【導(dǎo)讀】域，為獲得較高的電壓，常用多節(jié)蓄電池串聯(lián)工作方式。由于單體蓄電池特性的差異，在運行一段時間后，電池組中個別電池性能變差，進而失效，造成電池組整體性能下降，發(fā)現(xiàn)，因此有必要對蓄電池的運行狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測。鉛酸蓄電池作為一種化學(xué)電源，自1860年普蘭特。在UPS系統(tǒng)中，蓄電池組作為儲能元件，是系統(tǒng)極其重要的組成部分，障時間最短的器件。系統(tǒng)的安全、可靠和高效運行。而蓄電池組作為直流系統(tǒng)向外供電的唯一設(shè)備，為電力。性能的好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的安全可靠性。因此為了確保用電設(shè)備即使。作，特別是對蓄電池實施實時在線監(jiān)測意義重大。完成樣機的現(xiàn)場試驗。可監(jiān)測的電池組監(jiān)測器的數(shù)量不受限制?？刂浦行腜C機能定期查詢所有運行組的監(jiān)測。此項研究成果應(yīng)用于電廠、變電站、通信、電動車輛及醫(yī)療。BMS能夠向操作人員提供有關(guān)剩余電量的信息及電池性能接近極限狀態(tài)時的報警狀態(tài)。內(nèi)部電阻以監(jiān)測電池的老化趨勢。

　　

【正文】 讀 DS2438 標(biāo)識碼 寫 ROM 命令 主機發(fā)送復(fù)位脈沖 標(biāo)識碼的 CRC校驗正確否 檢測 DS2438返回應(yīng)答脈沖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 30 頁 共 48 頁 DS2438采集到的數(shù)據(jù)參數(shù)均存放在蓄電池寄存器中， 單片機通過單總線實現(xiàn)對該參數(shù)寄存器讀取操作即能實現(xiàn)參數(shù)采集 。 圖 ，圖 的 圖 電流采樣流程圖 圖 電壓 /溫度采樣流程圖 可以看出對電流的采集與對電壓 、 溫度的采集流程有些不同，那是因為 DS2438對電讀取總線數(shù)據(jù) 發(fā)送讀電流寄存器命令 發(fā)送 ROM 命令 結(jié)束 Y N 開始 初始化命令 總線應(yīng)答 Y N N 結(jié)束 讀取總線數(shù)據(jù) 初始化命令 總線應(yīng)答 發(fā)送 ROM 命令 發(fā)送讀電壓 /溫度寄存器命令 開始 初始化 命令 總線應(yīng)答 發(fā)送轉(zhuǎn)換電壓 /溫度命令 發(fā)送 ROM 命令 Y 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 31 頁 共 48 頁 流的采樣是以每秒鐘 ， 而電壓與溫度不會自動采集，必須通過單片機發(fā)出電壓 、 溫度轉(zhuǎn)換命令（采集命令）之后，才能對電壓 、 溫度的寄存器讀取數(shù)據(jù)操作 。 2)剩余電量檢測 為了能夠功能更加準(zhǔn)確和科學(xué)的表征蓄電池的剩余電量，通常用荷電狀態(tài)來表征蓄電池的剩余容量，即 SOC(State Of Charge)，它是對蓄電 池剩余容量狀態(tài)的重要參數(shù)，SOC不能直接通過測量獲得， 它可用電流積分累加 (ICA)寄存器的值求得 。 DS2438對電池剩余電量的測量是借助其內(nèi)部的電流積分累加器 (ICA)實現(xiàn)的。 ICA寄存器的值是由DS2438定時自動測量電池電流后更改的， 存放的是流入、流出電池總電流的凈累加值， 無需對其進行控制，只需單片機讀出 ICA寄存器的值，然后將讀出的值代入公式，剩余電量 =ICA/(2048*RSENS)（ 式中 RSENS的單位為 Ω ），便可得到電池的剩余電量。剩余電量檢 測的流程圖見圖 。 圖 剩余電量檢測流程圖 在讀取寄存器的值時，為防止讀取錯誤，先要檢查 DS2438是否正在修改寄存器的內(nèi)容，這可通過對狀態(tài) /標(biāo)志寄存器中的 NVB位 加以判斷 。 數(shù)據(jù)修正及顯示 開始 初始化命令 總線應(yīng)答 讀取總線數(shù)據(jù) 發(fā)送讀 ICA寄存器命令 發(fā)送 ROM 命令 結(jié)束 Y N 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 32 頁 共 48 頁 顯示電路子程序模塊 1602 液晶顯示基本操作時序 1602有四種基本操作時序，主要有讀狀態(tài)：輸入為 RS=L， R/W=H， E=H，輸出為 D0D7=狀態(tài)字；寫指令 :輸入為 RS=L， R/W=L， E=高脈沖， D0D7=指令碼，輸出無；讀數(shù)據(jù)：輸入 為 RS=H， R/W=H， E=H，輸出為 D0D7=數(shù)據(jù)；寫數(shù)據(jù) :輸入為 RS=H， R/W=L， E=高脈沖，D0D7=數(shù)據(jù)，輸出無。 1602 指令說明 1602 液晶 模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，見表 。 