新能源電車電池組健康檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要目前隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展與進步在我國經(jīng)濟發(fā)展的過程當(dāng)中開始出現(xiàn)了能源緊缺問題，因此針對這種現(xiàn)狀，我國開始大力發(fā)展新能源技術(shù)利用新能源電動車能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目的新能源電動車系統(tǒng)在進行工作的過程當(dāng)中，需要對電動車進行電能充電，由于目前國內(nèi)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此各個新能源廠家都有著自己的充電協(xié)議以及自己的充電接口，質(zhì)量也是參差不齊，在進行充電的過程當(dāng)中，如果遇到質(zhì)量較差的充電器，有可能會導(dǎo)致充電發(fā)熱，進而會引發(fā)火災(zāi)問題，為了能夠解決在充電過程當(dāng)中所遇到的安全性問題，因此需要設(shè)計一款基于電動車的電池檢測系統(tǒng)，通過對該系統(tǒng)的設(shè)計，使其能夠滿足使用需求，該系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的電池溫度，并且能夠根據(jù)溫度自動關(guān)閉充電系統(tǒng)，當(dāng)溫度較高的時候?qū)M行斷開充電回路，以保證電池使用的安全性，同時能夠檢測故障并且能夠保證充電的安全性。關(guān)鍵字：電池溫度；單片機；電車安全；ABSTRACTAtpresent,withtherapiddevelopmentandprogressofChina'seconomy,therehasbeenanenergyshortageproblemintheprocessofeconomicdevelopment.Therefore,inresponsetothissituation,Chinahasbeguntovigorouslydevelopnewenergytechnologiesandusenewenergyelectricvehiclestoachievethegoalofenergyconservationandemissionreduction.Thenewenergyelectricvehiclesystemneedstochargeelectricvehiclesduringtheprocessofwork,asthereiscurrentlynounifiedstandardinChina,Therefore,eachnewenergymanufacturerhasitsownchargingprotocolandcharginginterface,andthequalityisalsouneven.Duringthechargingprocess,ifalow-qualitychargerisencountered,itmaycauseheatingduringcharging,whichcanleadtofireproblems.Inordertosolvethesafetyissuesencounteredduringthechargingprocess,itisnecessarytodesignachargingpiledetectionsystembasedonelectricvehicles,thesystemcanautomaticallyshutdownthechargingsystembasedonthecollectedtemperatureofthechargingstation.Whenthetemperatureishigh,thechargingcircuitwillbedisconnectedtoensurethesafetyofthechargingstationanddetectfaults.Atthesametime,thesystemalsorealizesthefunctionofwirelessnetworking.Keywords:batterytemperature;microcontroller;electricsafety;目錄第一章緒論 第一章緒論1.1設(shè)計目的及意義隨著汽車尾氣排放對空氣質(zhì)量的不斷惡化，全球科學(xué)家正努力開發(fā)出更加環(huán)保的新能源汽車。這些新能源汽車采用電動技術(shù)，可以通過動力電池提供能源，實現(xiàn)零污染、零排放，成為當(dāng)今傳統(tǒng)汽車的完美替代品[1]。除了減少污染物的排放，電動汽車的安全性、穩(wěn)定性和控制性都遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)燃油汽車[2][3]，大多數(shù)電動汽車都配備了先進的動態(tài)控制系統(tǒng)，使得它們更具有可靠的操縱性和更高的可靠性；隨著技術(shù)的進步，電動汽車的能源結(jié)構(gòu)變得越來越豐富，它們不僅能夠從太陽能、風(fēng)能、抽水蓄能等多種能源中獲取動力，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)極大的能源效率[4]；此外，它們還擁有零排放、零污染的特點，使它們成為一種能源清潔型汽車。如果采用太陽能、水力發(fā)電等清潔能源作為動力電池，那么它們的污染物排放量將會大大降低。由于這個原因，電動汽車的發(fā)展對于保護我們的環(huán)境具有重要意義[5]。盡管全球范圍內(nèi)正在努力推動電動汽車的發(fā)展，但由于目前動力電池技術(shù)尚未完全成熟，以及充電設(shè)施尚未完善，加上充電時間較長，這些因素導(dǎo)致了純電動汽車的實際行駛里程無法滿足要求[6]，從而阻礙了它的廣泛應(yīng)用。一個重大挑戰(zhàn)是如何推廣電動汽車，這種汽車的一次充電可能會耗費更多的時間，而且它的零部件研發(fā)成本很高[8]，性能和效率都很差。此外，電動汽車的動力電池技術(shù)尚未完全成熟[1]，也有許多潛在的問題。近年來，電動汽車的快速發(fā)展，經(jīng)過大量的實驗、測試和仿真分析，我們已經(jīng)建立了一個完整的電池等效電路模型，從而為電池的廣泛使用提供了有力的支持。然而，由于外界環(huán)境條件的變化，電池的電性能也會隨之改變[8]，從而導(dǎo)致電池的老化，從而降低它們的使用壽命。由于電池組的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其內(nèi)部的單體電池的老化情況存在差異，這將影響其正常運行。為了保證其正常運轉(zhuǎn)，必須精確評估其單體電池的健康狀況[9]，并且實時監(jiān)控其各種性能指標(biāo)和狀況，以便更好地保障其正常運行。本次系統(tǒng)在進行設(shè)計的過程當(dāng)中，主要針對于電車充電系統(tǒng)進行相應(yīng)的電能管理，在進行管理的過程當(dāng)中，主要分為兩部分，分別為安全管理以及操作管理，安全管理方面主要是能夠利用溫度傳感器系統(tǒng)進行采集充電樁的溫度，利用溫度分析充電樁的狀態(tài)，當(dāng)充電樁發(fā)生異常時，其溫度將會快速的升高，因此在該種情況下，為了能夠保證充電的安全性，則需要系統(tǒng)能夠降溫，在溫度繼續(xù)升高時快速的斷開充電回路。