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类型基于can总线的蓄电池组检测传感器设计与实现.doc

  • 上传人:cjc2202537
  • 文档编号:237128
  • 上传时间:2018-03-24
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    基于can总线的蓄电池组检测传感器设计与实现.doc
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    1、基于 CAN 总线的蓄电池组检测传感器设计与实现现场|总线与网络技术FieidbusNelworkTechniquePLCF2006 年 1基于 CAN 总线的蓄电池组检测传感器设计与实现DesignandRealizationofaDetectiveSensorfortheStorageBatter?iesBasedonCANBus武汉理工大学自动化学院施三保ShiSanbao摘要:介绍了种带有 CAN 接口的蓄电池分布式采样传感器 .单片机检测到 24路蓄电池组单体电压和温度信号后,将数据打包并通过 CAN 总线实时地向上位机传送,以供上位机处理,分析,娃示和诊断等,系统可靠性强,控制电路

    2、简单,适用于各种蓄电池的监测维护系统关键词:蕾电池 CAN 总线 LPC935 传感器Abstract:AdistributivebatterydetectivesensorwithCANinterfaceiSproposed.Afterdetectingthevoltage,currentandtemporaryinformationofthestoragebattedes,theMCUpacksandsend“tothehostthroughCANbusrealtimc.Thehosthandles.assays.disptaysanddiagnosesthebatterieswimthe

    3、data.Thissystemisreliableandhassimplycontrolcircuit,andsuitableformanykindsofbatteriesdetectionsKeywords:StoragebakeryCANbusLPC935Sensor【中图分类号TP273【文献标识码B 文章编号 1606=5l23(20()6)O 卜007504l 引言随着通信,电子和能源技术的不断发展,蓄电池在民用和工业生产中应用越来越广泛,作用越来越重要.为保障控制系统持续稳定的运行,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就显得十分的有必要.蓄电池在直流电力系统中一般

    4、有浮充和充放充两种工作方式.如图 l 所示.浮充电工作方式中蓄电池组以并联方式接到整流装置输出端(直流负载输入端),保证不间断地向负载供电,主要用于固定场所 I 充一放一充工作方式般用于移动设备上,由于蓄电池组是由多块相同单体蓄电池串联而成,各单体蓄电池过充电,过放电或者放电不足均易圈 1 蕾电池组的两种工作方式引起电池故障,某个单体蓄电池的故障也会导致整个蓄电池组的故障及损坏.因此.必须通过在线实时检测蓄电池充放电各单体蓄电池的充放电电压,充放电时的温升,整个蓄电池组的充放电电流及充放电电压等参数,找出损坏或性能显着 l 降低的蓄电池,以保证直流电力系统稳定可靠 .因此.对于蓄电池组的检测应

    5、该采取分散采集,集中监控的方式.一般的检测采用的是 RS-232 或 RS-485总线,但由于其为主从方式总线,检测终端无法主动地向上位机发送数据.本系统设计了非主从方式的 CAN 作为蓄电池组的分步式采集总线,使得检测系统具有高可靠性,可扩充性和实时性等优点.2 系统的总体组成和工作原理2.1CAN 总线介绍【鞠CAN(ControllerAreaNetwork)是由德国 BOSH 公(PLCIFA)20Oe 年 1 月现场总线与网络技术FieldbusNetworkTechnique司为汽车的监测和控制系统设计的一款串行通信网络.CAN 总线可以多主方式工作不分主从,可以点对点,点对多点及

    6、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 5kbps 的方式通信距离最大可达 l0km,传输介质可用双绞线,同轴电缆或光纤,CAN 总线采用短帧结构,每帧为 8 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一.2.2 蓄电池检测系统总体设计系统的总体设计框图如图 2 所示.24 个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 CAN 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

    7、池的故障进行诊断和报警.图 2 蓄电池检测系统总体框图2.3 单体电池检测单元的设计电池单体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,CAN 总线接口和电源组成.该单元是基于 CAN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 CAN 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 3 所示:圈 3 单体电池检测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,模/数转换和隔离后,送入单片机,单片机将通过 CAN 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 12 位 A/D 转换器,采用

    8、周期小于 20ms.通过光电隔离于单片机连接.单片机采用低功耗,小体积 8 位单片机 LPC935.该单元用LED 指示工作状态 .通过带有串行接口的 CAN 控制器与单片机连接,CAN 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 Dc/DC 模块电源.2.4 检测系统的工作原理分析各个检测单元将检测到的电流,电压和温度数据按CAN 总线规范存储到 CAN 缓冲区,并启动发送命令将数据发送到 CAN 总线上,这些数据通过 CAN 总线向上位机进行发引.上位机的 CAN 控制器将接收到的数据存储在缓冲器中,向上位机的 CPU 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,

    9、将其转化成电压,电流和温度信号显示出来,同时还对这些信号进行一定的分析和诊断,若发现有异常情况,则发出警告信息(蜂鸣器响 ,红灯亮).3 单体检测单元节点电路的设计【63.1 温度采集电路由于蓄电池的工作性能与温度有很大的关系,所以有必要采集到蓄电池的温度信息.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 A/D 转换并送到单片机,然后发送到 CAN 总线上.其温度采集电路如图 4 所示.其中运放 Al 提供一个恒压,电阻 R3,R4,R6 和热敏电阻 R5 组成一个桥路,经运放 A2 后差分输出.图 4 温度采样电路3.2 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

    10、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.经运放后输入单片机.其电路结构如图 5 所示.电压采样电路采用线性光耦隔离芯片 TIL300,输入电压变化转化为电流变化,其内部呈现如下线性关系:.=,=(设 K,=鲁)(1)由组成的反馈回路可以得,输入电压与输出电压之间现场总线与网络技术图 5 电压采样电路的线性关系为:丝:一 K3R 一,f21IplxRxKIRXRI电流采样电路与电压采用电路结构类似,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.3.3 单片机与 CAN 总线连接电路本系统的单片机选用为增强型 51 单片机 LpC935,LPC932 通过 SP

    11、I 总线与 CAN 控制器 MCP2510 连接,经过高速光电隔离器 6N137 后连到 CAN 收发器 82C250 上.82C250 连接在 CAN 总线上,实行差分发送和差分接收【.具体电路图如图 6 所示.4 系统通信软件的编制系统软件包含自检程序,数显程序,滤被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 3 部分构成,即初始化程序,发送程序(PLCR006 年 1和接收程序.4.1 初始化程序初始化程序包括单片机 LPC935 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 CAN 控制器初始状态的设置等.

