基于以太网通信之蓄电池在线检测体系研究,通信工程论文

第1章绪论

1.1课题研究背景与实际意义
蓄电池作为供电设备在汽车、飞机、船舶等交通工具中得到广泛的应用；在医院、通信等企市业单位中，蓄电池是主要的后备电源，其地位己无法取代。在这种情况下，蓄电池的稳定性与可靠性就更加需要受到关注，一旦重要领域的蓄电池组发生故障，会导致无法想象的后果，其损失也是无法估量的。定期对蓄电池组的各项性能进行检测，是确保蓄电池组安全、可靠运行的主要方式。管理人员想要对数量众多、布置密集、尚未使用大量传输线缆的蓄电池组进行逐一检测，工作量极大且无法保证数据的精确度。并且，蓄电池组工作时会产生有害气体，会对管理人员的身体健康造成危害。在科学技术不断发展的今天，通过计算机实现自动使用、检测和管理蓄电池组是大势所趋。所以，通过蓄电池参数检测系统实时在线检测、评估蓄电池的状态，对获得最大的安全效益和经济效益有着重要的实际意义⑴：
(1)提高系统的可靠性，避免蓄电池损坏或爆炸的危险；
(2)保证直流系统所需电能，保证系统正常工作；
(3)延长蓄电池的使用寿命；
(4)减少现行人工维护蓄电池的作业量和维护成本，提高工作效率；
(5)使得维护工作和设备管理模块化、定量化。
综上所述，本文根据实际项目，探讨并设计了一种适应于蓄电池组检测的系统，同时给出了实施步骤。
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1.2课题国内外研究现状与存在的问题
安装在圣巴巴拉某区电车电池上的蓄电池监测系统BMS通过蓄电池数据来分析电池与车辆的运行状况。该系统通过采集蓄电池剩佘容量的数据对接近极限状态的蓄电池进行报警，同时对蓄电池数据进行记录，便于对蓄电池进行分析与维护。该系统拥有16路单节蓄电池电压采集通道，4路测量单节蓄电池温度及工作环境温度、蓄电池组电压与电流的数据通道。该管理系统不同于简单的监测蓄电池系统，该系统具有管理和控制蓄电池的功能。因为恒压充电无法满足不同蓄电池所需不同的充电电流，此系统改变蓄电池“恒压充电”的方法来管理蓄电池。VMS系统中包含了 BMS系统中对单节蓄电池电压、蓄电池内部温度、蓄电池放电电流以及放电过程中蓄电池组总电压的监测，并且可以对蓄电池进行分析，管理和控制。因此更有利于维护蓄电池，延长蓄电池使用寿命在韩国，有人对光伏系统中蓄电池状态的检测展开了研宄，独立光伏系统使用铅酸蓄电池作为储存能量的设备，预防蓄电池的过度充电或过度放电，对延长整个系统的服务寿命起到十分重要的作用。该系统对蓄电池组检测的内容包括：单电池电压、电池组总电压、蓄电池组流过电流和电解液比重等。该系统不仅检测以上这些内容，而且运用“电流中断”技术，来连续测量充电时蓄电池内阻，从而得到蓄电池的老化趋势。
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第2章蓄电池基本工作原理与主要技术参数

