鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄中文摘要1英文摘要21 前言31.1 研究課題的背景及意義31.2 鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀31.3 本論文的主要工作和論文結(jié)構(gòu)52 監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)62.1 鋰電池化成的概念62.2 監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能72.3 監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)83 監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)123.1 主電路的簡(jiǎn)單介紹123.2 采樣電路設(shè)計(jì)143.3 485通訊電路設(shè)計(jì)194 下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)214.1 下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能描述214.2 電池單元與液晶的通訊224.3 MCGS嵌入式組態(tài)軟件簡(jiǎn)介244.4 基于MCGS組態(tài)軟件的液晶監(jiān)控界面設(shè)計(jì)254.5 基于MCGS的組態(tài)過(guò)程和腳本驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)325

2、 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)345.1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖345.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能描述345.3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)通訊365.4 LabVIEW概述375.5 基于LabVIEW的上位機(jī)界面設(shè)計(jì)38結(jié)論44謝辭45參考文獻(xiàn)46鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：目前，隨著電池工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)電池產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)的能力及電池的產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求，電池化成監(jiān)控設(shè)備的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電源工作的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。將多個(gè)獨(dú)立的充電系統(tǒng)連成網(wǎng)絡(luò)，就可以完成對(duì)大批量的鋰電池化成的監(jiān)控。因此，在鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中，數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。本論文基于兩種界面開(kāi)發(fā)軟件，分別

3、設(shè)計(jì)上位機(jī)和下位機(jī)的監(jiān)控界面。不僅可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地的實(shí)時(shí)監(jiān)控，還能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控，符合現(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。在熟知監(jiān)控系統(tǒng)功能的前提下，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，分別給出系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)方案；論文主要對(duì)采樣電路和485通訊電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在MCGS組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境中，設(shè)計(jì)出液晶監(jiān)控界面，并且還會(huì)重點(diǎn)討論腳本程序的開(kāi)發(fā)。論文還詳細(xì)給出了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并利用LabVIEW設(shè)計(jì)上位機(jī)的監(jiān)控界面。關(guān)鍵詞：鋰電池；監(jiān)控系統(tǒng)；液晶；上位機(jī)；界面Monitoring System of Lithium Battery Power SupplyAbstract：Now, with the rapi

4、d development of industrial batteries, the capacity of industrial mass production and the product quality of the battery has been proposed higher requirements.The performance of monitor system of lithium battery power supply is directly related to the the technical specifications of the power and ab

5、ility to work safely and reliably. Connecting The multiple independent charging system into the network, can be completed on large quantities of lithium batteries into the monitor. Therefore, in the lithium battery production processing, digital, intelligent, network-based monitoring system is parti

6、cularly importantThis paper is based on two interface development software, and upper and lower machine monitoring interface will be designed. Not only can achieve real-time monitoring sites, but also through remote monitoring network, which is complied with the direction of development of modern su

7、rveillance systems. In the well-known monitoring systems function under the premise, the overall system design will be put forward, and system hardware and software design solutions will also be given. Paper mainly design sampling circuit and 485 communication circuit, ang will design LCD monitor in

8、terface under the MCGS configuration development environment. And we will also focus on the development of scripts. The paper also gives a detailed PC monitoring system design, and design PC interface for monitoring by using LabVIEW.Keywords: lithium battery；monitor system；LCD；PC；interface1 前 言1.1 研

9、究課題的背景及意義 目前，隨著電池工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)電池產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)的能力及電池的產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求，二次電池的充放電技術(shù)是與電池相伴而生的，與二次電池的發(fā)展和應(yīng)用有著密切的關(guān)系。首先，一個(gè)性能可靠的電源是必不可少的，其次電池化成監(jiān)控設(shè)備的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到化成的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作，從而對(duì)電池的化成起著至關(guān)重要的作用。采用高進(jìn)度、數(shù)字化、智能化的電源對(duì)電池進(jìn)行充放電，是對(duì)電池化成檢測(cè)設(shè)備提出的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。 蓄電池作為一種性能可靠的化學(xué)電源，其應(yīng)用價(jià)值與日俱增，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中，鋰電池作為一種環(huán)保的蓄電池，廣泛得到采用，其工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、無(wú)

10、記憶效應(yīng)、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)能源系統(tǒng)、航空航天電源系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)，移動(dòng)通信系統(tǒng)以及移動(dòng)終端設(shè)備中。 在鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中，電池的化成工藝處理是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，鋰電池的化成參數(shù)一般經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和反復(fù)試驗(yàn)而得到。大多數(shù)情況下，就按照這些參數(shù)進(jìn)行化成，使鋰電池達(dá)到最佳的儲(chǔ)能狀態(tài)，這就要求化成設(shè)備必須嚴(yán)格按照這些參數(shù)表進(jìn)行工作，能為每個(gè)階段提供穩(wěn)定且恒定的充放電電壓、電流。并且，我們需要實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)化成出現(xiàn)故障時(shí)需要及時(shí)報(bào)警，并且顯示具體故障信息。一個(gè)電池需要一個(gè)充電電源，如果每個(gè)電源都需要單獨(dú)的設(shè)立一個(gè)監(jiān)控器去監(jiān)控，那么將消耗大量的精力和物力，因

11、此將多個(gè)獨(dú)立的充電系統(tǒng)連成網(wǎng)絡(luò)，由一個(gè)液晶去控制，再將所有的液晶通過(guò)路由器和控制中心的PC機(jī)連接在一起，就可以完成對(duì)大批量的鋰電池化成的監(jiān)控。因此，在鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中，數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。1.2 鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 虛擬儀器技術(shù)20世紀(jì)90年代的美國(guó)，誕生了一種基于計(jì)算機(jī)的儀器，稱(chēng)為虛擬儀器張興.電力電子技術(shù)M.北京：科學(xué)出版社，2010.。所謂虛擬儀器，是以通用計(jì)算機(jī)為核心，根據(jù)用戶(hù)對(duì)儀器的設(shè)計(jì)定義，用軟件實(shí)現(xiàn)虛擬面板設(shè)計(jì)和測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。用戶(hù)可通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或觸摸屏來(lái)操作虛擬面板，就如同使用一臺(tái)專(zhuān)用的測(cè)量?jī)x器一樣，實(shí)現(xiàn)需要的測(cè)量測(cè)

