【正文】 流小信號(hào)電路，PCB中常規(guī)信號(hào)線寬采用10MIL（1MIL=）走線，電源線寬采取50MIL、30MIL，也就是說涉及到電源和地的線路都做了加寬的處理。根據(jù)以上思想，實(shí)際得到電路板布局如圖318所示。6. 電源地回路的處理，電源通道是設(shè)計(jì)中的全局重點(diǎn)，是系統(tǒng)電磁兼容性能成敗的關(guān)鍵。4. 模塊內(nèi)部器件完成細(xì)化布局后，再次進(jìn)行整體的模塊布局調(diào)整，這一次布局是對(duì)第一次模塊布局的確認(rèn)和細(xì)化。本電路布局思想如下：1. 對(duì)有嚴(yán)格位置要求的器件優(yōu)先考慮，如連接外部，位置固定的接口。PCB器件庫要求非常嚴(yán)格，它決定電路管腳的電氣連接，和板子上器件的安裝。6. 電路板畫線，PCB電路板中完成器件的電氣連接線。2. 繪制原理圖，取出原件，繪制電路原理圖。(六) 幀應(yīng)用舉例 1. 上位機(jī)聯(lián)機(jī)握手幀：位置235610112114定義56688XxxxxxxxxxxxxxCRCAA、BB2. 下位機(jī)應(yīng)答握手幀：位置235610112114定義56699XxxxxxxxxxxxxxCRCAA、BB3. 上位機(jī)發(fā)電源類參數(shù)命令幀位置235610112114定義5660C01 xxxxxxxxxxxxCRCAA、BB4. 下位機(jī)應(yīng)答電源類參數(shù)命令幀位置235610112114定義566CC01 xxxxxxxxxxxxCRCAA、BB5. 上位機(jī)發(fā)溫度類參數(shù)查詢幀位置235610112114定義5660D02xxxxxxxxxxxxCRCAA、BB6. 下位機(jī)發(fā)應(yīng)答溫度類參數(shù)查詢幀位置235610112114定義566DD02xxXxxxxxxxxxCRCAA、BB7. 下位機(jī)發(fā)報(bào)錯(cuò)幀位置235610112114定義56644XxxxXxxxxxxxxxCRCAA、BB 控制板電路板設(shè)計(jì) PROTEL 設(shè)計(jì)技術(shù)Protel 99 SE是Altium公司最為代表性的一款功能強(qiáng)大、深受電路設(shè)計(jì)者歡迎使用的EDA設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件。 4. 長度 參數(shù)長度指后面參數(shù)數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)。0x0C—上位機(jī)發(fā)命令； 0xCC—下位機(jī)發(fā)命令回答；0x0D—上位機(jī)發(fā)查詢； 0xDD—下位機(jī)發(fā)查詢回答；0x88—上位機(jī)聯(lián)機(jī)命令； 0x99—下位機(jī)聯(lián)機(jī)應(yīng)答；0x44—下位機(jī)接收錯(cuò)誤報(bào)錯(cuò)。圖317 連機(jī)超時(shí)提示(四) 幀類別1. 計(jì)算機(jī)發(fā)出的幀類別：命令幀、查詢幀。本通訊不要求較高的實(shí)時(shí)性，這種一問一答方式簡(jiǎn)單而可靠。二． 串行通信協(xié)議 本充電器通過485串行接口與上位機(jī)進(jìn)行串口通訊，485通信協(xié)議一般都是根據(jù)應(yīng)用需求自己定義，現(xiàn)自定義通信協(xié)議如下：(一) 物理層：RS485接口標(biāo)準(zhǔn)，波特率9600，校驗(yàn)位無，數(shù)據(jù)位8，停止位1。隔離雖能有效的抑制高共模電壓，但是總線上還會(huì)有浪涌沖擊、電源線與485線短路、雷擊等潛在危害，所以我們?cè)诳偩€端再采取一定保護(hù)措施。C。它提供了可靠的低成本的直連數(shù)據(jù)線接口，不需要其它外部元件。在RS232的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的RS449，再到現(xiàn)在使用的RS485，現(xiàn)已被大量采用。二、電源輸出開啟控制 開關(guān)電源的緩上電完成后，開關(guān)電源開始工作，但是輸出端還沒有打開，沒有輸出直流電壓，直流電壓的輸出由開啟電路控制電路（如圖315所示），由控制器27腳發(fā)出的C_p信號(hào)控制輸出打開，C_p為低電平時(shí)，Q1導(dǎo)通打開開關(guān)電源的光耦合器控制端，使能開關(guān)電源內(nèi)部的PWM控制，開關(guān)電源輸出充電電壓。