    12、通过对 CAN 控制器控制段中的寄存器写入控制字,从而确定 CAN 控制器的工作方式.本系统采用的 CAN 控制器为 MCP2510,在系统复位模式下 ,单片机 LPC935要对 MCP2510 完成寄存器操作 ,写接收代码寄存器与接收屏蔽寄存器,确定节点要接收的信息 ID;写总线定时寄存器,确定总线通讯波特率,写输出控制寄存器,选择正常输出控制模式.4.2 发送程序数据从 MCP25l0 发送到 CAN 总线是由其自动完成的.LPC935 发送的过程是:(1)编辑所发送信息的标识 ID,然后将帧信息存入外部数据存储器之中.(2)LPC935 开始查询 CAN 控制器的状态寄存器的传输缓冲区状

    13、态标志位,若为 0.则将信息写入 MCP25l0的发送缓冲区之中.而后置命令寄存器 TC 位为 l.发送该信息.4.3 接收程序CAN 控制器自动完成信息从 CAN 总线到 CAN 接收缓冲区的传递,LPC935 接收程序只需从接收缓冲区读取要接收的信息即可.MCP2510 每成功地接收 1 帧信息 ,图 8 单片机与 CAN 总绒连接龟路固(下转第 9 页)综述曼【星 Y 宝!曼.2779090071516IR=I2202o01o156012Il20406600009IJJ(3)根据标准积分公式所确定的各种故障原因的标准积分是:Is=40;,邑=25;,舌=9(4)根据故障现象诊断故障原因故

    14、障现象是:不充电(P),断开分电器触点,闭合点火开关,电流表指示放电“2A“左右(P),拆下发电机“ 电枢 “线后 ,试灯接发电机 “电枢“和“ 铁芯“, 灯不亮 (P).根据实际积分公式,由现象确定的各种故障原因集实际积分是:Ic=18Ic=4Ic1=6确定各隶属函数如下:q(X)=0.45;(X)=0.16;c|(X)=0.67(5)诊断结果maX#c,岛)=/.tc,(X)=0?67这里取阀值入;0.5,因此,故障原因 c3(即外充线路断路故障)为诊断结果.然后按照该结果寻找充电线路的相关故障元件.从而界定了故障范围.提高了诊断效率.(上接第 77 页)就把该信息存入内部的 FIFO 中

    15、,并产生接收中断.LPC935 响应中断后 ,将 FIFO 内的信息读人外部 RAM 中,然后再释放该信息所占用的 MCP25l0 缓冲区.5 结束语本文介绍了一种基于 CAN 总线的分步式蓄电池检测系统.本系统实时性好,检测精度高,易于扩展,抗干扰性好,适用性强.此外,为了对蓄电池的过充电和过放电进行保护,可以增加温度补偿电路.随着蓄电池使用的不断广泛,蓄电池的检测与维护技术将是电源技术研究的一个热点,基于 CAN 总线的分步式蓄电池检测系统有着十分明显的优点和实际应用价值.PLCFA)2006 年 1 月5 结束语通过理论分析和实际问题的解决过程可以得出运用智能化理论是能够建立实用系统的结

    16、论.故障诊断数学化是完全可行的,内燃机电站的计算机辅助故障诊断案例提供了一条可行的企业生产设备管理重要技术途径.系统可以大大缩短故障诊断时间,使维修专家的经验和方法的智能性得到更充分的发挥.计算机辅助故障诊断是机组维修科学化和现代化的基本途径之一,是提高故障诊断速度和准确度,缩短维修人员培训时间的有效方法之一.在编制计算机程序时,由于能够把许多维修专家的经验综合考虑,各种故障原因可分得很细(直至元件级),所以判断结果可能比单个专家更为理想.模糊控制在故障诊断中的应用重点和难点是关系矩阵R 的确定 ,这主要依赖于对已有现象的经验总结,但对于新现象,就会无能为力.采用机器学习与专家推理相结合的方法

    17、可以成为解决新问题的又一条途径.现在研究成果很少,迫切需要行业人士的参与和研究.参考文献(略)作者简介李东(1964 一) 女工程师研究方向:电气仪表技术.电动汽车蓄电池管理系统.机电一体化,2004(5)【2】饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线 CAN 原理与应用.北京:北京航空航天大学出版社 2003(6)【3】吕勇军.具有 CAN 总线接口的蓄电池在线监测装置.中国仪器仪表,2001(1)【4】彭和平,江正战.智能型铅酸蓄电池充电器的设计与实现.电子技术应用.2001(12)【5】杜鹏程,董强.通信电源系统的蓄电池维护方案.电力系统通信,2004(11)【6】王树根,丁志杰.分布式蓄电池智能节点设计.电子设计应用,2004(9)作者简介参考文献施三保(1980 一)男硕士研究生研究方向:智能控制1】马建新 ,李青松,龚元明,朱建新.基于 CAN 总线的理论与应用.

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