12、試目的。計(jì)算機(jī)和儀器的結(jié)合有兩種方式：一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類(lèi)儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器從功能上分為三部分，即1）信號(hào)采集與控制；2）數(shù)據(jù)分析和處理；3）測(cè)量結(jié)果的顯示?！败浖磧x器”在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入、輸出和調(diào)理，軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，使用者可以通過(guò)修改軟件，方便的改變、增減儀器系統(tǒng)的規(guī)模與功能。LabVIEW虛擬儀器的軟件選擇有多

13、種，本論文選擇LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器VI。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，將三大功能中的數(shù)據(jù)分析和處理、測(cè)量結(jié)果的顯示放到計(jì)算機(jī)上用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。而信號(hào)的采集由測(cè)試點(diǎn)硬件實(shí)現(xiàn)，這樣就利用網(wǎng)絡(luò)將本地模式轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)程模式。這也是本論文采取的方式。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的結(jié)構(gòu)模式：有三種，客戶(hù)/服務(wù)器(C/S)模式；瀏覽器/服務(wù)器(B/S)模式；客戶(hù)/服務(wù)器/瀏覽器(C/S/B)模式；本論文將選擇第一種。1.2.2 鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 1）就控制器這方面而言數(shù)字化：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，采用單片機(jī)或DSP等微處理器控制的智能化成監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為主流。微處理器可以

14、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性要求非常高的數(shù)字控制算法，通過(guò)IO口發(fā)出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，還可以將采集的數(shù)據(jù)保存并送至計(jì)算機(jī)保存。一些控制中所用到的參考值可以存儲(chǔ)在微處理器的存儲(chǔ)器中，并對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。但由于微處理器的運(yùn)算速度的限制，在許多情況下，這種微處理器輔助的電路控制系統(tǒng)仍舊要大量用到運(yùn)算放大器等模擬控制元件。 2）就系統(tǒng)的通訊方式而言網(wǎng)絡(luò)化：目前大部分的組網(wǎng)采用CAN總線(xiàn)或RS485總線(xiàn)的方式。RS485可以構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通信方式以主站輪詢(xún)的方式進(jìn)行，要對(duì)每個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行站點(diǎn)地址編碼；CAN工作于多種方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線(xiàn)訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競(jìng)爭(zhēng)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)，且廢除了傳統(tǒng)的地

15、址編碼，所以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)比485總線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)要多的多；雖然這兩種通信方式已經(jīng)很成熟，但通信距離有限，不能適應(yīng)未來(lái)遠(yuǎn)程化發(fā)展的需要，如果所有的設(shè)備能夠按照TCP/IP協(xié)議連成網(wǎng)絡(luò)，則我們可以借助互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，在任何一個(gè)地方來(lái)控制設(shè)備。3）就系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式而言智能化：網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的結(jié)構(gòu)模式有三種，根據(jù)不同的要求選擇不同的結(jié)構(gòu)模式?？蛻?hù)/服務(wù)器(C/S)模式，多個(gè)客戶(hù)端采集數(shù)據(jù)，用一個(gè)服務(wù)器充當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)；瀏覽器/服務(wù)器(B/S)模式，客戶(hù)端安裝瀏覽器，通過(guò)直接訪問(wèn)遠(yuǎn)端地址，來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)?？蛻?hù)/服務(wù)器/瀏覽器(C/S/B)模式為前兩者的結(jié)合。第一種對(duì)化成電源監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更現(xiàn)實(shí)。1.3 本論文的主要工作

16、和論文結(jié)構(gòu) 本論文的研究對(duì)象是監(jiān)控系統(tǒng)，目的是設(shè)計(jì)出一套鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)可以對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，每個(gè)設(shè)備又是由兩百多個(gè)電池單元構(gòu)成。系統(tǒng)可以對(duì)每個(gè)設(shè)備的每個(gè)電池單元實(shí)時(shí)測(cè)控，顯示化成過(guò)程中的運(yùn)行參數(shù)，電壓電流波形；可以對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警，顯示故障信息；同時(shí)液晶和PC機(jī)的監(jiān)控界面也是必不可少。本論文主要內(nèi)容如下：1）在熟知監(jiān)控系統(tǒng)功能的前提下，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式，分別給出系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)方案。2）對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)的是采樣電路和485通訊電路。在理論的基礎(chǔ)上，會(huì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)這兩塊電路的功能做進(jìn)一步的討論。3）介紹下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能，并在MCGS

17、組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境中，設(shè)計(jì)出液晶監(jiān)控界面；并且還會(huì)重點(diǎn)討論腳本程序的開(kāi)發(fā)。4）給出上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并利用LabVIEW設(shè)計(jì)上位機(jī)的監(jiān)控界面。2 監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1 鋰電池化成的概念 每個(gè)鋰電池從生產(chǎn)到出廠至少要進(jìn)行三次充電和兩次放電過(guò)程，這個(gè)過(guò)程叫做化成，化成是鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中的重要工序，在液態(tài)鋰離子電池首次充放電過(guò)程中,電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng),形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。這層鈍化膜被稱(chēng)為“固體電解質(zhì)界面膜”( solid electrolyte interface) ,簡(jiǎn)稱(chēng)SEI 膜，SEI膜的好壞自接影響到電池的循環(huán)壽命、穩(wěn)定性、自放電性、安全性等電化

18、學(xué)性能。鋰電池化成的步驟：1) 恒流充電：電池以恒流充電至截止電壓，充電時(shí)間T1（充電時(shí)間到T1結(jié)束恒流充電，進(jìn)入恒壓充電階段）。2) 恒壓充電：電池以恒壓充電至截止電流，充電時(shí)間T2（充電時(shí)間到T2時(shí)結(jié)束恒壓充電，進(jìn)入擱置階段）3) 擱置：充電結(jié)束后擱置時(shí)間T3，目的是在電極形成穩(wěn)定的SEI模（“固體電解質(zhì)界面膜”solid electrolyte interface,簡(jiǎn)稱(chēng)SEI 膜）。4) 恒流放電：電池以恒流放電至截止電壓。然后進(jìn)入下一個(gè)充放電循環(huán)直至化成結(jié)束孫江宏.Protel99電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2002.。鋰電池化成的第一步恒流充電和第二步恒壓充電如圖2.1所

