第1章緒論

1.1課題研究背景與實(shí)際意義
蓄電池作為供電設(shè)備在汽車、飛機(jī)、船舶等交通工具中得到廣泛的應(yīng)用；在醫(yī)院、通信等企市業(yè)單位中，蓄電池是主要的后備電源，其地位己無法取代。在這種情況下，蓄電池的穩(wěn)定性與可靠性就更加需要受到關(guān)注，一旦重要領(lǐng)域的蓄電池組發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致無法想象的后果，其損失也是無法估量的。定期對蓄電池組的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測，是確保蓄電池組安全、可靠運(yùn)行的主要方式。管理人員想要對數(shù)量眾多、布置密集、尚未使用大量傳輸線纜的蓄電池組進(jìn)行逐一檢測，工作量極大且無法保證數(shù)據(jù)的精確度。并且，蓄電池組工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生有害氣體，會(huì)對管理人員的身體健康造成危害。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)使用、檢測和管理蓄電池組是大勢所趨。所以，通過蓄電池參數(shù)檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線檢測、評估蓄電池的狀態(tài)，對獲得最大的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益有著重要的實(shí)際意義⑴：
(1)提高系統(tǒng)的可靠性，避免蓄電池?fù)p壞或爆炸的危險(xiǎn)；
(2)保證直流系統(tǒng)所需電能，保證系統(tǒng)正常工作；
(3)延長蓄電池的使用壽命；
(4)減少現(xiàn)行人工維護(hù)蓄電池的作業(yè)量和維護(hù)成本，提高工作效率；
(5)使得維護(hù)工作和設(shè)備管理模塊化、定量化。
綜上所述，本文根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目，探討并設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)于蓄電池組檢測的系統(tǒng)，同時(shí)給出了實(shí)施步驟。
………

1.2課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問題
安裝在圣巴巴拉某區(qū)電車電池上的蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)BMS通過蓄電池?cái)?shù)據(jù)來分析電池與車輛的運(yùn)行狀況。該系統(tǒng)通過采集蓄電池剩佘容量的數(shù)據(jù)對接近極限狀態(tài)的蓄電池進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)對蓄電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行記錄，便于對蓄電池進(jìn)行分析與維護(hù)。該系統(tǒng)擁有16路單節(jié)蓄電池電壓采集通道，4路測量單節(jié)蓄電池溫度及工作環(huán)境溫度、蓄電池組電壓與電流的數(shù)據(jù)通道。該管理系統(tǒng)不同于簡單的監(jiān)測蓄電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有管理和控制蓄電池的功能。因?yàn)楹銐撼潆姛o法滿足不同蓄電池所需不同的充電電流，此系統(tǒng)改變蓄電池“恒壓充電”的方法來管理蓄電池。VMS系統(tǒng)中包含了 BMS系統(tǒng)中對單節(jié)蓄電池電壓、蓄電池內(nèi)部溫度、蓄電池放電電流以及放電過程中蓄電池組總電壓的監(jiān)測，并且可以對蓄電池進(jìn)行分析，管理和控制。因此更有利于維護(hù)蓄電池，延長蓄電池使用壽命在韓國，有人對光伏系統(tǒng)中蓄電池狀態(tài)的檢測展開了研宄，獨(dú)立光伏系統(tǒng)使用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)存能量的設(shè)備，預(yù)防蓄電池的過度充電或過度放電，對延長整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)壽命起到十分重要的作用。該系統(tǒng)對蓄電池組檢測的內(nèi)容包括：單電池電壓、電池組總電壓、蓄電池組流過電流和電解液比重等。該系統(tǒng)不僅檢測以上這些內(nèi)容，而且運(yùn)用“電流中斷”技術(shù)，來連續(xù)測量充電時(shí)蓄電池內(nèi)阻，從而得到蓄電池的老化趨勢。
…………

第2章蓄電池基本工作原理與主要技術(shù)參數(shù)