2.1蓄电池基本工作原理
蓄电池是利用化学能与电能相互转换原理制成的，其在充、放电过程中伴随着化学反应。蓄电池储存能量的过程是在充电时，将电能转换成化学能的过程，而在给负载提供电能的时候，就是将储存旳化学能转化为电能进行放电。铅蓄电池一般由作为正极的二氧化铅(Pb02)，作为负极的海绵状纯铅(Pb)，以及H2SO4水溶液作为电解液组成的，蓄电池中正、负极极板都是浸在蓄电池电解液里。在蓄电池放电过程中，正极上的Pb02与负极上的Pb和电解液反应生产PbS04，释放所储存的电能，H2SO4的水溶液的浓度下降。蓄电池处于充电状态时，电解液中的PbS04氧化还原成Pb02和Pb, H2SO4水溶液的浓度升高。蓄电池充放电过程中发生的氧化还原反应所产生的离子和电子是形成电流的主要物质。蓄电池在工作过程中很难避免电解液中的水被电解，产生氢气与氧气，从蓄电池中慢慢挥发出来，因此早期蓄电池需要定期进行电解液的浓度的调整，以达到最佳的性能。如今，蓄电池在两极之间添置多孔隔板，使得在充电过程中产生的氧气可以顺利地移动到负极处，并被负极吸收，减少电解液中的水的流失，这种负极吸收技术避免了给蓄电池进行补水的工作，从而推进了密封蓄电池的发展。
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2.2蓄电池主要技术参数
蓄电池容量包括标称容量、额定容量、理论容量、剩余容量和实际容量等。因为蓄电池的使用环境状况存在着很多差异，对蓄电池的容量的影响也会不同，所以一般检测的都是蓄电池的实际容量。安时(A.h)或瓦时(W.h)用来表示完全充满电的铅蓄电池根据一定的放电条件，放电至规定的终止电压期间所能放出的电量。A.h容量乘上放电过程中的平均电压得到W-h容量。其中A.h表示蓄电池的输出电量，表示蓄电池做功时释放的能量。实际过程中，将蓄电池放电至预设电压所需时间与预定放电过程中的电流的乘积称为蓄电池容量，该值小于理论容量。蓄电池容量的下降是蓄电池老化最明显的表现，若要延长蓄电池的使用寿命就要对蓄电池性能进行准确的掌握。实际运用中用放电试验来检测蓄电池容量的方法得出的数据比较可靠，但是对蓄电池也造成了一些隐患与限制：当蓄电池处于工作状态时，由于蓄电池两极之间连接着负载，在放电的过程中，蓄电池电压不断下降。蓄电池电压无休止地下降会对蓄电池造成很大的损害，所以设定一个电压界限对蓄电池进行保护，该界限称为放电终止电压[23]。但是放电终止电压不是一个定值，而是要根据蓄电池不同的工作状态来决定。如果放电电流越大，放电终止电压就可以越低；而放电电流越小，则放电终止电压就需要越高。
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第3章蓄电池检测系统设计方案......... 11
3.1 系统设计要求 .........11
3.2 系统设计方案选择......... 12
3.2.1 系统的功能分解 .........12
3.2.2 系统方案选择......... 12
3.3 处理器模块设计......... 13
3.3.1 微处理器简介与选择......... 13
3.3.2 TMS320F2812 的特点......... 14
3.4 实时数据釆集模块设计......... 15
3.5 远程通信模块设计 .........17
3.6 以太网通信协议的选择......... 18
3.7 本章小结.........    20
第4章系统硬件设计......... 21
4.1 系统硬件设计方案......... 21
4.2 实时数据采集模块设计......... 22
4.3 远程通信模块设计......... 28
4.4 本章小结 .........30
第5章系统软件设计 .........31
5.1 系统软件方案设计......... 31
5.2 测温模块软件设计......... 32
5.2.1 DS18B20 操作指令......... 32
5.2.2 DS18B20的程序设计......... 33
5.3 以太网接口程序设计......... 34
5.4 TCP/IP通讯程序设计......... 41
5.5 本章小结.........  47

第6章系统测试

6.1光电隔离输出信号测试
通过表6.1、表6.2中给出的各组数据可以得出系统测得单节蓄电池电压与单节蓄电池实际电压还差存在着一定的误差。这些误差产生的原因是在A/D转换电路中对信号调理电路的输出电压进行了电阻分压，电阻真实阻值与标称值存在着误差，所以系统测得电压与数字万用表测得的实际电压存在着误差。主动切断方确认一个FIN段应答后，收到对方发送一个ACK段，并进入FIN_WAIT—2状态。此后，从另一个方再收到一个FIN段，进入TIME_WAIT状态。被动切断方在LAST_ACK状态下再接受到FIN段后回复送一个ACK段，，进入CLOSED状态，这意味着TCP协议通信结束。然而，主动切断方的TIME_WAIT状态不能立即转换到CLOSED状态，因为最后发送的ACK包丢失，但也能从被动切断方接收到一个FIN段。主动切断连接方预计到这种情况，确认对方转移到CLOSED状态前，不能主动转移到CLOSED状态。

总结

拥有广阔实用前景的蓄电池在线检测系统必将成为蓄电池检测行业的发展趋势。本文以DSP开发平台作为基础，建立设计了蓄电池在线检测系统。本文完成了以下几项工作：
(1)对国内外的蓄电池检测系统的现状以及发展趋势进行了解与研究，并作为参考，建立自己的蓄电池检测系统。
(2) TI公司生产的TMS320F2812型DSP芯片作为本设计的控制核心，以太网控制芯片则选取了 RLT8019AS,以其为基础设计以太网电路，作为DSP与以太网相互通信的桥梁。
(3)在对TCP/IP协议进行了深入的探究后，对常用的TCP/IP协议做一定的调整，编写一套简易的协议栈，作为DSP与以太网互相通信的软件基础。
(4)运用简易的TCP/IP协议栈构建平台，使用户可以通过计算机网络进行远程检测。
(5)对系统性能进行测试，采集系统测试数据与期望值比较，分析误差原因，改进计算方法，提高测量精度。
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参考文献（略）