同時使用蜂鳴器報警裝置對故障信息進行報警，以提醒相關(guān)工作人員進行處置。在操作模式下該系統(tǒng)則是能夠通過按鍵以及手機操作的方式進行發(fā)送相應(yīng)的控制指令使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動報警的功能，該系統(tǒng)在進行研究的過程當(dāng)中具有較高的研究意義，并且能夠廣泛應(yīng)用于社會當(dāng)中的小區(qū)當(dāng)中，得到大范圍的推廣。1.2國內(nèi)外發(fā)展情況1.2.1國外研究現(xiàn)狀電池管理技術(shù)在新能源汽車中扮演著至關(guān)重要的角色，它可以幫助我們降低成本并充分發(fā)揮電池的潛力。盡管目前這項技術(shù)尚未完全成熟，但全球電動汽車制造商都在努力推進這項技術(shù)的發(fā)展[10]。美國早期的Sub-I們對于電池管理系統(tǒng)的硬件、結(jié)構(gòu)及其對應(yīng)的電池狀態(tài)估算做出了重要貢獻，他們把這個系統(tǒng)劃分成兩個部分：一個是ECU，它負(fù)責(zé)收集、處理和控制信號；另一個則是EQU，它負(fù)責(zé)維護電池的平衡[11]，從而提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。隨著技術(shù)的發(fā)展，基于微電路的電池管理系統(tǒng)已經(jīng)成為一種極具效率的解決方案，它不僅可以提供更高的采樣頻率和更精確的采樣精度，而且還可以大大降低設(shè)計和制造的復(fù)雜性。O2Micro公司的OZ8930、OZ8940鉛酸電池管理芯片、凌力爾特的LTC6802/LTC6803和德州儀器（TI））公司的bq，均為我們的高性價比產(chǎn)品，可以滿足客戶的各種電池管理需求，同時也為用戶提供更加可靠、可靠的電池管理解決方案。GregoryL.是一位來自科羅拉多大學(xué)的杰出學(xué)者。Plett和nasserh.等美國科學(xué)家利用卡爾曼濾波器和無跡卡爾曼濾波器[12-13]，以及模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和其他智能算法，對電池NasserH.進行了準(zhǔn)確的評估，并且可以精確地確定電池模型的參數(shù)，從而為電池行業(yè)帶來了重大的突破。Kutkut[14,15]，來實現(xiàn)電池的成組后均衡控制，并且提出相應(yīng)的策略來實現(xiàn)這一目標(biāo)[16]。日本汽車制造商豐田汽車公司已經(jīng)研制了用于混合動力汽車的先進電池管理技術(shù)[17]，而韓國Ajou大學(xué)和InstituteforAdvancedEngineering研究院的研究人員則利用實時監(jiān)測技術(shù)，研究電池SOC如何受到環(huán)境變量，如老化、溫度變化以及自放電的影響，以提高汽車的可靠性和安全性。使得其SOC估算的準(zhǔn)確性達到3%以上，從而極大地改善了汽車的性能和可靠性。BOSCH公司的CAN總線通信協(xié)議在汽車領(lǐng)域得到了普遍的采用，但德國的A.Jossen和V.Spath卻開發(fā)出一種新的自動化技術(shù)，它能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測SOC和SOH，從而大大減少由于長時間使用所產(chǎn)生的累積誤差。從而極大地提升了估計的準(zhǔn)確性[18]。由于動力電池管理系統(tǒng)（BMS）的技術(shù)非常復(fù)雜，涉及到電子、通信、電力和控制等多個領(lǐng)域，因此在目前的研究中，國外主要從以下幾個方面對BMS進行研究：一是在電池管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計上，如電池充放電電路、電流采集電路等；二是在電池管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計上，如電池電壓采集電路、安全保護電路等；三是在電池管理系統(tǒng)的仿真上，如電池充放電仿真、動力電池組充放電仿真等。1.2.2國內(nèi)發(fā)展情況005隨著技術(shù)的不斷進步，北京理工大學(xué)、湖南神舟科技股份有限公司、北京有色金屬研究總院等一批重要研究機構(gòu)，憑借其出色的技術(shù)實力，為中國的電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐，大大促進了電池管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)。近年來，科學(xué)界和汽車行業(yè)的企業(yè)們積極探索電池管理技術(shù)[19]，北京交通大學(xué)、清華大學(xué)、中科院電工所等科研機構(gòu)和企業(yè)紛紛投入大量資源，開發(fā)出各式各樣的電池管理系統(tǒng)，以滿足消費者的日益增長的電池需求。深圳派斯司德科技有限公司、哈爾濱冠拓電源、安徽力高新能源以及惠州億能電子有限公司的努力，使得它們在電動汽車行業(yè)取得了巨大的成就，為客戶提供了卓越的電池產(chǎn)品與服務(wù)。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，我們的電池管理系統(tǒng)不僅擁有先進的熱管理、充放電控制、安全保障和通信功能[20]，而且其主要技術(shù)指標(biāo)也達到了國際最高水準(zhǔn)。然而，目前我們?nèi)匀淮嬖谥^大的差距，尤其是在集成度、采樣精度和制造工藝方面。鋰離子電池已成為當(dāng)今最受歡迎的電源之一，它擁有極高的能量密度、持久的使用壽命以及極低的自放電率。隨著技術(shù)的不斷進步，鋰離子電池以其出色的特性，已被公認(rèn)為是新能源汽車的最佳驅(qū)動力，并被普遍應(yīng)用于多個行業(yè)。當(dāng)前，中國正大力發(fā)展新能源汽車，其中以鋰離子電池最受歡迎，它們可以被劃分為兩大類：一類是普通的鋰離子電池；另一類是鎳氫電池。鎳氫電池具有高能量密度和安全性，并且可以持續(xù)循環(huán)使用，但是由于其制造成本較高，因此不太適合大規(guī)模應(yīng)用。盡管鋰離子電池?fù)碛谐錾哪芰棵芏群涂煽康难h(huán)壽命，但它們的價格也不菲，而且在使用過程中還存在著可能引起爆炸的風(fēng)險。電動汽車正在成為新能源領(lǐng)域的一個熱門話題。電動汽車的應(yīng)用，使得動力電池能夠提供更多的能量來源，同時也為汽車的安全性能提供了有力的保障。因此，研究新能源汽車動力系統(tǒng)的核心是動力電池及其管理系統(tǒng)。鋰離子動力電池是電動汽車的動力電源系統(tǒng)核心，而電池管理系統(tǒng)（BMS）則是鋰離子動力電池組安全運行的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，BMS技術(shù)是國內(nèi)外研究最多、應(yīng)用最廣、發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。