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时间:2017-12-07
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1、智能蓄电池性能监测仪主机设计和实现 摘要:为了测量铁路车辆用蓄电池的放电性能,采用以ARM芯片为核心,设计蓄电池性能监测仪。监测仪能够针对多种类型蓄电池实现核对性放电、短时容量测试和数据管理等功能,着重给出监测仪主机的电路结构以及软件设计,给出实际测试界面。经过对铁路车辆蓄电池的实际测试,满足对蓄电池性能测试的要求。关键词:蓄电池;核对性放电;短时容量测试;PID中图分类号:TN914?34;TP273文献标识码:A文章编号:1004?373X(2013)17?0093?030引言蓄电池组广泛应用于电力、
2、通信、金融、铁路等行业,作为可靠的后备电源,为各行业提供直流或交流不间断电源系统。在蓄电池维护过程中,需要对蓄电池的性能准确、及时的测量,提前判断电池的质量,找出落后电池,并加以处理和维护[1]。本文针对蓄电池充放电过程,设计一种智能监测系统,能够完成多种规格单体电池和蓄电池组的核对性放电实验、蓄电池容量测试、停电后在线监测蓄电池容量及充电电压检测和数据管理功能。本文着重介绍监测系统的主机模块的电路结构和软件设计。1系统概述7监测系统主要由主机模块、采集分机模块和上位机数据管理模块等组成,系统结构图如图1所
3、示。主机模块是监测系统的核心,负责蓄电池放电控制、本机数据显示、采集分机的管理和与上位机的通信,测量电池组电压、电流和容量等任务;采集分机模块负责单体电池电压和电流的测量,并通过网络将数据传递给主机;上位机对蓄电池数据进行分析、处理,实现综合管理。蓄电池放电过程中,主机模块通过总线控制采集分机模块测量各电池电压并读回电压值,以实现监测功能。与此同时,主机还将各电池电压、总电压、总电流等数据实时传给PC机,PC机的软件又可对放电数据进行实时监测。放电结束后,数据还将保存到主机内部E2PROM中,用户可以直接查
4、看数据,也可通过U盘转存数据后到PC上分析数据。2主机电路结构主机模块以ARM芯片LPC2132[2]为核心,扩展外围电路构成,电路结构如图2所示,对蓄电池放电进行控制,测量蓄电池总电压和总电流。LPC2132是32位ARM7TDMI?STM7CPU,具有很强的数据处理能力,配置了丰富的接口资源,内部多通道10位精度A/D接口,完全满足电池电压、电流数据的采集精度要求,不需要增加外围A/D芯片,简化了电路设计。监测仪采用新型PTC陶瓷电阻作为蓄电池放电负载,避免了红热现象,安全可靠无污染,LPC2132扩展
5、I/O接口连接放电控制板,MOSFET与PTC电阻串联[3],放电控制板控制MOSFET控制蓄电池流过PTC电阻上的放电电流。主机模块通过LCD液晶显示器和按键构成人机交互电路。LCD12864液晶显示器能够显示4×8个汉字,通过总线与ARM芯片连接,检测仪的操作、参数设置、数据显示、通信设置等,都能够通过LCD显示电路和按键电路完成。监测系统支持多种存储和通信方式,需要掉电保存的一些参数,存储在E2PROM芯片24C1024中,通过I2C总线与LPC2132连接通信;测试数据可以通过U盘电路保存在U盘中,
6、也可以通过RS485总线传输给上位机。蓄电池组的总电压和总电流测量,由LPC2132内部A/D模块完成,外接信号调理电路,信号调理电路采用仪表放大器INA128UA和低通滤波电路[4],将蓄电池电压和电流信号信号幅度调理到A/D输入的合适范围,噪音干扰减小到最低,输入A/D模块,提高测量精度。3主机软件设计主机软件是监测系统软件设计的核心部分,负责蓄电池的放电控制、电压采集、存储、分机采集控制、通信管理和上位机数据传输等任务[5]。程序开发采用了ARMDeveloperSuiteV1.2编译系统。程序编译后
7、下载到ARM芯片LPC2132内的FLASH7ROM中。代码编写采用模块化设计,包括低层驱动、用户接口控件、用户应用三个类型的代码,菜单管理,层次分明,实现菜单设置、放电控制、测试控制、存储控制等功能,主机软件功能结构示意图如图3所示。控制蓄电池放电并进行测试是监测仪的主要功能,需要完成本机放电、核对性放电和短时容量测试[6]。本机放电时,为了准确控制放电电流的大小,需要循环检测实际电流大小,再与设定值比较,根据误差通过PID计算来调节控制量[7],从而使得实际放电电流不断逼近设定的放电电流,放电控制流程图
8、如图4所示。核对性放电,就是蓄电池放电要满足一定条件,只有当这些条件都满足时才可以控制放电,有一个条件不满足都会停止放电[8]。这些条件大致可分为以下几个:(1)完成放电时间没到;(2)蓄电池每节电池电压不低于最低电池电压;(3)蓄电池总电压不低于设定的最低总电压;(4)蓄电池放电容量没达到设定的允许放电容量值;(5)用户不强制终止放电。7蓄电池容量测试的方法有很多,最直接的方法是:对蓄电池进行放电,按照额定电流
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