圖314 繼電器信息輸出接口電路 開關(guān)電源啟動(dòng)控制電路充電器開關(guān)電源的啟動(dòng)控制包括緩上電控制和輸出開啟控制，緩上電控制開關(guān)電源的交流輸入，輸出開啟控制開關(guān)電源的直流電壓輸出。 繼電器信息輸出接口電路 充電器的繼電器信息輸出接口（如圖314所示），通過外插6針接線，完成與風(fēng)力發(fā)電力機(jī)主控制系統(tǒng)的通信，通過繼電器的開關(guān)狀態(tài)上傳充電器的工作信息，詳細(xì)狀態(tài)信息見表31。此三階低通濾波器的傳遞函數(shù)如式332所示[3]：充電器三階段充電的恒流與恒壓階段控制是由硬件實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換控制，軟件中設(shè)置PWM的參數(shù)控制充電電流和電壓值，它決定恒流與恒壓的臨界轉(zhuǎn)換點(diǎn)，、PWM1來設(shè)置的，這兩路PWM產(chǎn)生的固定值分別與開關(guān)電源中的電流和電壓控制進(jìn)行比較。C），16V直流輸入REF02的2腳，6腳輸出+5V供給PWM電路。這里是通過改變脈沖的占空比進(jìn)行調(diào)壓實(shí)現(xiàn)對(duì)充電電壓和電流的控制。[40]在電池智能充電器中，一般采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度都相等的脈沖列作為PWM的波形，然后通過改變脈沖的寬度，改變脈沖列周期調(diào)頻，再采用適當(dāng)?shù)能浻布刂品椒ň涂梢允闺妷号c頻率協(xié)調(diào)變化。同時(shí)，控制器根據(jù)采集的電壓值進(jìn)行軟件的電壓監(jiān)測(cè)管理，當(dāng)軟件監(jiān)測(cè)電壓跌落到70%的時(shí)候，就進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)和功能保護(hù)，這樣起到系統(tǒng)的掉電保護(hù)功能。LM258雙運(yùn)放只用了UL2A，UL2B為空置狀態(tài)。，靜態(tài)電流50μA，溫度系數(shù)35ppm/℃，SOT233封裝，溫度范圍（40，125℃），溫度漂移100ppm/C。100176。風(fēng)華高科的NTC熱敏電阻傳感器（FHCWF103F3950F），是以錳、鎳、鈷和銅等金屬氧化物為主要材料，該傳感器具有高精度，高穩(wěn)定性，響應(yīng)速度快，優(yōu)良的抗熱沖擊性和以及耐濕性能。高溫降低恢復(fù)到85℃以下，系統(tǒng)自動(dòng)撤銷報(bào)警，充電器恢復(fù)正常工作。外殼溫度分為高溫警告和嚴(yán)重超溫報(bào)警兩個(gè)保護(hù)等級(jí)。KTY系列傳感芯片結(jié)構(gòu)基于擴(kuò)散電阻原理，芯片大小約500*500*240mm。溫度低于20℃時(shí)不能自動(dòng)恢復(fù)，需要系統(tǒng)重新啟動(dòng)。一． 電壓和電流采集接口充電器的四路電流電壓采集接口電路如圖37所示，BAV99是一個(gè)高速的雙開關(guān)二極管，開關(guān)時(shí)間（Trr）最大6ns，工作在導(dǎo)通和截至兩個(gè)狀態(tài)，正常情況下二極管處于截至狀態(tài)。如果在芯片處于調(diào)試狀態(tài)的時(shí)候，掃描寄存器就可以把芯片和外圍的輸入輸出隔離開來。該復(fù)位控制采用光耦隔離器SFH6156進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)外隔離，避免外部干擾，正常情況下光耦截至，Reset18_in為高電平，短接復(fù)位時(shí)光耦導(dǎo)通，Reset18_in低電平向控制器第39腳發(fā)出的復(fù)位信號(hào)，在控制器內(nèi)采用程序由軟件指令實(shí)現(xiàn)復(fù)位。圖32 晶體振蕩器電路圖33 STM32F103RB控制器電路圖三． 復(fù)位電路一般，控制器常用復(fù)位方式主要有：上電復(fù)位，看門狗復(fù)位，人工復(fù)位。STM32其它啟動(dòng)模式Boot0=1，Boot1=0時(shí)系統(tǒng)存儲(chǔ)器為啟動(dòng)區(qū)域；Boot0=1，Boot1=1時(shí)SRAM存儲(chǔ)器為啟動(dòng)區(qū)域?？