蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口設(shè)計

1引言

　　蓄電池的化成充放電過程是一個在外加電壓下復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，需要監(jiān)控系統(tǒng)對極板電流電壓值進(jìn)行監(jiān)視并對充放電參數(shù)不斷調(diào)整。一般一個蓄電池生產(chǎn)廠有上十臺甚至上百臺化成充電機(jī)在各自控制系統(tǒng)的控制下同時運(yùn)行，而這些控制系統(tǒng)通常以RS485/CAN總線連接，通過串口與上位機(jī)實現(xiàn)主從式通信。隨著網(wǎng)絡(luò)化日益普及，出現(xiàn)了底層依然采用RS485總線連接，而留出以太網(wǎng)接口直接用于與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)連接。這里重點講述以太網(wǎng)連接的實現(xiàn)過程。
 

　　2監(jiān)控系統(tǒng)的組成及原理

　　該系統(tǒng)以AVR為主控制核心，由CS5460A實時采集電流電壓值發(fā)送到主控制器。主控制器根據(jù)實時數(shù)據(jù)，采取特定充放電機(jī)制，由D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615通過電壓跟隨器輸出0～5 V電壓以控制外部電源電路，進(jìn)而對蓄電池極板進(jìn)行不同的充放電過程。選用RTL8019AS作為網(wǎng)卡，系統(tǒng)內(nèi)嵌uIP協(xié)議棧，從而實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)與PC機(jī)的以太網(wǎng)連接。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　3.1主控制器的選擇

　　Atmega128采用RISC結(jié)構(gòu)，128 Kb可在系統(tǒng)編程/應(yīng)用編程Flash程序存儲器，4 Kb EEPROM，4 Kb SRAM，豐富的片內(nèi)資源很方便運(yùn)行一個小型的操作系統(tǒng)，如μC/OS-Ⅱ可以嵌入TCP/IP協(xié)議。

　　3.2數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計

　　CS5460A器件負(fù)責(zé)采集極板的電流電壓瞬時值，它是一種帶有能量計算引擎的CMOS單芯片功率測量器件，可以測量瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、能量以及RMS電流和RMS電壓。它采用SPI接口與主機(jī)對應(yīng)接口連接，具有4個I/O口，分別是片選CS、數(shù)據(jù)串入SDI、數(shù)據(jù)串出SDO和串行時鐘SCLK。為避免外部干擾，它與主控制器之間由光電隔離器件6N137進(jìn)行隔離。數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示。其中，VIN+，VIN-為電壓輸入端，用于檢測充放電回路中的瞬時電壓值;IIN+，IIN-為電流輸人端，用于檢測瞬時電流。豐控制器外擴(kuò)并行存儲器AM29F040B及時保存采樣值，外接串行EEP-ROM AT24C04保存充放電參數(shù)。

　　3.3以太網(wǎng)接口電路設(shè)計

　　RTL8019AS是一種高度集成的10 MB以太網(wǎng)控制器，與NE2000兼容，支持8位、16位數(shù)據(jù)總線;內(nèi)置16 KBSRAM緩存;可連接同軸電纜和雙絞線，并可自動檢測所連接的介質(zhì)，其連接電路示意圖如圖3所示。

　　RTL8019AS的JP引腳決定網(wǎng)卡的工作方式。設(shè)計中JP引腳接高電平(VCC=+5 V)，即使用跳線方式，此時可省掉外部EEPROM。主機(jī)通過I/O模式訪問以太網(wǎng)控制器。RTL80-19AS工作在8位模式下，其引腳IOCS16B經(jīng)電阻接地，所有的控制功能或數(shù)據(jù)傳輸都是通過訪問地址偏移為00H～1FH寄存器完成的，所以只需5條地址線(SA4～SA0)即中。在跳線方式下RTL8019AS的I/O地址由引腳IOS3～I(xiàn)OS0決定。將IOS3～I(xiàn)OS0對應(yīng)引腳全部接低電平，SA8和SA9接高電平，這時RTL8019AS的I/O基地址為300H。8位數(shù)據(jù)線是SD0～DS7。PL0和PLl1地，采用雙絞線連接。AEN是地址使能端，低電平有效。

　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　4.1系統(tǒng)任務(wù)模塊的組成

　　系統(tǒng)任務(wù)共分五大模塊，即采集模塊、充放電控制模塊、RS485總線通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊、故障檢測模塊。其中充放電控制模塊根據(jù)設(shè)置的工藝參數(shù)，由D/A輸山0～5V間指定的電壓和電壓保持時間;故障檢測模塊包括電流故障、斷流故障、過流故障、程序錯誤故障、電源欠壓故障和短線故障。

　　4.2以太網(wǎng)通信模塊的程序設(shè)計

首先編寫網(wǎng)卡的驅(qū)動程序，以完成網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)掘鏈路層的任務(wù)，它對上層提供3個接口函數(shù)：

　　由于該系統(tǒng)采取多任務(wù)機(jī)制，因此內(nèi)嵌小型操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ。uIP的結(jié)構(gòu)非常簡單，網(wǎng)卡只需將接收的包填人uip_buf，設(shè)置uip_len的長度為包長，然后在uIP的輪詢循環(huán)中檢查uip_len是否大于零。該程序?qū)⒁蕴W(wǎng)通信作為μC/OS-Ⅱ的一個任務(wù)，部分程序代碼如下：

　　5 結(jié)語

　　帶有以太網(wǎng)接口可使控制系統(tǒng)與上層網(wǎng)絡(luò)直接連接，但它需要有一直延伸到工廠底層的以太網(wǎng)支持，設(shè)備內(nèi)嵌Web服務(wù)器使得其有條件直接通向互聯(lián)網(wǎng)與外界直接溝通信息。