表 1602液晶屏指令說明 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 置輸 入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移 0 0 0 0 0 1 S/C R/L 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F 7 置字符發(fā)生存儲器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存儲器地址 8 置數(shù)據(jù)存儲器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM或 DDRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM或 DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的 數(shù)據(jù)內(nèi)容 1602液晶顯示器的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。 1602標(biāo)準(zhǔn)字庫 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM）已經(jīng)存儲了 160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫字母 “ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示模塊把地址 41H中的點陣字符圖形顯示出來，就能看到字母“ A”。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 33 頁 共 48 頁 顯示子程序功能及流程 顯示程序流程圖如圖 ： 圖 顯示子程序流程框圖 該系統(tǒng)的液晶顯示屏上要求顯示 蓄 電池的電壓， 電流，溫度 ， 剩余電量 信息。這些項目是固定顯示的，而所顯示的數(shù)字信息則是按一定周期刷新的。當(dāng)系統(tǒng)進入設(shè)定狀態(tài)時，屏幕的下方會出現(xiàn)相應(yīng)的設(shè)置信息畫面。系統(tǒng)使用時若不進行任何操作，默認(rèn)顯示第一路的狀態(tài)；要觀察其他路電池的狀態(tài)可通過鍵盤操作完成。顯示哪一路狀態(tài)是通過判斷一個標(biāo)志位確定的。若是出現(xiàn)報警時，在屏幕右上角顯示報警。 串行通訊程序模塊 該蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng) 可以與上位機實現(xiàn)通訊。單片機有 4種串行通訊方式。 在蓄結(jié)束 開始 判斷各顯示畫面標(biāo)志位，進行相應(yīng)的顯示 顯示動態(tài)數(shù)據(jù) 置顯示標(biāo)志位 將靜態(tài)顯示內(nèi)容寫到顯示緩沖區(qū) 置顯示初始化標(biāo)志位 液晶模塊初始化設(shè)置 顯示標(biāo)志位為 1？ 顯示初始化標(biāo)志位為 1？ 狀態(tài)顯示標(biāo)志位為 1？ N Y N N Y Y 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 34 頁 共 48 頁 電池監(jiān)測系統(tǒng)中選擇使用方式 3，串行口控制器 SCON來設(shè)置。方式 3是 11位異步收發(fā)，波特率由定時器 l控制，在使用前要設(shè)置波特率，而且方式 3適用于多機通訊。在方式 3下，通訊時的串行幀格式為： l位起始位， 8位數(shù)據(jù)位， l位可編程的低 9位， 1個停止位。 在單片機與上位機通訊時，要遵循一定的通訊協(xié)議。通訊協(xié)議中要規(guī)定幀格式、波特率、數(shù)據(jù)差錯檢查、聯(lián)絡(luò)信號等。當(dāng)通訊協(xié)議選擇好后，通訊雙方都要遵守協(xié)議。 蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)的通訊主要是由中斷引發(fā)，但是由于系統(tǒng)的重點在于對蓄電池的狀態(tài)監(jiān)測，因而不能在中斷程序中完成所有的事 情，通訊程序則設(shè)計為當(dāng)上位機發(fā)數(shù)據(jù)時，單片機響應(yīng)中斷并在中斷程序中接收數(shù)據(jù)，但不馬上進行處理，在主程序中判斷是否接受了數(shù)據(jù)，若接收到數(shù)據(jù)，再進行相應(yīng)的處理。通訊程序流程圖及中斷服務(wù)程序如圖 ： 圖 通訊程序流程圖及中斷服務(wù)程序 流程圖 鍵盤輸入子程序模塊 本設(shè)計采用行列式按鍵接口電路。由于機械原因，按鍵的斷開和閉合均伴隨著一定中斷服務(wù)程序流程 開始 清除接受標(biāo)志位 判斷命令內(nèi)容 完成相應(yīng)操作 是否接受了數(shù)據(jù) 主程序流程 N Y Y 置接收標(biāo)志位，清通訊標(biāo)志位 開始 結(jié)束 恢復(fù)現(xiàn)場 接受字符，并送緩沖區(qū)，置通訊標(biāo)志位 回送本機地址 保護現(xiàn)場 接受完數(shù)據(jù)？ 接受地址符合本機地址？ N N Y 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 35 頁 共 48 頁 的抖動，為了確保 CPU對一次按鍵動作的確認(rèn)，必須消除抖動的影響。通常消抖有硬件和軟件兩種方法，為了避免增加電路的復(fù)雜性，這里 選用軟件消抖的方法。具體方法是在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一個延時 12 ms的子程序后，再次檢測該鍵是否仍然保持閉合狀態(tài)，如仍然保持，則確認(rèn)該鍵真正被按下，否則， 無鍵按下，從而消除了抖動的影響。 