1.3本文研究內(nèi)容本次論文在進行設(shè)計的過程當(dāng)中，針對于電動充電問題進行了相應(yīng)的設(shè)計管理，由于電動在進行充電時，可能會遇到不同的現(xiàn)狀例如由于電車容量的不同而導(dǎo)致充電電壓的不同以及電視容量的不同導(dǎo)致充電時間的不同，在進行充電時還有很多的因素將會影響充電的安全性，當(dāng)出現(xiàn)異常的時候，例如電磁電流過大有可能會導(dǎo)致線路發(fā)生高溫現(xiàn)象，則在高溫下很容易引發(fā)事故現(xiàn)象，同時在進行檢測的過程當(dāng)中還需要進行檢測溫度利用溫度來進行判斷，火災(zāi)是否發(fā)生當(dāng)溫度升高時該系統(tǒng)能夠自動斷開外部的充電回路，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動閉合的功能，在手動模式下，該系統(tǒng)能夠通過按鍵的方式進行開關(guān)，系統(tǒng)當(dāng)中的，控制裝置同時也能夠利用按鍵的形式，進行充電的開啟以及關(guān)閉可以實現(xiàn)對充電安全溫度閾值的設(shè)定，具有較高的靈活性，在系統(tǒng)設(shè)計時還實現(xiàn)了遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)通信功能，將所設(shè)計的功能，單元與物聯(lián)網(wǎng)模塊進行連接，怎樣實現(xiàn)無線通信的功能，在使用無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊的時候，只要能夠降下微機系統(tǒng)與上位機之間建立起通信連接，以便信息的上發(fā)以及下達,對于電動車控制系統(tǒng)的使用來說，既有較為重要的研究意義，不僅能夠在一定程度上保護充電的安全性，同時也能夠極大的促進電車行業(yè)的快速發(fā)展。第二章系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1系統(tǒng)功能概述本次設(shè)計是一個高效、可靠、安全的解決方案，其主要應(yīng)用在電動車電池充電的過程中，保證充電過程的監(jiān)測和控制。這個系統(tǒng)非常實用，并且可以在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它的設(shè)計可能會對社會的發(fā)展和生活造成巨大的影響。該系統(tǒng)的成功研究和推廣將實現(xiàn)高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。為滿足技術(shù)指標(biāo)要求，需要完成以下幾項：首先，該系統(tǒng)需要具備高效的充電功能。通過充電電流和電壓的穩(wěn)定控制，確保電池充電的速度和效率，同時避免過充或欠充現(xiàn)象的發(fā)生。其次，系統(tǒng)需要具備監(jiān)測和控制功能。可以實時監(jiān)測電池的狀態(tài)和充電過程，并及時調(diào)整控制參數(shù)，以確保充電過程的安全、穩(wěn)定和高效。第三，系統(tǒng)需要保證安全性。采用多層安全保護機制，包括過壓保護、過流保護和短路保護等，確保電池充電過程中不會發(fā)生危險和事故。第四，系統(tǒng)還需要具備易用性和可靠性。通過簡單的操作和參數(shù)調(diào)整，我們能夠確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而使其能夠長期運行并得到廣泛的應(yīng)用。該基于單片機的電動車充電電能系統(tǒng)具有重要的實用價值和廣泛的應(yīng)用前景。在技術(shù)指標(biāo)的要求下，系統(tǒng)通過高效充電、監(jiān)測和控制、安全保護以及易用性和可靠性等多方面的優(yōu)化，最終實現(xiàn)高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。通過需求分析，我們將深入探討基于藍(lán)牙的電車檢測系統(tǒng)的設(shè)計和實施，包括硬件、軟件、實施和測試，并著重介紹各個功能模塊的設(shè)計思路和實施方法，同時也將對關(guān)鍵技術(shù)和部分源代碼進行詳盡的闡述。這個系統(tǒng)的核心目標(biāo)是實現(xiàn)以下幾項重要任務(wù)：1.通過采用電壓互感器，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的電壓，從而判斷充電系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，該裝置將自動斷開充電回路，以確保電力供應(yīng)的安全性和可靠性。2.這個充電系統(tǒng)具有監(jiān)測溫度和濕度的功能，如果發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)超出了預(yù)先設(shè)定的范圍，它會發(fā)出自動報警。3.能夠通過電流互感器監(jiān)測充電過程中的電流狀況，當(dāng)系統(tǒng)的電流過小時能夠自動斷電，起到智能充電的功能。4.采用火焰檢測傳感器檢測是否出現(xiàn)火災(zāi)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到火災(zāi)時自動斷電處理。5.使用液晶顯示器完成數(shù)據(jù)顯示功能，將采集的電壓電流，溫度顯示到液晶顯示器中，同時能夠輸入?yún)?shù)信息，設(shè)定不同的報警。2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電車充電繼電器220V交流電電車充電繼電器220V交流電上位機設(shè)計報警系統(tǒng)充電溫度模塊控制器電壓曲線上位機設(shè)計報警系統(tǒng)充電溫度模塊控制器電壓曲線電壓采集電壓采集藍(lán)牙通信藍(lán)牙通信電流曲線電流采集電流曲線電流采集液晶顯示屏火焰液晶顯示屏火焰圖2.1系統(tǒng)模塊分布圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示，本系統(tǒng)主要由電源模塊、采集模塊、通訊模塊、顯示模塊、上位機等組成。電源模塊：主要用于為整個電池組提供穩(wěn)定的電壓和電流，它是整個系統(tǒng)的核心。該模塊由一臺直流穩(wěn)壓電源和一臺直流電源組成，由它對整個電池組進行供電。采集模塊負(fù)責(zé)將電池組的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過連接線將其傳遞給上位機，從而實現(xiàn)對整個電池組的監(jiān)控。通訊模塊：該模塊負(fù)責(zé)將采集到的信號進行傳遞，本系統(tǒng)采用藍(lán)牙通信進行數(shù)據(jù)傳輸。顯示模塊負(fù)責(zé)將采集到的電信號和數(shù)據(jù)以圖形或動畫的形式顯示出來。在顯示過程中，可以通過屏設(shè)置參數(shù)、修改參數(shù)，也可以將參數(shù)存儲為文本文件以便隨時查詢。上位機：上位機負(fù)責(zé)接收來自系統(tǒng)的命令，并將命令通過數(shù)據(jù)線發(fā)送給各個采集節(jié)點。主要完成對整個系統(tǒng)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、查詢等功能?？傊?