一种蓄电池组智能巡检仪的设计与实现

引言近年来，蓄电池在民用和工业生产中应用越来越广泛。为保障系统持续稳定运行，研究与设计高效廉价、准确方便和快捷实用的蓄电池检测装置十分必要。蓄电池单体电压较低，很少以其自然形态直接使用，大多采用串联或串并联组合的方式，同时，蓄电池的电量随工作时间的延长和用电时间的增加会逐渐衰竭，很难保证组合中每个单体蓄电池工作特性一致。因此，必须采用合理的监控设备，通过在线实时检测各单体蓄电池的充放电电压、温度和整个蓄电池组的充放电流及充放电电压等参数，找出损坏或性能显著降低的蓄电池，以保证直流电力系统稳定可靠［1。］因此，蓄电池组的检测应该采取分散采集、集中监控的方式。一般的检测采用或总线，由于其为主从方式总线，检测终端无法主动向上位机发送数据。本蓄电池组智能巡检仪通过非主从方式的总线作为蓄电池组的分步式巡回采集总线，使得检测系统具有高可靠性、可扩充性和实时性等优点，更加适合于蓄电池组的检测与维护。1巡检仪总体设计及工作原理总线介绍总线是由德国公司在年为汽车的监测和控制系统设计一款串行通信网络2总线可以为多主方式工作，不分主从，可以点对点、点对多点及全局广播方式传送和接收数据，且具有非破坏性总线仲裁技术；以/速率，通信距离最大可达，传输介质可用双绞线、同轴电缆或光纤；总线采用短帧结构，每帧字节，保证了数据出错率极低，被公认为是最有发展前途的现场总线之一。1．2巡检仪总体设计系统的总体设计框图如图1所示。单体检测单元分别检测蓄电池组的24节单体电池的电压和电流，各个检测单元的硬件结构十分相似，同时还有一个单独的检测单元用来检测蓄电池组整体的电压和电流。检测单元实时监测并向 总线发送数据，上位机接收各个检测单元的数据，并对数据进行分析、处理、存储、显示和打印，同时对单体电池的故障进行诊断和报警。CASIII卜・仲机巾伴电池山度也濯就停E尼泡电张反腰型测CASIII卜・仲机巾伴电池山度也濯就停E尼泡电张反腰型测■电旭旭应星期进衿M图1遛检设总体祺计框图单体蓄电池检测单元的设计单体蓄电池电压检测的功能是实现对单体电池电压和温度的检测和网络传输。该单元由电压信号变换、单片机系统、 总线接口和电源组成。该单元是基于通信的电压检测模块，检测到的电压模拟信号经处理并数字化后，通过总线传输给控制管理单元。单体电池检测单元的电路图如图2所示。理见■电弗理见■电弗图N单体蓄电池检冽系统总体设计框图检测终端采集到蓄电池单体电压和温度信号后，进行放大、滤波、/转换和隔离，送入单片机，单片机将通过 总线与上位机进行数据通信。其中，检测电路采用串行接口的位/转换器 ，采样周期小于 ，通过光电隔离与单片机连接。单片机采用低功耗、小体积位单片机9该单元用 发光二极管指示工作状态。通过带有串行接口的 控制器与单片机连接， 总线用于向上位机传输检测数据。单元内的隔离电源采用小型 /模块电源。检测系统的工作原理各检测单元将检测到的电流、电压和温度数据按总线规范存储到缓冲区，并启动发送命令将数据发送到总线上，这些数据通过总线向上位机进行发送。上位机的控制器将接收到的数据存储在缓冲器中，向上位机发送中断请求，若上位机响应中断，则接收这些数据并进行处理，将其转化成电压、电流和温度信号显示出来，并对这些信号进行分析和诊断，若发现异常情况，则发出警告信息。单体检测单元节点电路的设计1温度采集电路蓄电池的温度在很大程度上影响着其工作性能，所以有必要采集蓄电池的温度信息4系统对蓄电池温度进行循环检测，采集数据后，经放大、滤波和/转换并送到单片机，然后发送到 总线上。其温度采集电路如图所示。其中运算放大器提供一个恒压，电阻、、 和热敏电阻组成一个桥路，经运算放大器后差分输出。VCC0B3温度采样电踣2．2电压采集电路系统采集单体蓄电池的电压是相对电压，为了保证电压检测的准确性和不影响系统的工作，采用光电隔离器进行隔离，经运算放大器后输入单片机。其电路结构如图4所示。1ICNR2A]图&电压裁样电路电压采样电路采用线性光耦隔离芯片 ，它是一种性价比较高的模拟光电隔离器，由一个高性能的 和两个特性十分相近的光敏二极管 和组成。输入光敏二极管 用来检测并稳定 输出光的强度，它能够很好地抑制输出光的漂移，改善其线性度；输出光敏二极管 用来产生一个正比于 光强度的光电流。由于两个二极管特性相近且封装在一个集成芯片内，因此当 发光时， 和接收到 光的数量成比例，且不受外部杂散光的干扰，所以具有很好的增益稳定性和优良的线性度。输入电压变化转化为电流变化，其内部呈现如下线性关系：由组成的反馈回路可以得到输入电压与输出电压之间的线性关系为：区—Mg+品)/㈤+修K'4(5, =&困+用厂&+%电流采样电路与电压采样电路结构类似，只是将电压信号通过电阻转化为电流信号后进行采集，本文不再赘述。

单片机与 总线连接电路gtOJKMlMU尸炎tiiNDl团gtOJKMlMU尸炎tiiNDl团5单片机与CAN星妹连接电踮FKCAK：SORXCA3IfScumin“本IBM一IcEKETI1味r本系统的单片机选用增强型单片机，通过总线与控制器 连接，经过高速光电隔离器 后连到收发器上，连接在 总线上，实行差分发送和接收5通信软件的编制系统软件包含自检程序、数显程序、滤波处理程序和通信程序等，其中通信程序是软件设计的核心和关键，通信程序主要由初始化程序、发送程序和接收程序3部分构成［6。］初始化程序初始化程序包括单片机 各口的状态初始设置、堆栈的初始设置、定时器的设置、存储器的初始化、中断的初始化、串口的初始化和 控制器初始化状态的设置等，通过对 控制器控制段中的寄存器写入控制字，从而确定控制器的工作方式，本系统采用的 控制器为 2在系统复位模式下，单片机要对 完成寄存器操作，写接收代码寄存器与接收屏蔽寄存器，确定节点要接受的信息D写总线定时寄存器，确定总线通信波特率；写输出控制寄存器，选择正常输出控制模式。发送程序数据从 发送到 总线是由其自动完成的。 发送的过程是：)编辑所发送信息的标识，然而将帧信息存入外部数据存储器之中。) 开始查询控制器的状态寄存器的传输缓冲区状态标志位，若为0则将信息写入 的发送缓冲区之中，然后，置命令寄存器位为1发送该信息。3接收程序控制器自动完成信息从 总线到 接收缓冲区的传递， 接收程序只需从接收缓冲区读取要接收的信息即可。 每成功地接受帧信息，就把该信息存入内部的 中，并产生接收中断。 响应中断后，将内的信息读入外部 中，然而再释放该信息所占用的 缓冲区0结束语本文介绍了一种基于 总线的分布式智能蓄电池巡检