19、示圖2.1 恒流恒壓充電電流電壓波形鋰電池化成第四步恒流放電如圖2.2所示圖2.2 恒流放電電壓電流波形由圖2.1和圖2.2可知，鋰電池的化成不僅需要按照一定的化成步驟進(jìn)行，還要按照規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行化成，如恒流充電到T1結(jié)束，這個(gè)T1對(duì)應(yīng)的截止點(diǎn)是恒流充電截止電壓，恒壓充電到T2結(jié)束，這個(gè)T2對(duì)應(yīng)的截止點(diǎn)是恒壓充電截止電流。由鋰電池本身的充放電特性曲線(xiàn)，可以得到恒流充電、恒壓充電、擱置、恒流放電分別需要多少時(shí)間，也是由鋰電池本身的特性曲線(xiàn)劃定每個(gè)階段的結(jié)束時(shí)間和起始時(shí)間，以此作為每個(gè)階段開(kāi)始和結(jié)束的依據(jù)。2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能 由上一節(jié)可知，鋰電池化成過(guò)程需嚴(yán)格按照一定的步驟進(jìn)行，且化成參數(shù)

20、包括各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間都有嚴(yán)格的要求，那么為了讓鋰電池按照給定的化成參數(shù)進(jìn)行化成，監(jiān)控系統(tǒng)必須發(fā)揮它的功能，那么結(jié)合鋰電池具體的化成要求，監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有：1）控制每個(gè)電池單元的啟停，即下發(fā)開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)命令。2）控制每個(gè)電池單元的運(yùn)行模式，以使其按照規(guī)定的步驟進(jìn)行化成。3）設(shè)定幾種運(yùn)行模式下，電池單元所需要的參數(shù)；如恒流充電模式下，電池單元需要知道恒流充電電流是多少，充電截止電壓是多少。4）設(shè)定保護(hù)值和PI調(diào)節(jié)器參數(shù)；如過(guò)壓過(guò)流保護(hù)值、過(guò)熱保護(hù)值，以及電流環(huán)、電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。5）故障報(bào)警的功能。監(jiān)控系統(tǒng)不僅需要知道具體是哪個(gè)設(shè)備哪個(gè)單元出現(xiàn)故障，還需要顯示具體故障信息是什么。6）運(yùn)行參

21、數(shù)顯示和運(yùn)行曲線(xiàn)顯示；每個(gè)設(shè)備每個(gè)電池單元都有各自的運(yùn)行參數(shù)，包括蓄電池電壓電流等，這些值，在我的監(jiān)控系統(tǒng)中，必須可以實(shí)時(shí)觀察到。7）以上功能均需要通訊，因此必須保證PC機(jī)和液晶、液晶和各個(gè)電池單元通訊正常。2.3 監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖本論文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)下圖。圖2.3 化成電源監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心為液晶，一臺(tái)液晶和兩百多個(gè)電池單元構(gòu)成一個(gè)設(shè)備，由液晶監(jiān)控這個(gè)設(shè)備中的所有電池單元，通過(guò)RS485通訊。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心為PC機(jī)，PC機(jī)監(jiān)控各個(gè)設(shè)備，即監(jiān)控各個(gè)設(shè)備的液晶，由網(wǎng)線(xiàn)和路由器組成局域網(wǎng)，

22、通過(guò)局域網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)胡江毅.反激變換器的應(yīng)用研究D.南京：南京航空航天大學(xué)電氣工程學(xué)院，2003.。圖2.4 電能監(jiān)控示意圖圖2.4為電能監(jiān)控示意圖。電網(wǎng)的交流電經(jīng)過(guò)AC/DC電源轉(zhuǎn)化為直流電，再經(jīng)過(guò)雙向DC/DC電源給電池充電，給電池充電的電能來(lái)自電網(wǎng)，電池放電的電能也可以回饋到電網(wǎng)；每個(gè)設(shè)備都可以工作在不同的工作模式，比如設(shè)備1工作在充電模式時(shí)，設(shè)備2可以工作在放電模式，這樣設(shè)備1所消耗的電能一部分可以由設(shè)備2來(lái)提供，或者完全由設(shè)備2 提供，這種方式極大的降低了電能的損耗；在監(jiān)控化成的過(guò)程中，化成設(shè)備從電網(wǎng)消耗的電能，或者給電網(wǎng)回饋了多少電能，都是可以檢測(cè)到的。2.3.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式選擇

23、在上一章中，曾討論過(guò)網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的結(jié)構(gòu)模式有三種，但未具體討論在鋰電池化成電源中選擇什么樣的結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)中，結(jié)合具體的化成要求和實(shí)際操作的可行性，這里選擇客戶(hù)/服務(wù)器(C/S)模式。PC機(jī)充當(dāng)了數(shù)據(jù)庫(kù)的角色。在化成過(guò)程中，PC機(jī)可以監(jiān)控到每臺(tái)設(shè)備的每個(gè)電池的運(yùn)行狀況，對(duì)每個(gè)電池都能啟?？刂?。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，PC機(jī)可以做到不需要液晶，仍能監(jiān)控所有的電池。液晶它和兩百多個(gè)電池單元進(jìn)行通訊，監(jiān)控每個(gè)電池的運(yùn)行狀況，并且還要設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)布程序?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)寫(xiě)入遠(yuǎn)端服務(wù)器。液晶作為一臺(tái)設(shè)備的控制中心，對(duì)它的要求是需要時(shí)可以脫離PC機(jī)的指令，獨(dú)立的監(jiān)控該設(shè)備中的所有電池的化成。正常情況下，

24、 PC機(jī)和液晶一起構(gòu)成完整的監(jiān)控系統(tǒng)；在本論文中，所采用的這種模式靈活性很大，無(wú)論是PC機(jī)還是液晶，都能獨(dú)立的完成監(jiān)控工作，在實(shí)際情況中可以應(yīng)付各種情況的出現(xiàn)； 2.3.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件主要包括PC機(jī)、液晶、路由器、通訊連接線(xiàn)等，其實(shí)還包括充電電源主電路以外的所有控制電路，但過(guò)多的闡述對(duì)本論文來(lái)說(shuō)太過(guò)累贅，因此論文中只會(huì)簡(jiǎn)單介紹單片機(jī)、采樣電路、通訊電路這幾個(gè)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要的電路。下面，將從整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的最低層即電池單開(kāi)始，給出硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：1）電池單元的單片機(jī)選型本論文的主拓?fù)潆娐窞橛性大槲环醇な诫p向DC-DC變換器，有四個(gè)管子，需要4路不同的PWM波，對(duì)電池單元6路

25、數(shù)據(jù)采樣，通訊僅需配置一個(gè)使能IO口即可。因此這里選擇美國(guó)Microchip公司推出的dspic33F系列單片機(jī)，這款單片機(jī)可以發(fā)6路獨(dú)立的PWM波，有8路模擬輸入端口；2）采樣芯片和485芯片：采樣電路的運(yùn)放選擇LM358，485芯片選擇MAX3082； 3）液晶：選擇北京昆侖通態(tài)的一款型號(hào)為T(mén)PC7062K的嵌入式觸摸屏；這款觸摸屏即可以連接PC機(jī)又可以連接單片機(jī)，且可以同時(shí)和PC機(jī)和單片機(jī)通訊； 4）液晶和單片機(jī)通訊連接線(xiàn)：選擇常用的RS485總線(xiàn)； 5）PC機(jī)：普通的電腦即可；6）PC機(jī)和液晶通訊連接線(xiàn)：選擇網(wǎng)線(xiàn)； 7）路由器：路由器型號(hào)根據(jù)具體設(shè)備數(shù)選擇不同接口數(shù)目的路由器。2.3.