，電池組健康檢測系統(tǒng)的任務(wù)是對整個電池組進行監(jiān)測和管理，從而有效地保證電池組的正常運行，確保電池在使用過程中的安全性。同時，系統(tǒng)可以根據(jù)不同的客戶需求提供多種功能選項，如電壓電流采集、數(shù)據(jù)存儲、告警提示等。2.2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)不同的需求選擇了不同的采集方式，如：1.電壓檢測：由于電池組內(nèi)部各單體電池之間的電壓不平衡，因此需通過電壓檢測來判斷電池內(nèi)部單體電池的健康狀態(tài)。2.溫度檢測：由于電池組在工作過程中會產(chǎn)生熱量，因此需要對電池組進行溫度檢測，以便及時了解整個電池組的溫度情況。3.剩余電量檢測：由于電池組內(nèi)各單體電池之間存在著不平衡問題，因此還需要對電池組進行剩余電量檢測，以便及時了解電池組的剩余電量。在不同的監(jiān)測場景下，采集方式也不相同。比如在對多節(jié)電池進行監(jiān)測時，為了保證對整個電池系統(tǒng)的監(jiān)控效果，就需要將多節(jié)電池進行組合成組后再進行監(jiān)測。因此本系統(tǒng)采用了“串行通信”的方式。2.2.2數(shù)據(jù)存儲該系統(tǒng)將采集來自多個采集節(jié)點的電壓和電流信息實時傳輸至中央存儲器。通過濾波處理后，各采集節(jié)點的數(shù)據(jù)以藍(lán)牙方式傳輸至上位機，并通過USEART接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。上位機可以將數(shù)據(jù)存儲在多種不同的存儲方式中，包括文本、圖形等，以滿足用戶的多樣化需求。在上位機中，可對各個采集節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)進行存儲，同時也可以通過藍(lán)牙模塊將各個采集節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)上傳至上位機。這樣不僅能夠節(jié)約存儲空間，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而達到數(shù)據(jù)共享的目的。在本系統(tǒng)中，各個采集節(jié)點需要實時接收上位機下發(fā)的命令并將其以文本形式保存在本地。這樣既能保證采集到的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，也能保證上位機能夠?qū)崟r監(jiān)控到各個采集節(jié)點的工作情況。在上位機上，可以選擇不同的存儲方式對各個采集節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)進行存儲。同時也可以對數(shù)據(jù)進行查詢，查看每個采集節(jié)點和上位機之間的連接情況、電池剩余電量情況、各參數(shù)報警狀態(tài)等。通過統(tǒng)計分析，我們可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖表和文本，從而更好地理解和掌握信息。2.3系統(tǒng)的組成電池健康檢測系統(tǒng)主要由三部分組成，分別為測控單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)分析單元。測控單元采用工業(yè)級芯片，可以實時監(jiān)控電池組的電壓、電流、溫度等參數(shù)。數(shù)據(jù)采集單元采用多路同步采集，可以實現(xiàn)多個單體電池電壓和電流的同步采集，并且具有抗電磁干擾和抗干擾能力強等優(yōu)點。數(shù)據(jù)分析單元采用先進的數(shù)據(jù)分析方法，可以實現(xiàn)對電池組的狀態(tài)信息進行全面的監(jiān)測和分析，并對電池進行有效地管理。1.作為系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，測控單元可以實時監(jiān)測電池組的電壓、電流、溫度等狀態(tài)，而且可以通過USART接口將這些信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊，從而實現(xiàn)對電池組的遠(yuǎn)程管理。2.這個模塊旨在監(jiān)測電池的電壓、電流和溫度，以確保它能夠穩(wěn)定地工作。通過實時采集單體電池的電壓和電流信息，可以及時了解到電池健康狀況的變化情況。3.數(shù)據(jù)分析單元能夠?qū)﹄姵亟M健康狀況進行全面監(jiān)測和分析。此外，我們可以通過研究電池的電壓、電流和溫度等特性來有效地控制和管理整個電池組。2.3.1測控單元測控單元是電池健康檢測系統(tǒng)的核心部分，它負(fù)責(zé)采集電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。測控單元還能將采集到的參數(shù)通過USART接口上傳至數(shù)據(jù)采集模塊，然后通過數(shù)據(jù)分析單元對電池組進行管理。測控單元主要由下位機和上位機兩部分組成。下位機包括傳感器、電壓互感器、溫度傳感器、繼電器驅(qū)動模塊和藍(lán)牙通信模塊。其中，藍(lán)牙通信模塊為無線通信模塊，它的作用是將采集到的數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)缴衔粰C中。上位機由上位機軟件labview組成。上位機的核心功能是為用戶提供便捷的操作體驗，并且支持對電池的管理。該用戶管理模塊旨在幫助用戶管理其個人信息，包括授予權(quán)限、登錄賬號以及更新電池健康狀態(tài)。2.3.2數(shù)據(jù)采集單元該系統(tǒng)使用4個轉(zhuǎn)換器，可以同步測量每個單個電池的電壓和電流。采樣頻率為30kHz，采樣精度為±0.1%F.S。同時，將采集到的數(shù)據(jù)通過USART接口傳輸至數(shù)據(jù)分析單元。使用8位ADC技術(shù)，我們的數(shù)據(jù)采集單元能夠同時監(jiān)控多個單體電池的電壓和電流，并且能夠同時測量8個電壓通道和8個電流通道，其采樣頻率高達30kHz。采用DHT11作為溫度傳感器，可以獲得更高的精度和穩(wěn)定性，從而更準(zhǔn)確地測量出環(huán)境溫度。DHT11是一款先進的數(shù)字溫度傳感器，它具有出色的精度和抗干擾能力，并且具有極大的線性范圍，可以滿足各種應(yīng)用場景。2.4系統(tǒng)模塊介紹2.4.1控制器圖2.2STM32實物圖這套系統(tǒng)采用的是STM32F103C8T6芯片,這個單片機處理器在使用的過程中處理速度大大提高,在設(shè)計芯片的過程中主要是ARM內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單片機處理器在使用過程中,運算能力非常強。外置設(shè)計時,這款單片機處理器總共保留了40個外置引腳。供電過程中采用5伏伏兩種供電方式。單片機支持嵌入式開發(fā),可使用多線程開發(fā)裝置,對外部具有外引腳供電方式的單片機系統(tǒng)進行相應(yīng)的程序設(shè)計。在采用這種供電方式時,輸入的電量波動小是需要保證的。第一,單片機可以穩(wěn)定工作。