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基于 Infineon XC2267M 的電池檢測系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2011-07-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言
電子科技迅猛發(fā)展,電子產(chǎn)品層出不窮,電池作為主要動力來源,其供電能力與安全可靠性日益受到關(guān)注。作為電池研發(fā)和生產(chǎn)階段不可或缺的環(huán)節(jié),傳統(tǒng)的性能測控人工依賴性高,檢測效率低,網(wǎng)絡(luò)、智能與自動化亦不能滿足現(xiàn)實的需求。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/194811.htm


本文所提出的已經(jīng)實現(xiàn)并應(yīng)用的解決方案能夠多路同步全程實時監(jiān)控電池的測試狀態(tài),先完成測試前PC端的監(jiān)測配置,通過RS485接口和CAN總線實時返回繼電器在線連接狀態(tài),再根據(jù)需求控制與測試項目類型相應(yīng)繼電器的開啟。監(jiān)測開始后,電池電壓、電流及溫度等信息實時傳輸?shù)娇刂剖业腜C上,可以通過靈活在線編輯的數(shù)據(jù)曲線反映測試量的變化趨勢,同時也可由記錄的歷史數(shù)據(jù)查看關(guān)鍵點的情況。

系統(tǒng)功能需求分析
根據(jù)現(xiàn)實需求,系統(tǒng)總體需要實現(xiàn)的功能有:
(1) 信號采集與控制線路完好性測試:電池測試項目有充電、標(biāo)稱短路、實測短路、過放放電、強(qiáng)制放電和放電保護(hù)等,測試前,能將反映實際硬件連接并與測試項目對應(yīng)控制電路完好性的繼電器信號以及測量儀表當(dāng)前值通過RS485和CAN反饋到PC監(jiān)控界面上。


(2) 測試安全便捷性與自動化:監(jiān)控界面應(yīng)有急停按鈕,在發(fā)生意外時通過控制急停繼電器能有效切斷測試線路,同時保存當(dāng)前測試狀態(tài)以便排除故障后恢復(fù)測試。測試前配置電池電壓、電流與溫度的限值,同時控制測試時間,在遇到突發(fā)情況或達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)時自動終止測試。


(3) 測試數(shù)據(jù)記錄與處理:由需求確定采樣時間間隔,數(shù)據(jù)以曲線形式實時顯示,坐標(biāo)時間與數(shù)據(jù)量程可自動動態(tài)調(diào)整以滿足觀察趨勢需要。數(shù)據(jù)實時存儲選擇效率高的二進(jìn)制文件形式,歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出回放有兩可選項:Excel表格與曲線形式。曲線可靈活編輯,如平移、局部放大縮小和多條曲線單顯與多顯等。另外光標(biāo)可跟蹤曲線移動并動態(tài)顯示數(shù)值。

系統(tǒng)硬件設(shè)計
如圖1所示,由系統(tǒng)功能需求分析知,該電池安全監(jiān)測系統(tǒng)可分為三部分,分別是數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層與位于用戶終端PC上的數(shù)據(jù)處理層。用戶通過單片機(jī)控制繼電器電路來啟動預(yù)設(shè)的測試項目,測量儀表實時顯示電池數(shù)據(jù),并通過RS485接口由單片機(jī)采集,然后采集單片機(jī)提取整合有效的電池實時數(shù)據(jù)經(jīng)由CAN總線傳輸?shù)絇C上。電池監(jiān)測軟件實時曲線顯示并存儲接收到的電池數(shù)據(jù),并與相關(guān)達(dá)標(biāo)歷史數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合比較,分析電池的可靠安全性。依靠層間通信協(xié)議,電池監(jiān)測系統(tǒng)的層模塊化設(shè)計提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性與可擴(kuò)展性。

圖1 電池安全項目測試系統(tǒng)總體設(shè)計框圖


本設(shè)計選用德國 Technologies公司推出的擁有增強(qiáng)C166SV2架構(gòu)的M單片機(jī),集成了電壓調(diào)節(jié)器和多種振蕩器,具有超低耗電的待機(jī)與操作模式。測量儀表選擇上海托克智能儀表有限公司的智能數(shù)顯表,帶有RS485串行通信接口,上下限報警繼電器輸出(250V/3A),測量頻率可達(dá)10Hz,可選量程隨測量數(shù)值動態(tài)自動切換。


1 繼電器電路控制
根據(jù)系統(tǒng)功能能夠需求分析,可知對單片機(jī)繼電器控制板的要求是測試前電池監(jiān)控電路完好性檢驗和測試結(jié)束或意外發(fā)生時及時有效切斷電路。


圖2為繼電器芯片控制電路圖,反映實際硬件連接并與測試項目對應(yīng)控制電路完好性的繼電器信號通過4#ST與5#ST經(jīng)由單片機(jī)IO口與CAN總線傳輸?shù)奖O(jiān)控界面上。然而由PC監(jiān)控端通過CAN總線發(fā)出的控制命令轉(zhuǎn)化為單片機(jī)輸出引腳的高低電平,再經(jīng)由繼電器芯片引腳4#Rly與5#Rly通過引腳4#Load與5#Load控制繼電器開合。

圖2 繼電器芯片控制電路圖


2 數(shù)據(jù)采集與傳輸
測量儀表與電池數(shù)據(jù)采集單片機(jī)通過MODBUS/RS485串口進(jìn)行通信,網(wǎng)絡(luò)工作方式設(shè)置為半雙工,通過控制單片機(jī)輸出引腳的高低電平觸發(fā)實現(xiàn),接口采用屏蔽雙絞線傳輸。RS485接口采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合,抗干擾能力強(qiáng),能實現(xiàn)多站點聯(lián)網(wǎng)高速率通信,并且接口信號電平低,不易損壞接口電路的芯片。


CAN(Controller Area Network)是一種具有國際標(biāo)準(zhǔn)同時性價比又較高的現(xiàn)場總線,是由德國Bosch公司為分布式系統(tǒng)在強(qiáng)電池干擾環(huán)境下可靠工作而開發(fā)的,該串行數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)能有效支持分布式控制和實時控制,硬件的錯誤檢定特性增強(qiáng)了其糾錯和抗干擾能力,高達(dá)1Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率使得實時控制得以輕易實現(xiàn)。CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu),具有多站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點,可在節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。


一個典型的CAN節(jié)點由帶有CAN控制器的MCU和CAN收發(fā)器構(gòu)成。CAN收發(fā)器建立CAN控制器與物理總線之間的連接,控制邏輯電平信號在CAN控制器和物理總線的物理層之間的傳遞。CAN控制器執(zhí)行CAN協(xié)議,用于信息緩沖和濾波。


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關(guān)鍵詞: Infineon 2267M 2267 XC

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