26、4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 1）單片機(jī)程序：采用MPLAB編程。鋰電池化成電源的單片機(jī)程序內(nèi)容較多，本論文不會(huì)具體闡述，但會(huì)穿插的討論一些與監(jiān)控密切相關(guān)的程序，像采樣程序，采樣到的數(shù)值需要上傳給液晶，在單片機(jī)內(nèi)部要經(jīng)過(guò)修正系數(shù)的修正，這個(gè)修正系數(shù)是實(shí)驗(yàn)反復(fù)得到，并且是由液晶下發(fā)的。還有，單片機(jī)保護(hù)程序，需要知道最大電流、最大電壓限幅值是多少，這些數(shù)值也是液晶下發(fā)的；另外，當(dāng)電池單元出現(xiàn)某種故障時(shí)，也需要單片機(jī)進(jìn)行判斷，并將帶有故障信息的16為故障碼上傳。 2）液晶界面：采用組態(tài)軟件MCGS進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)。 3）PC機(jī)界面：采用LabVIEW設(shè)計(jì)。本章總結(jié)：本章最主要的工作就三塊，一是介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的

27、主要功能。二就是給出大體的設(shè)計(jì)方案，最主要的就是系統(tǒng)架構(gòu)圖，后面討論的內(nèi)容都是圍繞這個(gè)圖展開(kāi)的。三是選擇了一種非常靈活的結(jié)構(gòu)模式，對(duì)液晶和PC機(jī)提出了很高的要求，在此，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)便有了明確的設(shè)計(jì)方向。3 監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件除了PC機(jī)、液晶、路由器、通訊連接線(xiàn)等，其實(shí)還包括充電電源主電路以外的所有控制電路，但對(duì)這部分過(guò)多的闡述對(duì)本論文來(lái)說(shuō)太過(guò)累贅。因此，在這一章，只對(duì)其中兩個(gè)與監(jiān)控十分密切的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是采樣電路和485通訊電路。同時(shí)，本章還會(huì)結(jié)合單片機(jī)對(duì)硬件電路的控制和對(duì)數(shù)據(jù)的處理，來(lái)闡述液晶是如何對(duì)電池單元實(shí)現(xiàn)通訊和監(jiān)控的。在介紹本章重點(diǎn)內(nèi)容之前

28、，先對(duì)電池單元采用的主拓?fù)潆娐纷鰝€(gè)簡(jiǎn)單介紹。3.1 主電路的簡(jiǎn)單介紹圖3.1 有源嵌位反激式雙向變換器原理圖本論文各個(gè)電池單元所采用的主拓?fù)潆娐肥怯性大槲环醇な诫p向DC-DC變換器，其原理圖如圖3.1所示，在常規(guī)的反激式雙向DC-DC變換器基礎(chǔ)上，隔離變換器兩側(cè)均引入有源箝位輔助電路成晶晶.雙向反激變換器的研究D.杭州：浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，2010.，那么可以將有源箝位反激式雙向DC-DC變換器的特點(diǎn)概括如下幾點(diǎn)：1）Vg為直流側(cè)電壓，Vb為電池電壓；2）S1和S2為主功率管，S3和S4為有源箝位輔助功率管；3）L1由變壓器漏感和外加串聯(lián)小電感組成，幫助實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)；4）大電容Cc1和Cc

29、2電壓不變，小電容C1和C2減緩開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電壓上率；5）主管S1和S2驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)。S1和S4同時(shí)關(guān)斷，S2和S3同時(shí)關(guān)斷；6）改變驅(qū)動(dòng)脈寬，可調(diào)節(jié)兩端功率傳輸大小和方向趙永健.基于AVR的蓄電池化成監(jiān)控系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)D.保定：河北大學(xué)電氣工程學(xué)院，2009.。 下面通過(guò)介紹電池單元的主電路圖和選用的單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖來(lái)了解從哪些采樣點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)，然后進(jìn)單片機(jī)的哪些引腳，以及單片機(jī)和485通訊的引腳分配：1）電池單元的主電路圖3.2 主電路圖圖3.2為有源箝位反激式雙向DC-DC變換器主電路圖，左側(cè)為電池側(cè)，需要采樣蓄電池的電壓和電流、蓄電池測(cè)的主Mos管（Q4）電流；右側(cè)為直流側(cè)，需要采樣直流

30、側(cè)的電壓和電流、直流側(cè)的主Mos管（Q3）電流。2）電池單元選用的單片機(jī)從主電路采樣到的數(shù)據(jù)要送到單片機(jī)處理，圖3.3為本論文所采用的dspic33F系列單片機(jī)，2腳到7腳分別對(duì)應(yīng)需要采樣的6路數(shù)據(jù)，16腳到18腳分別和485通訊電路的發(fā)送、使能、接收引腳相連。圖3.3 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖3.2 采樣電路設(shè)計(jì)本節(jié)先對(duì)采樣硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后計(jì)算電路的理論變比，再和實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果進(jìn)行比較，最后介紹修正系數(shù)張雪圓.用于電池化成設(shè)備的雙向DC/DC變換器的研究D.北京：北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，2011.的作用。3.2.1 采樣硬件電路設(shè)計(jì) 首先我們需要知道，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)而言，需要顯示電池單元的哪些數(shù)據(jù)，

31、才能根據(jù)需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。 對(duì)于一個(gè)鋰電池單元，我們需要采集的數(shù)據(jù)有：蓄電池電壓、蓄電池電流、蓄電池測(cè)主Mos管電流、直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、直流側(cè)主Mos管電流。下圖便是這些數(shù)據(jù)的采樣電路圖3.4 電池電壓采樣電路、電池電流采樣電路 圖3.5 直流側(cè)電壓采樣電路、直流側(cè)電流采樣電路圖3.6 蓄電池側(cè)MOS管電流采樣圖3.7 直流側(cè)MOS管電流采樣注：1）采樣電路用了4個(gè)運(yùn)放，U2、U3、U4、U5；2）U2采樣電池的電壓電流；U5內(nèi)兩個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)采樣電池測(cè)主Mos管的電流；3）U3采樣直流側(cè)電壓電流；U9內(nèi)兩個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)采樣直流側(cè)主Mos管的電流；4）二極管上有0.2V的壓降；5）蓄電池測(cè)