同時,單片機還支持低功耗模式,在單片機進入低功耗模式時,單片機可以在外部輸出停止的同時大大降低系統(tǒng)的功耗,但電動機內(nèi)部的寄存器會工作,當(dāng)外部產(chǎn)生觸發(fā)條件時,會使單片機迅速進入工作狀態(tài)。這種芯片提供了更多的工作方式和更多的硬件資源,比如可以在芯片內(nèi)部使用AD采集通道和DA輸出控制的單片機,以多窗口的形式對外溝通。2.4.2溫濕度模塊圖2.3溫濕度傳感器DHT11由于溫度的測量是新能源電車健康檢測系統(tǒng)的重要內(nèi)容，因此，需要對電池組的溫度進行實時監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)電池組工作不正常情況。如圖2.3,在設(shè)計過程中，采集溫度采用DHT11溫濕度感應(yīng)器。這款溫濕度傳感器在使用的過程中傳感器中有兩個功能,一個是溫度的采集,可以根據(jù)溫度的變化實時采集溫度值;另一個是可以進行濕度的采集,也可以通過外界的濕度變化進行采集,這兩個采集單元在應(yīng)用的時候,可以對環(huán)境中的溫度和濕度進行實時的轉(zhuǎn)換,這兩個采集單元可以根據(jù)溫度的變化實時采集并且能夠在完成轉(zhuǎn)換后利用待遇來應(yīng)對。以數(shù)位數(shù)量型輸出,主要采用單位數(shù)位總線技術(shù)進行輸出時與單片機之間的輸出。這種技術(shù)在進行通訊時,可以使通訊的數(shù)據(jù)連接大大降低,同時也可以使通訊傳輸速度更快的系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提高，在進行檢測的時候，該模塊其檢測范圍也比較廣。為了實現(xiàn)電池單體的溫度測量，需要對4~20mA電流進行放大處理。ADI公司的DHT11溫度傳感器接口電路采用了雙級放大技術(shù)，以提供更高的精度和更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。通過低通濾波電路，在第一級放大電路中，將4~20mA電流信號進行精確的濾波處理，以獲得更高的信號質(zhì)量，最終將其輸入ADI公司的DAC8583芯片中。在DAC8583芯片中，使用了1個RST觸發(fā)器和1個高增益放大器（HGA）來實現(xiàn)放大處理功能。其中，低通濾波器可以抑制由電池電壓波動造成的高頻干擾信號；而高增益放大器則可以提高DHT11溫度傳感器測量精度。在硬件電路設(shè)計過程中，采用了電流反饋控制電路來控制放大電路的增益。這種方法能夠有效避免由于電池電壓波動造成的測量結(jié)果誤差。在數(shù)據(jù)采集過程中，通過DAC8583芯片來實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的采集。2.4.3AD采樣模塊“Analog-to-DigitalConverter”,ADC的縮寫。通過使用數(shù)字信號，單片機可以有效地將復(fù)雜的模擬信號轉(zhuǎn)化為易于處理和分析的數(shù)據(jù)。在單片機中，ADC模塊通常有多個輸入通道。每個通道可以輸入不同的模擬信號。ADC模塊能夠從輸入信號中提取出有用的信息，并將其轉(zhuǎn)換為高精度的數(shù)字信號。經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)將被存儲于單片機的內(nèi)部，以便于進行進一步的計算和處理。ADC模塊的精度可以通過它所能捕捉的最低電壓波動來衡量。通常，分辨率越高，轉(zhuǎn)換器就越精確。因此，較高的分辨率對于需要高精度測量的應(yīng)用程序非常有用。ADC模塊的精度是指轉(zhuǎn)換器的實際精度。精度受到諸如運放和參考電壓之類的電路元件質(zhì)量的影響。因此，精度是確保ADC模塊輸出準(zhǔn)確且重復(fù)性好的關(guān)鍵屬性之一。2.4.4液晶顯示器模塊圖2.4液晶顯示器OLED1.OLED簡介OLED顯示屏是一種高清晰度、低功耗、高對比度的顯示屏。它由有機發(fā)光二極管組成，能夠在非常低的電壓下工作，因此非常適合為嵌入式設(shè)備提供顯示功能。OLED顯示屏通常有幾個接口，包括串行通信、并行通信、SPI和I2C等。在使用單片機時，通常使用SPI或I2C接口來連接OLED顯示屏。2.OLED的優(yōu)點(1)成本低：相比傳統(tǒng)的LCD屏幕，OLED屏幕的價格逐漸降低，而且OLED屏幕生產(chǎn)工藝相對簡單，可以大規(guī)模集成，大大降低了生產(chǎn)成本。(2)OLED屏幕的可視角度極其優(yōu)秀，它的視野極其開闊，即使是在側(cè)面，也能夠清晰地捕捉到周圍環(huán)境的細(xì)微差別。(3)色彩還原度高：OLED屏幕可以呈現(xiàn)出非常自然的色彩，色彩還原度非常高。(4)OLED省電節(jié)能：OLED屏幕采用自發(fā)光，不同于LCD屏幕的背光方式，可以節(jié)省能源消耗，更加節(jié)能。(5)OLED屏幕因其輕巧、清晰的色彩而備受歡迎，它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，比如建筑物的外觀、臺階、展臺、橋梁、酒店、KTV的裝飾照明、廣告招牌的制作等等。(6)可塑性強：OLED屏幕具有很強的可塑性，可以適用于各種應(yīng)用場景，既能做成小小的屏幕，也能制作無縫拼接的巨幅屏。2.4.5藍(lán)牙通信模塊圖2.5藍(lán)牙模塊藍(lán)牙模塊是一種將外圍硬件電路和芯片集成到一個PCBA板上，通過相關(guān)IO串口和MCU控制設(shè)備，進行數(shù)據(jù)信息傳輸、藍(lán)牙通信和組網(wǎng)功能，達到短距離無線通訊目的，實現(xiàn)電子產(chǎn)品所需的內(nèi)置程序藍(lán)牙功能的設(shè)備。其工作原理如下：1.發(fā)送端：單片機將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過UART接口發(fā)送至藍(lán)牙通信模塊，藍(lán)牙通信模塊將接收到的數(shù)據(jù)編碼成藍(lán)牙協(xié)議格式，并通過天線進行無線傳輸。2.接收端：藍(lán)牙通信模塊接收到發(fā)送端發(fā)送的藍(lán)牙協(xié)議格式的數(shù)據(jù)，并對其進行解碼，將解碼后的數(shù)據(jù)通過UART接口發(fā)送至單片機進行后續(xù)的處理。換句話說，單片機和藍(lán)牙設(shè)備之間的連接可以通過UART協(xié)議實現(xiàn)。單片機將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過UART接口發(fā)送至藍(lán)牙通信模塊，藍(lán)牙通信模塊將接收到的數(shù)據(jù)編碼成藍(lán)牙協(xié)議格式，并通過天線進行無線傳輸。在接收端，藍(lán)牙通信模塊會對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行編碼，并使用UART協(xié)議將其傳輸給單片機，以便進一步的分析和處理。第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)電池管理總體框架溫度正常溫度異常>1？故障產(chǎn)生？液晶顯示斷開電路報警充電溫濕度數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)初始化設(shè)置溫度正常溫度異常>1？