刂破麟娐肥钦麄€(gè)充電器的控制核心，它分析采集到的六路AD信號(hào)值，然后發(fā)出對(duì)系統(tǒng)的控制信號(hào)，同時(shí)完成與發(fā)電機(jī)主控設(shè)備的通信控制。RTC有單獨(dú)的供電電路，內(nèi)置的開關(guān)使其可由外接紐扣電池供電，或主電源供電。英國的ARM公司成立于1991年，它是一家出售IP技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的公司，ARM（Advanced RISC Machine）作為一種嵌入式系統(tǒng)處理器，是采用RISC架構(gòu)，它以高性能、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)占領(lǐng)了大部分市場(chǎng)。4. 外部遠(yuǎn)程復(fù)位接口電路，風(fēng)力發(fā)電機(jī)主控板發(fā)出信號(hào)遠(yuǎn)程控制充電器復(fù)位。表31 充電器的功能信息表監(jiān)控功能H2H3H4繼電器1繼電器2輸入過壓√√輸入欠壓√√輸出過壓√√輸出欠壓√√輸出短路√√電池盒溫度過高報(bào)警√√電池盒溫度傳感器故障√√機(jī)殼溫度高報(bào)警√√機(jī)殼溫度√√機(jī)殼溫度傳感器故障√√機(jī)盒內(nèi)部環(huán)境溫度惡劣√√機(jī)盒內(nèi)部環(huán)境溫度過高報(bào)警√√機(jī)盒內(nèi)部環(huán)境溫度過低報(bào)警√√機(jī)盒內(nèi)部溫度傳感器故障√√空載輸出√√基準(zhǔn)電壓故障√√EEPROM 讀寫錯(cuò)誤√√充電器控制板功能需求如下：1. 完成對(duì)開關(guān)電源的AD采集控制，它接收開關(guān)電源接口板傳遞過來的四路AD電壓和電流信號(hào)，輸入到STM32控制器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換控制。1%25℃恒流充電電流177。~，補(bǔ)充蓄電池自身的自放電，使蓄電池維持滿電量狀態(tài)長期保養(yǎng)維持?？刂瓢宀捎靡夥ò雽?dǎo)體的工業(yè)級(jí)32位ARM內(nèi)核控制器，完成對(duì)整個(gè)充電器的充電過程控制、故障檢測(cè)控制、以及對(duì)外的信息通信等智能控制。采用脈寬調(diào)制技術(shù)，高效率，高功率因數(shù)；紋波系數(shù)低，對(duì)其它設(shè)備干擾小。1%，具有與被充電池一致的電壓/溫度特性，其電壓/℃，對(duì)于12AH的電池，平均充電效率不低于80%。蓄電池與電源模塊并聯(lián)安裝在風(fēng)機(jī)葉片的電機(jī)負(fù)載上運(yùn)行，在正常情況下，電機(jī)負(fù)載供電由電源直接供給，在設(shè)備故障或者電力不充足的情況，就由蓄電池給電機(jī)負(fù)載供電。整個(gè)電池組的浮充電壓等于蓄電池只數(shù)乘以單體蓄電池浮充電壓值，同時(shí)要根據(jù)電池的負(fù)溫度補(bǔ)償系數(shù)–4mV/單體/℃進(jìn)行調(diào)整，也就是25℃溫度的基礎(chǔ)上每升高1℃，單體電池的充電電壓降低4mV，由此得到整個(gè)電池組溫度補(bǔ)償后的實(shí)際充電電壓值。國外一般選擇稍高的浮充電壓。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)蓄電池及充電器 目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中尚無完全理想的專用深放電、長壽命蓄電池，廣泛應(yīng)用的是閥控封閉式免維護(hù)鉛酸蓄電池。但對(duì)于大容量的蓄電池，充電時(shí)間就會(huì)拖得很長，時(shí)效低，造成諸多不便。在充電流程中，電池電壓逐漸增高，充電電流逐漸降低。浮充電壓過低，蓄電池會(huì)充不滿，過高就會(huì)造成過量充電。循環(huán)充電多應(yīng)用于小容量移動(dòng)型的便攜式設(shè)備蓄電池中。隨著新技術(shù)發(fā)展，脈沖快速充電的方法也越來越多。 恒流充電：充電過程中充電電流保持不變，這種方法充電速度快。反之，電壓過高，開始時(shí)電流較大，電量充滿后，因?yàn)槌潆娖骱托铍姵仉妱?dòng)勢(shì)之間始終存在差值，仍有不小的充電電流，而導(dǎo)致過充電，電池內(nèi)部的活性物質(zhì)脫落，容量減小。在充電過程中，蓄電池的吸氣和極化現(xiàn)象始終存在，并逐步加劇，嚴(yán)重影響充電質(zhì)量，縮短電池壽命。 