2.1蓄電池基本工作原理
蓄電池是利用化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換原理制成的，其在充、放電過程中伴隨著化學(xué)反應(yīng)。蓄電池儲(chǔ)存能量的過程是在充電時(shí)，將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的過程，而在給負(fù)載提供電能的時(shí)候，就是將儲(chǔ)存旳化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行放電。鉛蓄電池一般由作為正極的二氧化鉛(Pb02)，作為負(fù)極的海綿狀純鉛(Pb)，以及H2SO4水溶液作為電解液組成的，蓄電池中正、負(fù)極極板都是浸在蓄電池電解液里。在蓄電池放電過程中，正極上的Pb02與負(fù)極上的Pb和電解液反應(yīng)生產(chǎn)PbS04，釋放所儲(chǔ)存的電能，H2SO4的水溶液的濃度下降。蓄電池處于充電狀態(tài)時(shí)，電解液中的PbS04氧化還原成Pb02和Pb, H2SO4水溶液的濃度升高。蓄電池充放電過程中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生的離子和電子是形成電流的主要物質(zhì)。蓄電池在工作過程中很難避免電解液中的水被電解，產(chǎn)生氫氣與氧氣，從蓄電池中慢慢揮發(fā)出來，因此早期蓄電池需要定期進(jìn)行電解液的濃度的調(diào)整，以達(dá)到最佳的性能。如今，蓄電池在兩極之間添置多孔隔板，使得在充電過程中產(chǎn)生的氧氣可以順利地移動(dòng)到負(fù)極處，并被負(fù)極吸收，減少電解液中的水的流失，這種負(fù)極吸收技術(shù)避免了給蓄電池進(jìn)行補(bǔ)水的工作，從而推進(jìn)了密封蓄電池的發(fā)展。
……….

2.2蓄電池主要技術(shù)參數(shù)
蓄電池容量包括標(biāo)稱容量、額定容量、理論容量、剩余容量和實(shí)際容量等。因?yàn)樾铍姵氐氖褂铆h(huán)境狀況存在著很多差異，對蓄電池的容量的影響也會(huì)不同，所以一般檢測的都是蓄電池的實(shí)際容量。安時(shí)(A.h)或瓦時(shí)(W.h)用來表示完全充滿電的鉛蓄電池根據(jù)一定的放電條件，放電至規(guī)定的終止電壓期間所能放出的電量。A.h容量乘上放電過程中的平均電壓得到W-h容量。其中A.h表示蓄電池的輸出電量，表示蓄電池做功時(shí)釋放的能量。實(shí)際過程中，將蓄電池放電至預(yù)設(shè)電壓所需時(shí)間與預(yù)定放電過程中的電流的乘積稱為蓄電池容量，該值小于理論容量。蓄電池容量的下降是蓄電池老化最明顯的表現(xiàn)，若要延長蓄電池的使用壽命就要對蓄電池性能進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握。實(shí)際運(yùn)用中用放電試驗(yàn)來檢測蓄電池容量的方法得出的數(shù)據(jù)比較可靠，但是對蓄電池也造成了一些隱患與限制：當(dāng)蓄電池處于工作狀態(tài)時(shí)，由于蓄電池兩極之間連接著負(fù)載，在放電的過程中，蓄電池電壓不斷下降。蓄電池電壓無休止地下降會(huì)對蓄電池造成很大的損害，所以設(shè)定一個(gè)電壓界限對蓄電池進(jìn)行保護(hù)，該界限稱為放電終止電壓[23]。但是放電終止電壓不是一個(gè)定值，而是要根據(jù)蓄電池不同的工作狀態(tài)來決定。如果放電電流越大，放電終止電壓就可以越低；而放電電流越小，則放電終止電壓就需要越高。
………