故障產(chǎn)生？液晶顯示斷開電路報警充電溫濕度數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)初始化設(shè)置開始圖3.1電池管理模塊電池管理系統(tǒng)主要包括電池組檢測、均衡控制、充放電控制、SOC估計和參數(shù)顯示等功能。其中，電池組檢測模塊通過ADuC838芯片對電池組進行監(jiān)控；均衡控制模塊主要用于對電池組進行均衡充電和放電控制；充放電控制模塊主要用于對電池單體進行充放電操作；參數(shù)顯示模塊主要用于顯示電池組的電壓、電流、溫度等參數(shù)。此外，為了實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的模塊化設(shè)計，在每個功能模塊上還開發(fā)了相應(yīng)的子程序。在主程序中，首先通過初始化模塊建立串口，再由串口將采集到的電池組電壓、電流等信號傳送給ADuC838,在此基礎(chǔ)上通過通信協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送給上位機。然后，系統(tǒng)主程序?qū)DuC838的內(nèi)部資源進行初始化，并對各個模塊的功能進行初始化操作。接著，系統(tǒng)主程序按照相關(guān)控制策略進行均衡充電和放電控制操作。最后，系統(tǒng)主程序完成電池管理系統(tǒng)的各種功能模塊的初始化操作，并通過OLED顯示出電池組的各種參數(shù)信息。此外，為了方便管理系統(tǒng)的維護，系統(tǒng)還提供了監(jiān)控模塊，可以對各個模塊的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。3.2溫度濕度采集開始開始初始化初始化溫度存在？溫度存在？讀取溫度操作否讀取溫度操作存儲操作命令存儲操作命令ROM操作命令ROM操作命令返回返回圖3.2溫度讀取子程序設(shè)計DHT11模塊包括一個濕度傳感器部分和一個溫度傳感器部分，它們共享一個單一的信號線進行通訊。在開始工作之前，主控單元向DHT11模塊發(fā)送一個啟動信號，然后模塊將響應(yīng)一個確認(rèn)信號。接下來，主控單元向DHT11模塊發(fā)送讀取指令，并等待模塊的響應(yīng)。模塊會以40位數(shù)據(jù)的形式將濕度和溫度值發(fā)送回主控單元。根據(jù)圖3.2所示的溫度采集步驟，首先需要對GPIO（即系統(tǒng)）進行初始化，然后將DHT11設(shè)備復(fù)位，并向系統(tǒng)發(fā)射一個開始信號。接著，需要檢測溫度，并使用ROM命令來收集相關(guān)的數(shù)據(jù)。采集后進行存儲，最后采用循環(huán)讀入字節(jié)數(shù)據(jù)，并將最新讀取的數(shù)據(jù)放在最低位。溫濕度檢測代碼展示：u8DHT11_Check(void)檢測DHT11的存在，u8DHT11_Read_Bit(void)進行讀取數(shù)據(jù)；u8DHT11_Check(void) { u8retry=0; DHT11_IO_IN();//SETINPUT while(DHT11_DQ_IN&&retry<100) { retry++; delay_us(1); }; if(retry>=100)return1; elseretry=0;while(!DHT11_DQ_IN&&retry<100) { retry++; delay_us(1); }; if(retry>=100)return1; return0;}u8DHT11_Read_Bit(void) { u8retry=0; while(DHT11_DQ_IN&&retry<100) { retry++; delay_us(1); } retry=0; while(!DHT11_DQ_IN&&retry<100) { retry++; delay_us(1); } delay_us(40);//等待40us if(DHT11_DQ_IN)return1; elsereturn0; }3.3JSY-MK-1031單相寬量程計量模塊本系統(tǒng)在進行電壓電流采集的過程當(dāng)中，主要是使用到了JSY-MK-1031型單相寬量程計量模塊，這種模塊在進行使用的過程當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)交流采集功能以及直流采集功能，能夠?qū)﹄娐樊?dāng)中的電能進行實時測量，這款系統(tǒng)具有采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，可以實時采集單相交流電的電壓、電流功率、功率因數(shù)頻率以及電量信息，并且可以通過參數(shù)寄存器讀取，同時也可以采集直流電的電壓、電流、功率和電量。為了實現(xiàn)區(qū)域的完全隔離，本系統(tǒng)采用串口通信，與單片機之間進行連接。這款系統(tǒng)具有小巧的體積這款接口既簡潔又實用，它能夠準(zhǔn)確地測量電容量，并且擁有極大的靈活性，能夠被輕松地安裝在任何需要進行測量和操作的電子設(shè)備上，其性能與成本都非常優(yōu)秀。表3.1測量電參數(shù)寄存器和通訊數(shù)據(jù)序號定義寄存器地址讀寫數(shù)據(jù)類型與計算說明1電壓0048H讀無符號數(shù)，值=DATA/100，單位V2電流0049H004AH讀無符號數(shù)，值=DATA/1000，單位A3有功功率004BH004讀無符號數(shù)，值=DATA/100，單位W3.4串口通信模塊串口通信電路主要包括PC機和單片機兩部分，其中，PC機通過串口與單片機通信。串口通信電路采用了LPC2210作為主控制器，其內(nèi)部包含了通用串行接口（USART）、8位A/D轉(zhuǎn)換器以及看門狗定時器等功能。其中，USART是一種與CPU并行通信的串行接口，在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛。PC機與單片機通信的硬件部分采用的是單片機。在該部分中，LPC2210內(nèi)部包含了串口通信模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、看門狗定時器等功能模塊。其中，串口通信模塊通過GPIO口連接到單片機的串行接口，用于接收單片機發(fā)來的數(shù)據(jù)和發(fā)送單片機收到的數(shù)據(jù)。串口通信模塊代碼展示：在串口中使用了中斷進行接收數(shù)據(jù)，函數(shù)為USART1_IRQHandler(void)；voidUSART1_IRQHandler(void) { if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!=RESET) { Res=USART_ReceiveData(USART1); if((USART_RX_STA&0x8000)==0) { if(USART_RX_STA&0x4000) { if(Res!