32、電流采樣電阻為，直流側(cè)為；3.2.2采樣電路的理論變比：1）電池電壓采樣：Ubattery_ADC=0.5*Ubattery電池電壓Ubattery范圍為0-3.2V；Ubattery_ADC最大值為3.3V2）電池電流采樣：U7=20*(Ibattery2- Ibattery1)=20*Ibattery=0.2 IbatteryIbattery_ADC=(U7+3.3V)說(shuō)明：U7為運(yùn)放7腳電壓3）直流側(cè)電壓采樣：Udclink_ADC=Udclink Udclink_ADC=1/61Udclink直流側(cè)電壓Udclink為100V4）直流側(cè)電流采樣： U1=(Idcl ink1- Idcl

33、ink2)=5.1*Idclink=3.06IdclinkIdclink_ADC=(U1+3.3V)說(shuō)明：U1為運(yùn)放1腳電壓5）Mos管1電流采樣：iQ1_ADC=CT1=21CT1=0.21Imos16）Mos管2電流采樣：iQ2_ADC=CT1=6.1CT1=0.061Imos23.2.3 采樣電路實(shí)驗(yàn)變比1）電池電壓采樣：表3.1 電池電壓采樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果UbatteryUbattery_ADC變比4V2.04V0.512V1.05V0.525結(jié)論：,基本滿(mǎn)足變比。2）電池電流采樣：表3.2 電池電流采樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果Ibattery2Ibattery1Ibattery_ADCU7變比100mV0

34、mV2.63V1.84V18.4結(jié)論：，基本滿(mǎn)足變比。3）直流側(cè)電壓采樣：表3.3 直流側(cè)電壓采樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果UdclinkUdclink_ADC變比4.08V69mV1/59.132.08V36mV1/57.78結(jié)論：平均值為58.46，基本滿(mǎn)足變比。4）直流側(cè)電流采樣：表3.4 直流側(cè)電流采樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果Idclink1Idclink2Id_ADCU1變比300mV0mV2.62V1.85V6.17結(jié)論：，基本滿(mǎn)足變比。5）Mos管1電流采樣：表3.5 Mos管1電流采樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果CT1iQ1_ADCU1變比50mV2.24V1.04V20.8-50mV1.21V-1.01V20.2結(jié)論：，基本滿(mǎn)足

35、變比6）Mos管2電流采樣：表3.6 Mos管2電流采樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果CT2iQ2_ADCU1變比100mV2.04V624mV6.24-100mV1.44V-565mV5.65結(jié)論：，基本滿(mǎn)足變比表3.7 理論變比和實(shí)驗(yàn)變比對(duì)比理論變比（采樣電路輸出/輸入）實(shí)驗(yàn)結(jié)果電池電壓0.50.51電池電流2018.4直流側(cè)電壓1/611/58.46直流側(cè)電流5.16.17Mos管12120.08Mos管26.16.24 由表中數(shù)據(jù)可知，所要采樣的六組數(shù)據(jù)，其采樣電路的理論變比和實(shí)際變比基本符合。3.2.4 修正系數(shù) 由表中的數(shù)據(jù)，我們可以看出，采樣電路的理論變比和實(shí)際變比仍然存在著偏差，其中不乏測(cè)量產(chǎn)生的誤

36、差，但為了使采樣到的數(shù)據(jù)盡可能不失真的上傳到液晶，單片機(jī)會(huì)對(duì)采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。修正系數(shù)便由此而來(lái)，這里需要說(shuō)明的是修正系數(shù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，然后由液晶下發(fā)的。單片機(jī)10位ADC采樣，采樣到的數(shù)在單片機(jī)中都會(huì)轉(zhuǎn)化成01023之間的數(shù)（16進(jìn)制），即0-3.3V對(duì)應(yīng)0-1023，舉個(gè)例子；例：Ubattery=2V（在采樣上施加的信號(hào)），Ubattery_ADC=1V，對(duì)應(yīng)到單片機(jī)的值為310，再減去零點(diǎn)值0。（310-0）*修正系數(shù)/1000=200 ,即2V到單片機(jī)中上傳給液晶的數(shù)必須是200，這是個(gè)修正的過(guò)程。這里需要做下說(shuō)明，采樣到的值可能會(huì)是浮點(diǎn)數(shù)，必須轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制才能上傳給液晶，所

37、以在上傳之前會(huì)乘以100，液晶接收到數(shù)據(jù)再除以100將其還原。下表是通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的各個(gè)采樣值的修正系數(shù)。表3.8 修正系數(shù)蓄電池電壓修正系數(shù)665蓄電池電流修正系數(shù)3690蓄電池測(cè)Mos管電流修正系數(shù)3200直流電壓修正系數(shù)2030直流電流修正系數(shù)190直流側(cè)Mos管電流修正系數(shù)195修正系數(shù)得到之后，還要通過(guò)保護(hù)程序進(jìn)行驗(yàn)證，這里就不贅述了。3.3 485通訊電路設(shè)計(jì)3.3.1 485通訊硬件電路設(shè)計(jì) 485通訊電路在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用是十分重要的，無(wú)論是電池單元上傳數(shù)據(jù)還是液晶下發(fā)數(shù)據(jù)，都必須經(jīng)過(guò)485，下圖為485通訊電路。圖3.8 485通訊電路1腳和4腳分別連接單片機(jī)的接收和發(fā)送引

38、腳，6腳和7腳與液晶相連。其使能端EN由單片機(jī)IO口的輸出電平控制。3.3.2 485在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用本論文中，液晶和單片機(jī)通訊選用RS485總線(xiàn)通訊，不用RS232的原因是，液晶需要和多個(gè)電池單元通訊， RS232只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，而RS485可以連成網(wǎng)絡(luò)通訊徐旭.基于DSPic通信電源模塊數(shù)字控制研究D.西安：西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，2008.。RS485一般工作在半雙工的方式，任一時(shí)刻主從只能一個(gè)發(fā)。RS485聯(lián)網(wǎng)通訊存在一個(gè)容量的問(wèn)題，容量的大小限制了每個(gè)設(shè)備中充電單元的數(shù)目；RS485總線(xiàn)一般最多可連接256個(gè)節(jié)點(diǎn)，本論文中一個(gè)設(shè)備連接256個(gè)電池單元。液晶的采集腳本每隔一段時(shí)間都

