使用ATmega8单片机做的电池内阻测试仪

作者 吴汉清 来源 《无线电》杂志 2009.02
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发布时间 2011-01-02

对于干电池和充电电池,人们常用万用表判断其好坏,最基本的方法就是测量电压,根据电压高低对电池的好坏作出判断。其实这种方法并不十分科学,电压正常不等于电池就是好的,还要看它有没有供电能力, 这就涉及电池的另一个重要指标—— 内阻,我们常常看到有经验的人用万用表的大电流挡直接接在电池的两 端,测量电池短路电流,这样可大概 估计一下电池内阻的大小,由于万用表的电流挡本身就有一定的电阻,所以很难准确测出电池的内阻到底有多大,往往只能用来对几节电池内阻的大小作出比较。另外,这样的测量对电池也有损害。

要精确测量电池的内阻,必需使用专业的电池内阻测试仪,但专业的电池内阻测试仪价格至少也要数百元以上,业余条件下也没有必要持有。 本文介绍的用ATmega8单片机做的电池内阻测试仪可以满足业余条件下的使用要求,可用来测量干电池、充电电池、手机电池的电压和内阻,修改一下电路和程序还可以用来测量电动自行车等使用的蓄电池电压和内阻。

一 功能特点

可测电池类型:干电池、充电电 池、手机电池等 电池电压:0~5V 电池容量:0~10Ah 电阻:1mΩ~9.999Ω 电源:使用4节AA充电电池 安装好的测试仪实物见图1。

使用ATmega8单片机做的电池内阻测试仪

二 硬件电路

1.电池内阻测量的基本原理 本文介绍的电池内阻测试仪采用 直流放电内阻测量法,可以通过图2说 明其基本工作原理。 图中 r 是电池内阻 , R 是放电电 阻,测量时先将开关S断开,测出电池 的空载电压U1;再将开关S合上,让电 池以比较大的电流短时间放电(放电电 流大小取值可根据电池容量确定),再 测量这时的电压U2。由此即可计算出 电池的内阻:r=(U1-U2)/(U2/R)= (U1-U2)R/U2。 上述电路的测量数据必须经过人 工计算才能得到结果,使用起来很不 方便,如果开关S开启、两个电压值的 测量、公式计算、测量结果、数据的 显示都由单片机来自动完成,则测量 就变得很轻松了。

使用ATmega8单片机做的电池内阻测试仪

2.单片机测量电路 由单片机电路、放电控制电路、 显示电路等部分组成,电路见图3。 ATmega8、R1、C1等组成单片机 电路,单片机使用内部RC振荡器提供 时钟信号,时钟频率取8MHz。 电路利用ATmega8内部的模数 转换器ADC测量电池电压。ATmega8 提供 6 路逐次逼近型的 ADC , 其中 ADC0~ADC3这4个通道提供10位的转 换精度,ADC4、ADC5两个通道只提供 8位的转换精度。这里利用ADC0测量 电池电压。ADC转换的参考电压选用芯片内 部的2.56V参考电压,ADC0最大允许输 入电压为2.56V,这里取最大输入电压 为2.5V,因此要使用R6、R7组成的分 压电路才能使用最大测量电压为5V。 输入电压经 ADC 转换的结果由 ATmega8的PB口输出到4位数码显示, 数码管采用动态扫描电路,ATmega8的 PC1~PC4作动态扫描驱动输出。

场效应管VT2作放电控制电路的 开关,当VT2导通时,被测量的电池 通过电阻R5放电。VT2的工作状态受 ATmega8的PD4脚的控制,当PD4输出 高电平时VT1导通,VT2栅极电压为0, VT2截止;反之VT2栅极电压为9V,VT2 导通。

看到这里大家要问:单片机的电 源电压是5V,VT2的栅极的9V控制电 压是从何而来的呢?答案是这样的: ATmega8的PD5脚产生5000Hz的脉冲信 号输出到C2,通过VD3、VD4、C2、 C3等组成的倍压整流电路整流后得到 9V的直流电压。

根据程序设计的设置,电路的工 作过程可简述如下: 在测试电池接入的前3s,VT2一直 截止,这时数码管显示的是电池的开路 电压,发光二极管VD1点亮;3s后VT2 先导通1ms,再开始测量电池放电时的 电压,待ADC转换结束后VT2截止,经 单片机计算后数码管显示电池的内阻, 发光二极管VD1熄灭,VD2点亮,内阻 显示值在电池拿开后才消失。在整个 测量过程中,电池放电的时间只有1ms 多,减小了大电流对电池内部的电极产 生的极化现象,以免极化内阻影响测量 结果,同时避免长时间大电流对电池内 部电极产生的损伤。由于这个内阻测试仪测量的都 是小容量的电池,内阻相对来说比较 大,因此没有采用四端测试线。

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