其流程圖如圖 。 圖 鍵盤子程序流程框圖 報警電路子程序模塊 報警電路采用聲光方式，當(dāng)參數(shù)數(shù)據(jù)超限 時，產(chǎn)生聲音報警，同時對應(yīng)的發(fā)光二極管以一定的頻率閃爍。軟件編程比較簡單，只需將與蜂鳴器連接的 I/O 口置為高電平，即可產(chǎn)生警報聲音；至于二極管的閃 爍效果，只需經(jīng)過一段時間，使 對應(yīng)的 I/O 端口電平取反即可。其程序模塊融合在參數(shù)信號的采集模塊中。此處不在贅述。 Y N Y Y 調(diào)用 6ms 延時子程序 N N 調(diào)用 12ms延時子程序 有鍵按下？ 判斷閉合鍵，鍵碼入棧保存 閉合鍵釋放否 鍵碼送累加器 返回 開始 有鍵按下？ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 36 頁 共 48 頁 結(jié) 論 通過本次蓄電池在線 系統(tǒng)的設(shè)計 ,我 收獲 頗多 。 在設(shè)計的過程中， 我 時時刻刻注意對每 一個設(shè)計內(nèi)容的檢查，反反復(fù)復(fù)查閱相關(guān)的資料， 確保制作成功。 從整體來說 ，本設(shè)計 是一個復(fù)雜的過程 ： 在硬件電路的設(shè)計過程中，要考慮使用什么器件才能實現(xiàn)該系統(tǒng)的功能 ， 在完成這個過程之后，還要考慮所使用的芯片是否合適、流行等問題 ； 在軟件編程過程中， 要考慮所設(shè)計硬件電路，要考慮選用芯片的功能、編程方法等 。 最重要的是 要考慮 整個設(shè)計方案的可行性和 實用性。 本次設(shè)計 采用單片機進行控制 ， 信號采集電路、 LCD 液晶電路、鍵盤輸入電路、聲光報警電路、 與上位機接口電路、 單片機最小系統(tǒng)電路 等組成。用單片機作為控制器 , 通過軟件的編程和硬件電路的相互配合 ， 完成蓄電池電壓、電流、溫度、剩余電量參數(shù)的測量，并且通過 LCD 液晶顯示電路和上位機接口電路 實現(xiàn) 參數(shù)雙重顯示輸出，當(dāng)參數(shù) 超限時，可產(chǎn)生 聲光報警。 能夠較好地對 蓄電池的工作狀態(tài)進行監(jiān)測。 本設(shè)計的的重點在電池參數(shù)的采集以及參數(shù)數(shù)據(jù)的輸出顯示， 難點在整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計，特別是單總線結(jié)構(gòu)芯片 DS2438 的編程，時序問題比較復(fù)雜。限于能力有限，系統(tǒng)編程未能完成， 系統(tǒng)的設(shè)計中 可能 還有 一些不妥之處 ， 對此我非常遺憾。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 37 頁 共 48 頁 致 謝 本論文 是在于靜老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。從論文的選題、研究內(nèi)容方案的確定到整個工作的進行以及最后論文的 整 個撰寫過程，于老師都親臨指導(dǎo)，提出意見并指正。在論文完成之時，特向于老師表示衷心的感謝和敬意。 在設(shè)計過程中，還得到了其他許多位老師的指點和無私地幫助，對他們的關(guān)心和熱心幫助， 特別是實驗室的老師，為我們提供電腦等設(shè)備，在此表示深深的謝意。同時，在我大學(xué) 的學(xué)習(xí)和生活 中，得到了同班很多同學(xué)的熱心關(guān)懷和無私幫助，也向他們表示深深的感謝！ 我還要感謝 我的 父母， 他 們一直是我堅強的后盾和信心的源泉，正是有了他們的理解、關(guān)心和大力支持，才使我得以順利完成學(xué)業(yè) ；是 他們給予了我克服一切困難、不斷開拓進取的決心和動力 ！ 最后衷心地感謝在百忙之中來參與評閱我的論文和參加答辯的各位 老師！ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 38 頁 共 48 頁 參 考 文 獻 1 李樹靖 .蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計 :[學(xué)位論文 ],天津大學(xué)， 2020 2 華丹 .蓄電池充放電監(jiān)測集成系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) :[學(xué)位論文 ],南京理工 大學(xué)，2020 3 Thomas James S,Edmonds Craig Noninvasive Battery Monitoring of Leadacid Storage Cells In Unattended Locations[A].IEEE International Communications and Energy Conference[C], IEEE,Piscataway 94Ch 34694:NJ, ,594601. 4 Mills,John of a battery monitoring system to VRLA batteries for Santa Barbarabus[A].Proceedings of the Annual Battery Conference on Applications and Advances[C].USA. 1998. IEEE, Piscataway, 98CH8299. NJ187190