閥控式鉛酸蓄電池的充電方法一、閥控式密封鉛酸蓄電池的充電特性蓄電池充電理論與實(shí)踐都已經(jīng)證明，充電接受電流I是充電時(shí)間t的指數(shù)函數(shù)，其函數(shù)如式12所示[14]。閥控式鉛酸蓄電池在開路狀態(tài)下，其正負(fù)極的活性物質(zhì)二氧化鉛和海綿狀鉛與電解液的反應(yīng)都趨于穩(wěn)定，也就是說，正負(fù)極的氧化速率和還原速率相等，這樣的電極電動(dòng)勢(shì)為平衡電動(dòng)勢(shì)。其過程如下[10]：充電過程：閥控式鉛酸蓄電池負(fù)極上的硫酸鉛被還原為金屬鉛的速度大于硫酸鉛的形成速度，使硫酸鉛轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘巽U；同樣，在蓄電池正極上的硫酸鉛被氧化為二氧化鉛的速度也增大，導(dǎo)致正極轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸U。實(shí)際上，絕對(duì)控制H2與O2的析出是不可能的，電解液仍有少量消耗，仍有少量的氧氣和氫氣析出。多年來，它以其優(yōu)異穩(wěn)定的性能，一直在工業(yè)、民用和軍工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本充電器具有充電速度快、充電還原效率高、無人值守的高度智能化、可超長時(shí)間充電、無過充電危險(xiǎn)、蓄電池使用壽命長等特點(diǎn)。各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到了產(chǎn)品要求?？刂破鞑捎靡夥ò雽?dǎo)體公司STM32F103RB，它完成對(duì)蓄電池和開關(guān)電源的電壓、電流、溫度等8路AD信號(hào)的采集，然后進(jìn)行三段式充電的分析控制，其間進(jìn)行充電電壓和電流的溫度補(bǔ)償控制，進(jìn)行充電器自身安全工作的監(jiān)測(cè)和控制，進(jìn)行充電器對(duì)外部設(shè)備的串行通信控制。本智能充電器配套風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中，完成對(duì)蓄電池的全自動(dòng)充電。采用鉛酸蓄電池存儲(chǔ)電能，作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的重要保障，它位于發(fā)電機(jī)輪轂中，為發(fā)電機(jī)工作提供后備電源。本充電器采用開關(guān)電源技術(shù)，基于32位ARM內(nèi)核控制器的三段式全智能充電。本論文所涉及的ARM控制板，完成了對(duì)溫度、電流、電壓的監(jiān)測(cè)控制及報(bào)警，完成了三段式充電及溫度補(bǔ)償控制，完成了與上位機(jī)的通信控制和參數(shù)在線配置。本課題基于企業(yè)需求的實(shí)際產(chǎn)品，研究和開發(fā)了一種專用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂中的鉛酸蓄電池智能充電器，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備配套。電池氣壓升高，單向排氣閥會(huì)自動(dòng)打開排出氣體，當(dāng)自動(dòng)關(guān)閥后防止空氣進(jìn)入蓄電池。[4] 圖12 蓄電池內(nèi)部氧循環(huán)原理圖閥控式鉛酸蓄電池在使用過程中基本上不產(chǎn)生氫氣，并且正極產(chǎn)生的氧氣能以電池內(nèi)循環(huán)的方式被陰極吸收，稱為陰極吸收機(jī)理。 閥控式鉛酸蓄電池充電技術(shù) 閥控式鉛酸蓄電池充電的化學(xué)反應(yīng)閥控式鉛酸蓄電池充放電的基本電極反應(yīng)是鉛（Pb）和二價(jià)鉛（Pb2+）及四價(jià)鉛（Pb4+ ）之間的轉(zhuǎn)化。因?yàn)槭欠烹姾螅瑑蓸O的活性物質(zhì)都轉(zhuǎn)化為硫酸鉛，所以叫“雙極硫酸鹽化” 。極化主要是由電化學(xué)極化、歐姆極化和濃差極化這3種因素造成的，因?yàn)?種極化的存在，在使用中要嚴(yán)格設(shè)置各種充放電電流和充放電電壓，避免使用不當(dāng)對(duì)蓄電池的性能造成大的影響。 二、閥控式鉛酸蓄電池的充電方法 閥控式鉛酸蓄電池的運(yùn)行壽命和性能，與充電方法密切相關(guān)，好的充電方法應(yīng)該是效率高而不傷電池，達(dá)到電池溫升低，壽命長，充電快，充電足，失水少。電壓較低時(shí)，電流較小，充電時(shí)間短，蓄電池不能充足，長期虧電，常此下去，