39、要向單片機(jī)要數(shù)據(jù)，所以EN的初始狀態(tài)一直處于低電平，即485一直處于接收狀態(tài)，當(dāng)單片機(jī)接收到液晶索要數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包時(shí)，將使能端EN置1，使能485的發(fā)送，同時(shí)會(huì)存下這段數(shù)據(jù)，判斷液晶要的是什么數(shù)據(jù)，并將這個(gè)數(shù)據(jù)存入發(fā)送緩沖區(qū)，485會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，同時(shí)使能端EN回零。鋰電池化成單元的運(yùn)行數(shù)據(jù)就是按照這種方式上傳到液晶的，同樣，液晶需要下發(fā)一些系統(tǒng)參數(shù)也是按照這種方式進(jìn)行通訊的。本章總結(jié)： 對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采樣是十分重要的，數(shù)據(jù)從電池單元一直到液晶顯示是如何傳遞的，它在傳遞過(guò)程中發(fā)生了哪些變化,都是需要了解的。在485引腳配置的過(guò)程中，給使能端EN配置IO口，是十分重要的，必須將該IO口配置為

40、輸出。4 下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由前面幾章的討論，我們知道了鋰電池化成電源監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。液晶作為下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，承擔(dān)了監(jiān)控兩百個(gè)電池單元的重要責(zé)任。本論文的液晶顯示界面采用組態(tài)軟件MCGS的嵌入版進(jìn)行設(shè)計(jì)，通訊采用最常用的RS485。那么如何實(shí)現(xiàn)液晶的監(jiān)控功能，以及如何完成液晶和一個(gè)設(shè)備中兩百個(gè)電池的通訊，都是本章要討論的內(nèi)容。4.1下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能描述 一個(gè)鋰電池化成電源設(shè)備由兩百個(gè)電池單元和一塊液晶構(gòu)成，如圖所示；液晶作為下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，控制著整個(gè)設(shè)備中所有的電池單元的工作。圖4.1 下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖那么液晶的主要功能有：1）

41、設(shè)備單元啟停控制；2）運(yùn)行參數(shù)顯示；如輸入直流電壓、輸入直流電流、蓄電池電壓、充電電流、工作狀態(tài)(充電、放電、擱置)等；3）參數(shù)設(shè)定。包括調(diào)試參數(shù)(工作模式選擇、PI調(diào)節(jié)器、充放電電壓電流值、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)值、過(guò)熱保護(hù)值等)，以及電壓電流修正系數(shù)；4）充電曲線(xiàn)顯示；5）故障報(bào)警。顯示具體單元及故障類(lèi)別； 鋰電池化成電源的主要工作模式有四種，即恒流充電模式、恒壓充電模式、恒流放電模式、智能循環(huán)充放電模式鄭財(cái)暉.單體鋰離子電池化成設(shè)備的研究D.北京：北京交通大學(xué)電氣工程院，2008.。在這四種工作模式下，電池單元需要按照不同的參數(shù)去化成，所以液晶不僅能夠控制各個(gè)電池單元的化成模式，還要在不同的工作情

42、況中下發(fā)不同的化成參數(shù)。下表顯示了對(duì)液晶的具體要求。表4.1 鋰電池化成模式表序號(hào)功能說(shuō)明1恒流充電恒流充電須設(shè)置充電截止電壓值和恒流充電電流值。2恒壓充電恒壓充電須設(shè)置恒壓充電電壓值和充電截止電流值。3恒流放電放電采用恒流放電方式，須設(shè)置恒流放電電流值和放電截止電壓值。4智能循環(huán)充放電智能充放電是指充電、擱置、放電三個(gè)步驟由主控芯片自動(dòng)控制完成。使用時(shí)須設(shè)置好恒壓充電、恒流充電、放電相關(guān)參數(shù)，此外還需設(shè)置擱置時(shí)間和循環(huán)充放電次數(shù)。4.2電池單元與液晶的通訊4.2.1 電池單元與液晶的通訊方式電池單元和液晶的通訊需要遵守一定的通訊協(xié)議，并且它們之間傳遞的數(shù)據(jù)也遵守一定的格式，下面通過(guò)幾點(diǎn)說(shuō)明來(lái)

43、解釋液晶和電池單元之間的通訊格式： 1）液晶和電池單元之間傳遞的數(shù)據(jù)分成三種：運(yùn)行參數(shù)；系統(tǒng)參數(shù)；開(kāi)關(guān)機(jī)命令。系統(tǒng)參數(shù)又分成調(diào)試系數(shù)和修正系數(shù)。2）液晶不處理數(shù)據(jù)：液晶直接顯示上傳的運(yùn)行參數(shù)，直接下傳系統(tǒng)參數(shù)（包括調(diào)試參數(shù)、修正系數(shù)），不儲(chǔ)存數(shù)據(jù)；單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（修正）。3）傳遞的數(shù)據(jù)有一定的格式：或圖4.2 液晶和單片機(jī)傳遞的數(shù)據(jù)格式圖4）站點(diǎn)號(hào)識(shí)別具體電池單元命令碼區(qū)分是否需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（0x11H只顯示，0x50H存儲(chǔ)數(shù)據(jù)）序列號(hào)具體變量名稱(chēng) 總結(jié)：結(jié)合以上幾點(diǎn)說(shuō)明，可以發(fā)現(xiàn)，液晶需要要顯示運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)，就發(fā)包頭為04H、命令碼為0x11H的數(shù)據(jù)包；單片機(jī)回包頭06H、對(duì)應(yīng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的高低

44、字節(jié)的數(shù)據(jù)包；同樣，下發(fā)系統(tǒng)參數(shù)或開(kāi)關(guān)機(jī)命令，就下發(fā)包頭為06H的數(shù)據(jù)包；單片機(jī)收到數(shù)據(jù)，同樣要回包頭為04H的數(shù)據(jù)包。 另外，還有兩點(diǎn)需要說(shuō)明；1）由單片機(jī)上傳給液晶的數(shù)據(jù)，或者是液晶下發(fā)的數(shù)據(jù)，有小數(shù)存在的可能性，所以在傳遞時(shí)都需要乘以100，接收到之后再除以100還原。2）16位故障碼的每一位分別代表一種故障，如0x0010表示蓄電池側(cè)電壓過(guò)壓。具體哪一位代表何種故障，可以查看通訊協(xié)議。4.2.2 RS485總線(xiàn)通訊的特點(diǎn)1）聯(lián)網(wǎng)通訊：RS232接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通訊，所以本論文使用RS485接口；采用一條雙絞線(xiàn)電纜作為總線(xiàn)，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)，從總線(xiàn)到每個(gè)節(jié)