='s')USART_RX_STA=0; elseUSART_RX_STA|=0x8000; } else { if(Res=='j')USART_RX_STA|=0x4000; else { USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res; USART_RX_STA++; if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0; } } } }3.5繼電器控制單元圖3.3三極管根據(jù)圖3.3，當(dāng)采用單片機芯片作為驅(qū)動源時，由于其功率有限，無法實現(xiàn)對繼電器的有效控制，因此，必須采用三極管作為開關(guān)電路，以實現(xiàn)對繼電器線圈的有效控制，同時，還可以采用二極管作為續(xù)流元件，以避免因線圈的閉合而導(dǎo)致的電流損失。3.6液晶顯示3.6.1OLED顯示器液晶數(shù)據(jù)更新顯示內(nèi)容設(shè)置顯示位置設(shè)置液晶初始化開始液晶數(shù)據(jù)更新顯示內(nèi)容設(shè)置顯示位置設(shè)置液晶初始化開始忙寫檢測寫檢測允許圖3.4液晶顯示流程圖本次設(shè)計中使用了OLED顯示屏，也就是發(fā)光二極管。使用OLED顯示屏主要對采集的溫濕度數(shù)據(jù)以及電壓電流數(shù)據(jù)的顯示，進而更好的進行觀察數(shù)據(jù)的實時變化。使用OLED顯示屏，需要了解到OLED的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍约耙c亮屏幕。以下將從兩方面進行介紹：1.OLED的傳輸，需要使用GPIO進行模擬SPI協(xié)議對SSD1306總線進行通信，主控制芯片和OLED的傳輸是單項進行的，所以只可以令主控制芯片向OLED發(fā)送數(shù)據(jù)，而不能反向發(fā)送，所以先根據(jù)SPI的時序圖實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。2.數(shù)據(jù)的顯示，想要數(shù)據(jù)在OLED上顯示出來需要知道SSD1306內(nèi)部有個SRAM稱為GDDRAM，在RAM中進行寫入數(shù)據(jù)，就會顯示出來，在頁尋址中，每當(dāng)對RAM進行讀寫操作后，地址的指針就會加1，一直到地址的指向到結(jié)束的地址后，才會重新進行指向地址，如下代碼：voidOLED_WR_BP(u8x,u8y){ OLED_WR_Byte(0xb0+y,OLED_CMD); OLED_WR_Byte(((x&0xf0)>>4)|0x10,OLED_CMD); OLED_WR_Byte((x&0x0f)|0x01,OLED_CMD);}3.6.2OLED與單片機連接電路設(shè)計需要在液晶顯示器和單片機之間建立線路連接，這樣單片機系統(tǒng)才能控制液晶顯示器顯示相應(yīng)的功能。設(shè)計電路時，首先要參考有機發(fā)光二極管硬件顯示器的引腳結(jié)構(gòu)，根據(jù)引腳結(jié)構(gòu)與單片機連接。第一個和第二個引腳是電源輸入引腳，輸入電壓為5v，第三個引腳是SPI引腳。同時單片機的片選是逐位的，使能引腳需要由單片機的引腳控制，液晶的數(shù)據(jù)輸出引腳也需要相應(yīng)控制。3.7通信模塊開始3.7.1通信模塊總體設(shè)計開始藍(lán)牙接入初始化藍(lán)牙接入初始化通信設(shè)備初始化通信設(shè)備初始化搜索藍(lán)牙設(shè)備搜索藍(lán)牙設(shè)備是否建立連接是否建立連接Y讀取當(dāng)前溫度讀取當(dāng)前電壓電流數(shù)據(jù)讀取當(dāng)前溫度讀取當(dāng)前電壓電流數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)并開始更新指令令接收數(shù)據(jù)并開始更新指令令接收數(shù)據(jù)并開始更新指令令接收數(shù)據(jù)并開始更新指令令圖3.5藍(lán)牙通信框架圖本次設(shè)計使用了一種新型的藍(lán)牙模塊（HC-05），它具備兩種不同的功能：一種是命令響應(yīng)，即僅當(dāng)接收到指令時，它才會發(fā)出指令，并且可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。在進行設(shè)置命令模式時，需上電之前，令KEY接高電平，上電，燈2s一次閃爍，則進入命令模式。通過使用自動連接模式，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三種不同的功能：主、從、回環(huán)。其中，主模式能夠?qū)崿F(xiàn)對藍(lán)牙模塊的快速搜索和連接，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確地傳輸和交換信息。3.7.2通信設(shè)置在本次設(shè)計中，在藍(lán)牙的命令模式中藍(lán)牙模塊和socket相仿，都需要有一方進行發(fā)送數(shù)據(jù)，一方進行就收，所以藍(lán)牙模塊總分為兩方面，一端是藍(lán)牙客戶端，進行需要進行創(chuàng)建連接，而另一端是藍(lán)牙服務(wù)端，需要進行實時監(jiān)聽數(shù)據(jù)，再進行讀寫數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)指令進行操作。接收部分，系統(tǒng)采用的是輪詢的方式進行接收藍(lán)牙數(shù)據(jù)，以C語言形式進行展示為：VoidReceDate(void){ While(Date){ ReceiveDate;}}發(fā)送部分，通過串口USRT將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到藍(lán)牙后，再由藍(lán)牙模塊發(fā)送上位機，C語言形式展示為：VoidSendDate(void){ if(Value<10){ SendByte();} else{ sendTWOByte();}}如果發(fā)送的數(shù)據(jù)是一位就發(fā)送出去，如果是兩位則要先發(fā)高位再發(fā)低位。系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1檢測端主程序設(shè)計在開發(fā)主程序之前，我們必須首先確保這個系統(tǒng)已經(jīng)被初步調(diào)試過。這個過程涉及到對所使用到的各個模塊部分進行初始化，并在此之后開始進行數(shù)據(jù)的采集。為了實現(xiàn)溫度信息的采集，我們選擇了溫度傳感器作為數(shù)據(jù)源。采集到的外部溫度信息將會被顯示在液晶顯示器上，并且同時也會被用于異常情況的判斷與處理。當(dāng)系統(tǒng)檢測到異常情況時，它會自動進行斷電處理，以確保設(shè)備和用戶的安全。同時，還會發(fā)出相關(guān)報警，以便及時提醒用戶。除此之外，我們還通過藍(lán)牙的形式將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳至手機終端。這樣，就能夠?qū)崟r地采集和處理數(shù)據(jù)，從而滿足用戶對于實時監(jiān)測的需求。這個系統(tǒng)是一個高效、可靠的方案，旨在為用戶提供最佳的使用體驗。通過對各個模塊進行初始化，我們能夠確保每個組件都能夠無縫協(xié)同工作。同時，通過藍(lán)牙上傳數(shù)據(jù)，我們還能夠讓用戶隨時掌握設(shè)備的狀況，從而能夠更好地管理和維護設(shè)備。上位機的功能圖如下所示。