串联电池电压及温度测量方法研究

图 1 中，E1,E2,……En 表示的是电池组，双刀开关K1,K2,……Kn 表示的是光电继电器组。在不同的时间分别单独导通K1,K2,……Kn，即可实现单体电池E1,E2,……En 的电压测量。光电继电器组的通断是由D 触发器串联而成的移位寄存阵控制，只需两个I/O 口分别提供时钟信号（CLK）和数据信号（D）即可工作，大大减少了I/O 资源的占用。实际设计时，一个D 触发器和一对光电继电器构成选通模块，一个电池对应一个选通模块，所以直接将选通模块安装在电池上，选通模块之间用排线串联起来构成由移位寄存阵控制的选通电路。选通电路与电压采集电路之间也用排线连接，需要的线数量很少，所以电池管理系统安装方便，电气走线简洁明了。

2、单体电池温度测量原理

电池温度的测量采用DALLAS 公司的DS18B20 温度传感器。DS18B20 采用单总线技术，测温范围-55°C~+125°C，全数字温度转转换及输出，支持多点组网功能，实现多点温
度采样。需要说明的是，采用DS18B20 多点组网功能也可以实现单体电池温度采样，但是多点采样时需要识别每个DS18B20 独有的ROM 码，影响采样速度，同时无法将ROM码同器件的实际物理位置关联起来，所以多点组网功能不适合单体电池温度的巡检。基于由D 触发器构成的移位寄存阵所具有的通道选通功能，本文提出一种同时启动，分时读取数据的DS18B20 多点温度采样方法。该种方法中DS18B20的采样启动和数据读取都是跳过ROM 码校验进行的。DS18B20 的连接方式如图2 所示。

图中 K1,K2,……Kn 表示的是光电继电器，其通断情况同样由移位寄存阵控制。一开始K1,K2,……Kn 全部闭合，MCU向所有DS18B20 发送采样启动命令，启动命令发送完后断开所有光电继电器，然后逐个闭合K1,K2,……Kn，读取相应传感器的温度数据，实现分时读取数据。采用同时启动分时读取数据的多点温度采样方法，其所用时间仅比单点温度采样所用的时间多了数据读取的时间，所以其采样速度比较快。

3、移位寄存阵原理

移位寄存阵是由D 触发器串联构成的，它与光电继电器一起构成选通电路。图3 中，D1,D2,……Dn 表示的是D 触发器，每个D 触发器的输出Q 是下一个D 触发器的数据信号，所有的D 触发器由相同的时钟信号控制。D 触发器的反码输出Q 用来控制对应的光电继电器的通断，当Q 为高电平时光电继电器断开，当Q 为低电平时光电继电器导通。通过控制第一个D 触发器的数据信号，可实现D1,D2,……Dn 的Q 逐个输出低电平即移位功能，从而控制光电继电器K1,K2,……Kn按顺序的逐个单独闭合，实现通道选通功能。

移位寄存阵的工作时序图如图 4 所示。其中，CLK 是时钟信号，D 为移位寄存阵中第一个D 触发器的数据信号，Q 1,取的D 触发器是上升沿触发工作。在时钟信号的第一个上升沿时，将D 置高电平，第一个D 触发器的输出Q1 在时钟信号的第一个上升沿和第二个上升沿的时间段内是高电平，Q 1为低电平。接下来一直将D 置为电平，每次时钟信号的上升沿到来的时候，D 触发器的输出Q 的高电平状态就会依次传给下一个D 触发器，即移位寄存阵的D 触发器的Q 端依次在不同的时间段单独输出高电平，从而Q 1, Q 2,…… Q n 依次输出低电平。在Q 1, Q 2, …… Q n 的控制下，光电继电器K1,K2,……Kn 依次闭合。