45、點(diǎn)的引出線(xiàn)長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以便使引出線(xiàn)中的反射信號(hào)對(duì)總線(xiàn)信號(hào)的影響最低高東.基于LabVIEW的鉛酸蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)D.大連：大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，2007.。2）總線(xiàn)容量：RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線(xiàn)制，任一時(shí)刻主從只能一個(gè)發(fā)；電池單元的站地址采樣8為二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，通訊方式以主機(jī)輪詢(xún)的方式進(jìn)行，液晶作為該網(wǎng)絡(luò)中的唯一一臺(tái)主機(jī)（只允許存在一個(gè)主設(shè)備），最多可同時(shí)連接256個(gè)從機(jī)，即256個(gè)電池單元。3）傳輸速率：RS485接口的最大傳輸速率可達(dá)10Mb/s，傳輸速率越大，傳輸距離反而越小，因此并不是速率越快越好。本論文中，電池單元選用的單片機(jī)為dispic33F16GS

46、402,其UxTX和UxRX引腳配置成全雙工8位數(shù)據(jù)傳輸何銀吉.基于DSP的蓄電池化成檢測(cè)電源控制的研究D.哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，2006.，波特率設(shè)置成9600Baud，信息傳輸速率即比特率為9600*8=76800b/s。因此總線(xiàn)上的傳輸速率為76800b/s。4.3 MCGS嵌入式組態(tài)軟件簡(jiǎn)介MCGS專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，MCGS嵌入式包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分。它的組態(tài)環(huán)境即開(kāi)發(fā)一個(gè)MCGS實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)所需要的環(huán)境可以在Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行。運(yùn)行環(huán)境即液晶的操作系統(tǒng)是WindowsCE。應(yīng)用MCGS嵌入式組態(tài)軟件開(kāi)

47、發(fā)出來(lái)的應(yīng)用系統(tǒng)適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴(yán)格要求的專(zhuān)門(mén)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶(hù)提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。此外MCGS嵌入式還帶有一個(gè)模擬運(yùn)行環(huán)境，用于對(duì)組態(tài)后的工程進(jìn)行模擬測(cè)試，方便用戶(hù)對(duì)組態(tài)過(guò)程的調(diào)試。4.3.1 MCGS嵌入式組態(tài)軟件的體系結(jié)構(gòu)MCGS嵌入式體系結(jié)構(gòu)分為組態(tài)環(huán)境、模擬運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境三部分組成。 組態(tài)環(huán)境和模擬運(yùn)行環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，可以在PC機(jī)上運(yùn)行。它幫助用戶(hù)設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的組態(tài)工程并進(jìn)行功能測(cè)試。 運(yùn)行環(huán)境則是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它

48、按照組態(tài)工程中用戶(hù)指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶(hù)組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境本身沒(méi)有意義，必須與組態(tài)工程一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，并且將組態(tài)好的工程通過(guò)串口下載到下位機(jī)的運(yùn)行環(huán)境中，組態(tài)工程就可以離開(kāi)組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在下位機(jī)上。從而實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性、確定性和安全性。4.3.2 由MCGS開(kāi)發(fā)的用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成 由MCGS開(kāi)發(fā)的用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、用戶(hù)窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五個(gè)組成部分構(gòu)成陳剛.軟開(kāi)關(guān)雙向DC-DC變換器的研究D.杭州：浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，2002.，如下圖所示。圖4.3 用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相當(dāng)于

49、一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，用來(lái)管理所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中用到的所有數(shù)據(jù)都來(lái)自實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，外部設(shè)備采集來(lái)的數(shù)據(jù)也放入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，由用戶(hù)調(diào)用。2）主控窗口構(gòu)造了應(yīng)用系統(tǒng)的主框架。3）設(shè)備窗口是用戶(hù)系統(tǒng)與外部設(shè)備聯(lián)系的媒介。4）用戶(hù)窗口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和流程的可視化，主要是在用戶(hù)窗口設(shè)計(jì)用戶(hù)界面。5）運(yùn)行策略是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程實(shí)現(xiàn)有效控制的手段。4.4基于MCGS組態(tài)軟件的液晶監(jiān)控界面設(shè)計(jì)本節(jié)主要是設(shè)計(jì)用戶(hù)界面，液晶的監(jiān)控界面主要在用戶(hù)窗口中進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括初始化自檢和參數(shù)覆蓋界面、主菜單界面。4.4.1 初始化自檢和參數(shù)覆蓋界面設(shè)計(jì)初始化界面包括初始化自檢和參數(shù)覆蓋界面。下圖為開(kāi)機(jī)初始化時(shí)的流程圖。圖4.4

50、 開(kāi)機(jī)初始化流程圖1）液晶開(kāi)機(jī)主界面圖4.5 液晶開(kāi)機(jī)主界面開(kāi)機(jī)后進(jìn)入液晶主界面，點(diǎn)擊“進(jìn)入”會(huì)跳入初始化界面。2）初始化界面圖4.6 初始化界面 初始化界面，液晶向兩百個(gè)電池單元統(tǒng)一下發(fā)一組數(shù)據(jù)，通過(guò)判斷是否接收到正確數(shù)據(jù)判斷通訊是否正常。3）初始化錯(cuò)誤界面圖4.7 初始化錯(cuò)誤界面初始化錯(cuò)誤界面；當(dāng)出現(xiàn)通訊故障時(shí)，就會(huì)跳入初始化錯(cuò)誤界面，這里會(huì)具體顯示液晶和哪個(gè)電池單元之間通訊不正常。點(diǎn)擊“重新初始化”會(huì)重新初始化一遍，點(diǎn)擊“繼續(xù)”，液晶會(huì)比較存儲(chǔ)的系統(tǒng)參數(shù)和單片機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)是否相同。如果相同和直接跳主菜單界面，如果不同，會(huì)跳入?yún)?shù)覆蓋界面。4）參數(shù)覆蓋界面圖4.8 參數(shù)覆蓋界面用戶(hù)可以選擇

