摘要：利用MSP430单片机，设计了一种简易的汽车蓄电池电压监视器。利用MSP430提供的内部ADC，对蓄电池工作状态，特别是起动瞬间的电压信号进行采集，绘制瞬时电压波动曲线，并以此曲线作为参考，分析蓄电池工作状态。实测结果表明，通过本文提出的方法，可以实现蓄电池失效的预警。

    1 研究背景
    汽车蓄电池对于汽车来说，尽管在成本上所占的比重不高，但它对整部汽车却起着举足轻重的作用。汽车蓄电池担负着起动发动机的重要任务，一旦蓄电池失效，发动机无法起动，导致整个汽车无法工作。所以，随着汽车越来越多进人普通家庭，对于汽车蓄电池状态的监视变得尤其重要。如果能通过日常监视，及时对蓄电池工作状态进行掌握，对其失效给出预警提示，避免出现无法起动的尴尬，有着重要意义。
    通常情况下，汽车的仪表板都有电池报警显示。但该检测主要针对汽车发电机的输出电压，无法对蓄电池状态做检查，所以往往无法及时对蓄电池失效发出警告。一般情况，汽车蓄电池的正常工作时间在3-5年，所以提前更换蓄电池也是避免无法起动的手段之一。但对大多数驾驶员来讲，无疑会增加用车成本，造成不必要的浪费。在大多数4S店，都有汽车蓄电池测试仪，又称汽车蓄电池检测仪或汽车蓄电池分析仪，是针对汽车蓄电池的工作能力和健康状况判断的专业分析检测设备。这类设备价格比较昂贵，只有在车辆进人4S店保养时，才能进行蓄电池状态检查，无法及时发出蓄电池失效警告。
    汽车蓄电池检测通常有传统测试和电导仪测试两种方法。目前，几乎所有的蓄电池测试仪都采用电导测试法。经过国际上大量的试验数据表明，电导值与汽车蓄电池容量呈很好的线形关系。对于同一种蓄电池，随着使用后容量的下降，该蓄电池的电导值也会下降，这样的一个线形关系正是电导仪能够正确判定蓄电池健康情况的基础。因此，国际电气和电子工程师协会（IEEE）正式把电导测试法作为测试汽车蓄电池的测试标准之一。在IEEE标准中，汽车蓄电池电导的测量是将已知频率和振幅的交流电压加到蓄电池的两端，然后测量所产生的电流。交流电导值就是与交流电压同相的交流电流分量与交流电压的比值，很明显电导值的变化（下降大于20%）就意味着汽车蓄电池性能的变化。
    电导仪所进行的测试工作就是以汽车蓄电池目前测得的实际电导值与汽车蓄电池完好时的标准电导值进行比较，如果差异大到一定程度，就可以判定该汽车蓄电池需要更换了。实践证明，电导仪的测试结果与用传统放电的测试结果是吻合的，充分说明了电导测试仪测试的科学性、准确性。
    电导测试虽然能够准确反映蓄电池的状态，但其测试手段和实施方法较为复杂，需要借助专用器件和电路来完成。而传统的测试方法虽然简单，但需要对蓄电池做短时大电流放电测试，对蓄电池的损伤较大。目前市面上出售的100元左右的车用蓄电池测试仪都基于传统方法。而本文提出了一种简单、易行的蓄电池监视方法。利用MSP430单片机自带的ADC，对蓄电池在点火（即放电）过程中的电压变化进行高速采集，通过分析、比较这个动态瞬时电压波动情况，给出蓄电池更换预警。相对其它一些静态测量方法叫，本方法实现简单，可以在每次点火起动汽车时及时监视蓄电池状态，从而大大提升了蓄电池失效告警的性能，既可以避免过早更换蓄电池造成的浪费，又可以及时避免因蓄电池失效造成汽车无法起动的尴尬，具有非常重要的实用价值。
    2 具体实施方案
    MSP430 LaunchPad是一款德州仪器（TI）公司提供的易于使用的单片机调试工具，它提供了在MSP430上进行开发所需的一切内容。本文使用的LaunchPad试验板上的单片机型号为MSP430G2553，其试验测试框图如图1所示。其中，MSP430G2553包括了16 KB的FLASH存储器（地址范围：0xc000～0xFFFF）， 512 B的片上RAM（地址范围：0x0200～0x03 FF）以及ADC等外设。本文的测试代码将数据段、堆栈段放在片上的存储器，而代码放在0xc000开始的FLASH存储器中。蓄电池的电压变动数据（采集信号）被存放在从0xD000开始的FLASH中。为了代码的稳定和安全考虑，采样数据最多的存储空间被限制在0xD000～0xF7FF的10 KB的空间。由于ADC使用10 bit，所以最多的存储采样点为5120点。本试验代码设置采样点的时间间隔为2.24 ms，最长可以存放11s的电池电压变化数据，可以完整记录整个汽车蓄电池在起动过程中的变化情况。为了方便测试，试验代码可以由两种方式完成采集触发：①手工按下按键S1，起动采集；②自动触发模式。代码自动监视外部输人电压的变化情况，当电压变化超过0.2 V时，自动起动采集。

    同时，为了方便观察状态，利用LaunchPad提供的LED灯指示试验代码运行状态。当程序处于等待时（未按下Sl或外部电压变化小于0.2 V）， LED会不断闪烁。当采样被起动后，LED灯会一直点亮，直到记录到预定的数据数量。然后，LED熄灭，代码停止运行，等待重新起动（按下复位按钮S2或电源开关）或连接CCs开发环境读出采集记录数据。试验测试程序流程框图如图2所示。

    当采集完成后，利用LaunchPad自带的USB仿真器，连接CCSV5集成开发环境，读出并保存采集数据。本文使用MATLAB的绘图工具绘制了起动曲线。另外，为了使得测试数据更加准确、直观，本文用外部直流稳压电源进行了多组的电压测试，并记录了测试结果，以便在MATLAB绘图工具中绘制坐标网格。
    图3给出了试验板测试环境的照片。试验板采用电池供电，直接对汽车蓄电池的电极端进行电压采集。采集完成后通过接口电路读出保存数据，并使用MATLAB工具绘制、比对曲线。

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