第3章蓄電池檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案......... 11
3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 .........11
3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇......... 12
3.2.1 系統(tǒng)的功能分解 .........12
3.2.2 系統(tǒng)方案選擇......... 12
3.3 處理器模塊設(shè)計(jì)......... 13
3.3.1 微處理器簡介與選擇......... 13
3.3.2 TMS320F2812 的特點(diǎn)......... 14
3.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)釆集模塊設(shè)計(jì)......... 15
3.5 遠(yuǎn)程通信模塊設(shè)計(jì) .........17
3.6 以太網(wǎng)通信協(xié)議的選擇......... 18
3.7 本章小結(jié).........    20
第4章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)......... 21
4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案......... 21
4.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)......... 22
4.3 遠(yuǎn)程通信模塊設(shè)計(jì)......... 28
4.4 本章小結(jié) .........30
第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .........31
5.1 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)......... 31
5.2 測溫模塊軟件設(shè)計(jì)......... 32
5.2.1 DS18B20 操作指令......... 32
5.2.2 DS18B20的程序設(shè)計(jì)......... 33
5.3 以太網(wǎng)接口程序設(shè)計(jì)......... 34
5.4 TCP/IP通訊程序設(shè)計(jì)......... 41
5.5 本章小結(jié).........  47

第6章系統(tǒng)測試

6.1光電隔離輸出信號(hào)測試
通過表6.1、表6.2中給出的各組數(shù)據(jù)可以得出系統(tǒng)測得單節(jié)蓄電池電壓與單節(jié)蓄電池實(shí)際電壓還差存在著一定的誤差。這些誤差產(chǎn)生的原因是在A/D轉(zhuǎn)換電路中對信號(hào)調(diào)理電路的輸出電壓進(jìn)行了電阻分壓，電阻真實(shí)阻值與標(biāo)稱值存在著誤差，所以系統(tǒng)測得電壓與數(shù)字萬用表測得的實(shí)際電壓存在著誤差。主動(dòng)切斷方確認(rèn)一個(gè)FIN段應(yīng)答后，收到對方發(fā)送一個(gè)ACK段，并進(jìn)入FIN_WAIT—2狀態(tài)。此后，從另一個(gè)方再收到一個(gè)FIN段，進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)。被動(dòng)切斷方在LAST_ACK狀態(tài)下再接受到FIN段后回復(fù)送一個(gè)ACK段，，進(jìn)入CLOSED狀態(tài)，這意味著TCP協(xié)議通信結(jié)束。然而，主動(dòng)切斷方的TIME_WAIT狀態(tài)不能立即轉(zhuǎn)換到CLOSED狀態(tài)，因?yàn)樽詈蟀l(fā)送的ACK包丟失，但也能從被動(dòng)切斷方接收到一個(gè)FIN段。主動(dòng)切斷連接方預(yù)計(jì)到這種情況，確認(rèn)對方轉(zhuǎn)移到CLOSED狀態(tài)前，不能主動(dòng)轉(zhuǎn)移到CLOSED狀態(tài)。

總結(jié)

擁有廣闊實(shí)用前景的蓄電池在線檢測系統(tǒng)必將成為蓄電池檢測行業(yè)的發(fā)展趨勢。本文以DSP開發(fā)平臺(tái)作為基礎(chǔ)，建立設(shè)計(jì)了蓄電池在線檢測系統(tǒng)。本文完成了以下幾項(xiàng)工作：
(1)對國內(nèi)外的蓄電池檢測系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢進(jìn)行了解與研究，并作為參考，建立自己的蓄電池檢測系統(tǒng)。
(2) TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812型DSP芯片作為本設(shè)計(jì)的控制核心，以太網(wǎng)控制芯片則選取了 RLT8019AS,以其為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以太網(wǎng)電路，作為DSP與以太網(wǎng)相互通信的橋梁。
(3)在對TCP/IP協(xié)議進(jìn)行了深入的探究后，對常用的TCP/IP協(xié)議做一定的調(diào)整，編寫一套簡易的協(xié)議棧，作為DSP與以太網(wǎng)互相通信的軟件基礎(chǔ)。
(4)運(yùn)用簡易的TCP/IP協(xié)議棧構(gòu)建平臺(tái)，使用戶可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測。
(5)對系統(tǒng)性能進(jìn)行測試，采集系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)與期望值比較，分析誤差原因，改進(jìn)計(jì)算方法，提高測量精度。
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參考文獻(xiàn)（略）