51、參數(shù)覆蓋方式為主機(jī)覆蓋從機(jī)或從機(jī)覆蓋主機(jī)。之后進(jìn)入主菜單界面。4.4.2 主菜單界面設(shè)計(jì)主菜單界面包括六個(gè)子菜單界面。如圖4.9所示圖4.9 主菜單界面結(jié)構(gòu)圖1）運(yùn)行模式界面圖4.10 運(yùn)行模式界面主菜單界面的最上方菜單欄顯示了界面的主要功能。運(yùn)行模式界面中，用戶(hù)可以選擇不同的運(yùn)行模式，在不同的運(yùn)行模式下輸入化成參數(shù)，點(diǎn)擊“下載參數(shù)”，再點(diǎn)擊“運(yùn)行”便是下發(fā)開(kāi)機(jī)命令，各個(gè)電池單元便會(huì)開(kāi)始工作。2）運(yùn)行數(shù)據(jù)界面圖4.11 運(yùn)行數(shù)據(jù)界面運(yùn)行數(shù)據(jù)界面；可以顯示各個(gè)電池單元的運(yùn)行數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)曲線(xiàn)一欄中，點(diǎn)擊小圖，便會(huì)進(jìn)入實(shí)時(shí)曲線(xiàn)界面。3）實(shí)時(shí)曲線(xiàn)界面圖4.12 實(shí)時(shí)曲線(xiàn)界面實(shí)時(shí)曲線(xiàn)界面；可以顯示某個(gè)電池

52、單元的某個(gè)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)。4）系統(tǒng)參數(shù)界面圖4.13 系統(tǒng)參數(shù)界面 系統(tǒng)參數(shù)界面；用戶(hù)必須設(shè)置電池單元的系統(tǒng)參數(shù)，包括調(diào)試系數(shù)和修正系數(shù)。5）其他設(shè)置界面圖4.14 其他設(shè)置界面其他設(shè)置；用戶(hù)可以修改密碼，校準(zhǔn)時(shí)間。4.5基于MCGS的組態(tài)過(guò)程和腳本驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)上一節(jié)只是介紹了用戶(hù)使用的界面和界面的功能，界面只是最初的一個(gè)構(gòu)思，他為用戶(hù)提供窗口，可是界面功能的實(shí)現(xiàn)，還需要通過(guò)組態(tài)來(lái)完成，才能組成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，最方便理解的說(shuō)法就是這個(gè)界面想要拿來(lái)和單片機(jī)通訊，需要再建立一個(gè)文件.MDR文件。在組態(tài)軟件里建立的用戶(hù)界面產(chǎn)生的是MCE文件，這個(gè)文件在液晶可以獨(dú)立運(yùn)行，但是現(xiàn)在需要液晶和下面的

53、單片機(jī)進(jìn)行通訊，所以需要開(kāi)發(fā)腳本驅(qū)動(dòng)（.MDR文件）。1）構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 前面已經(jīng)介紹了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的重要性，我們需要操作的數(shù)據(jù)都放在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括通訊協(xié)議中的所有參數(shù)，以及建立用戶(hù)窗口時(shí)自己定義的參數(shù)。一般使用的數(shù)據(jù)是數(shù)值型和字符型，成組添加時(shí)選擇組對(duì)象。當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造完成之后，需要自己組建用戶(hù)窗口，即設(shè)計(jì)界面，當(dāng)界面設(shè)計(jì)好之后，需要添加腳本驅(qū)動(dòng)。2）開(kāi)發(fā)腳本驅(qū)動(dòng)通過(guò)建立設(shè)備通道，來(lái)建立和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)系；通過(guò)編輯設(shè)備命令和設(shè)備腳本，不僅可以實(shí)現(xiàn)界面很多需要與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)建立關(guān)系才能實(shí)現(xiàn)的命令，還實(shí)現(xiàn)了和單片機(jī)的通訊的能力；3）添加腳本驅(qū)動(dòng) hcdc. MDR（化成電源）是自己在MCGS腳

54、本驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)軟件中構(gòu)造的腳本驅(qū)動(dòng)，它是一個(gè). MDR文件，在組態(tài)設(shè)備窗口中將事先做好的. MDR文件添加到設(shè)備窗口中；添加了腳本驅(qū)動(dòng)，界面就可以和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信了本章總結(jié)：在下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，液晶作為控制中心，不僅需要接收兩百多個(gè)電池的數(shù)據(jù)，還要顯示數(shù)據(jù)并上傳到遠(yuǎn)端服務(wù)器，同時(shí)還要接收遠(yuǎn)程PC機(jī)傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)；并且，液晶可以脫離PC機(jī)的控制，獨(dú)立的完成監(jiān)控該設(shè)備中所有電池化成的工作。液晶與各個(gè)電池單元的通訊需要遵守一定的通訊協(xié)議，且有一定的數(shù)據(jù)格式；液晶界面只是面向用戶(hù)開(kāi)發(fā)的可視化操作界面，想要實(shí)現(xiàn)液晶界面的監(jiān)控能力，必須開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)，而MCGS提供了開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)的軟件。設(shè)備通道和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)一一

55、對(duì)應(yīng)，當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的值改變時(shí)，設(shè)備通道中的值就會(huì)發(fā)生改變，設(shè)備腳本中的腳本程序便會(huì)動(dòng)作，下發(fā)數(shù)據(jù)或者上傳數(shù)據(jù)，這時(shí)可以調(diào)用事先編好的自定義子函數(shù)。界面許多按鍵背后都有程序以執(zhí)行相應(yīng)的命令，這些命令的實(shí)現(xiàn)都要依靠設(shè)備命令。因此，僅僅依靠界面，是不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電池單元的監(jiān)控的，必須開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)想要的功能。5 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖 獨(dú)立的化成監(jiān)控器，往往需要大量的有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來(lái)維護(hù)，消耗了大量的精力和物力。當(dāng)把它們連成了網(wǎng)絡(luò)后，只要在PC機(jī)上就可以完成對(duì)大批量鋰電池化成的監(jiān)控楊志勇.鋰電池智能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，07期.。因此，在鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中，智能化網(wǎng)絡(luò)化的化成監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。那么對(duì)處在網(wǎng)絡(luò)終端的上位機(jī)便提出了更高的要求。 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示，每臺(tái)化成設(shè)備由若干個(gè)電池單元組成，電池單元通過(guò)485通訊線(xiàn)與設(shè)備液晶面板通訊，各設(shè)備單元通過(guò)以太網(wǎng)與主機(jī)連接王斯然.鋰電池饋電并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.電網(wǎng)技術(shù),2009,16期.。圖5.1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖5.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能描述 每一個(gè)液晶可監(jiān)測(cè)兩百多個(gè)單體電池，單片機(jī)對(duì)各個(gè)電池的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，送液晶顯示。上位機(jī)即控制中心PC機(jī)作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，能定期查詢(xún)所有運(yùn)行組的監(jiān)測(cè)器，下載并處理儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存和顯