控制电压而

18、接 入高频干扰旁路电容C2（ O.OluF ）。直接复位端R（ 4脚）接高电平，使 NE555处于非复位状态。管脚连接输出1 T输入二I叵VQC叵 输入”二I叵输出2叵（的视图）44 入出 输LJ3回F1内部电路图NE555构成的多谐振荡器电路图及输出波形附录二：元件清单： 电阻：1K Q 1个10 K Q 1个200 Q 1个变阻器（最大值为100k Q ）1个555定时器：型号LMC5551 个LM324 电压比较器1个电容器：C1耐压为16v ,值为1卩F铝电解电容器1个C2耐压 为16v ,值为0.01卩F铝电解电容器1个5v稳压二极管1个蜂鸣器1个发光二极管1个干电池（9v ）一块万用板一块