上位機上位機電壓實時數(shù)據(jù)電流實時數(shù)據(jù)藍(lán)牙通信協(xié)議電壓實時數(shù)據(jù)電流實時數(shù)據(jù)藍(lán)牙通信協(xié)議圖4.1上位機功能圖4.2顯示軟件流程圖一旦設(shè)備被連接，它就能夠通過藍(lán)牙模塊與上位機交互，實時顯示電壓和電流的變化情況。如果超出了預(yù)先設(shè)定的閾值，系統(tǒng)就會自動觸發(fā)報警功能，采取必要的應(yīng)對措施，包括斷電和打開風(fēng)扇。如下圖展示：系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化Y是否接入電壓?是否接入電壓?電流>1A?Y電流>1A?開啟風(fēng)扇開啟風(fēng)扇溫度>50？是否有輸出?Y溫度>50？是否有輸出?N時間超過5s濕度>70?上傳上位機報警系統(tǒng)YNY濕度>70?上傳上位機報警系統(tǒng)Y圖4.2完整流程圖4.3labview平臺設(shè)計labview設(shè)計平臺提供了兩種概念：圖形和圖像。通過圖表，我們可以實時地展示數(shù)據(jù)在特定坐標(biāo)系中的變化情況，從而更好地了解物理量的變化。為了更好地展示數(shù)據(jù)的變化，我們使用曲線來表示，使圖像更具有形象性。如下圖顯示：圖4.3labview顯示圖第五章系統(tǒng)的測試與調(diào)試4.1測試在系統(tǒng)設(shè)計完畢后，我們需要對它進行全面的檢查。這些檢查將涵蓋電壓、電流、溫度等多種模塊。電壓采集模塊將收集電池單元的電壓信息，并通過上位機軟件顯示出來。電流采集模塊則將收集電池組的電流信息，并將這些信息與電池單元和電池之間的電流信息進行比較。最終，我們將使用上位機軟件來確定這些信息的準(zhǔn)確性。進而通過SPI通信協(xié)議對電池數(shù)據(jù)進行保存，最后通過串口協(xié)議與上位機通信，通過上位機軟件進行數(shù)據(jù)的顯示。電流采集模塊是通過對電池內(nèi)阻的測量來間接地測量電池的電流。系統(tǒng)中各個功能模塊之間均有通信協(xié)議，方便對其進行編程。系統(tǒng)主要是實現(xiàn)對電池狀態(tài)信息、放電/充電狀態(tài)信息、安全管理等功能。系統(tǒng)可以實時監(jiān)測電池狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)傳送給上位機軟件系統(tǒng)工作時，在通過在電池的兩個端部安裝一個高精度的電壓傳感器，可以實時監(jiān)控其內(nèi)部的電壓變化情況。，同時在每個單體上安裝一個電流傳感器，用于檢測單體的電流。同時對電池的溫度進行實時監(jiān)測。在電池管理系統(tǒng)中，還可以通過與上位機進行通訊來控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，上位機軟件可以監(jiān)測電池狀態(tài)，同時通過對每個模塊的監(jiān)測來判斷電池是否出現(xiàn)故障。電壓采集模塊主要是對電池的電壓進行采集在實際的測試中，首先在系統(tǒng)工作時對各個模塊進行相應(yīng)的功能測試，同時對整個系統(tǒng)的實際工作進行記錄。具體的測試步驟如下：首先將電池單體從電池組中取出，進行電壓采集；然后通過串口協(xié)議將電壓數(shù)據(jù)傳輸給上位機軟件；最后上位機軟件通過串口協(xié)議對電池單體的電壓數(shù)據(jù)進行存儲，同時通過串口協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給上位機。溫度采集模塊是在每個單體的兩端分別設(shè)置一個溫度傳感器，通過測量電池單體溫度，將其與設(shè)定溫度進行對比。溫度采集模塊主要是對電池單體的溫度數(shù)據(jù)進行采集，采用數(shù)字溫度傳感器（DHT11）。上位機軟件可以實時監(jiān)測每一節(jié)電池的狀態(tài)，如果檢測到某一節(jié)電池出現(xiàn)異常，會及時發(fā)出報警信息。同時也可以通過上位機軟件設(shè)置相應(yīng)的安全保護措施。如果檢測到某一節(jié)電池出現(xiàn)故障，會自動停止工作。其軟件調(diào)試界面如下：圖5.1電壓電流曲線圖圖5.2電壓電流曲線圖圖5.3設(shè)計實物圖4.2調(diào)試總結(jié)通過本系統(tǒng)的測試，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)可以有效的實時監(jiān)控電池組的健康狀態(tài)，可以準(zhǔn)確判斷電池是否存在不安全因素，如果電池組不健康，則可以及時的提醒用戶，并且在檢測到電池狀態(tài)異常時，會及時的報警，并及時更換電池。除了本系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種測試工作，如充電、放電、充電電流、放電電流等，還可以根據(jù)不同環(huán)境溫度對電池進行充放電測試，從而更好地滿足用戶的需求。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)能有效的監(jiān)測電池組的健康狀況，并及時發(fā)出警報。同時，還可以檢測環(huán)境溫度，從而控制電池充放電的電流、電壓等參數(shù)，使電池組在合適的溫度下工作。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，易于擴展和維護；在各模塊之間使用隔離措施，從而提高了系統(tǒng)的可靠性；同時在各模塊之間設(shè)計了狀態(tài)反饋電路，方便用戶了解電池組的狀態(tài)。由于本系統(tǒng)只是一個小規(guī)模的應(yīng)用，因此功能上仍有很大的提升空間。例如：當(dāng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)可以及時報警和更換電池；當(dāng)檢測到故障時，系統(tǒng)可以提供相應(yīng)的報警功能，并及時提醒用戶進行更換電池。第六章總結(jié)本次系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)完成，本次設(shè)計完成了對電流電壓的實時監(jiān)控以及實時采集，同時添加了對溫濕度的采集，能夠?qū)貪穸戎颠M行設(shè)置閾值，防止外界或者內(nèi)部由于溫濕的原因影響對電流電壓的影響，同時添加了報警系統(tǒng)，進行提醒，在上位機上，電流、電壓值將會以曲線的形式進行展示，增加了信息的可視化，令數(shù)據(jù)更加立體，同時可以實時監(jiān)控電流、電壓數(shù)據(jù)。但在本次系統(tǒng)設(shè)計的過程當(dāng)中也存在著一定的條件限制，例如在設(shè)計的時候使用無線通信距離較近，希望在后來的設(shè)計中，可以通過其他的通信方式能夠進行解決，從而可以令系統(tǒng)更加完善。參考文獻[1]張嵩,丁廣乾,胡鐵軍,高洪雨.磷酸鐵鋰電池性能與應(yīng)用研究[J].山東電力技術(shù),2018(3):65-68[2]D.Feder,M.Hlavac.Analysisandinterpretationofconductancemeasurementsusedstate-of-healthofvalveregulatedleadacidbatteries