基于LabVIEW的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
由于交流市電在供應(yīng)的過程中可能會出現(xiàn)停電、電壓下陷上涌、持續(xù)欠壓過壓以及頻率波動等不確定的干擾因素，這些因素會對網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)運行造成影響，甚至對處于運行狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器造成損壞。各個企業(yè)在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的時候，在計算機網(wǎng)絡(luò)供電方面都會采取必要的措施以提供高質(zhì)量的UPS電源。這其中蓄電池組作為動力供應(yīng)的最后保障，無疑是電源中的最后保險。而蓄電池的工作狀態(tài)將直接影響UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以必須對電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測?？梢姡瑢﹄娫粗行铍姵氐臏?zhǔn)確監(jiān)測變得非常重要。為了實現(xiàn)對蓄電池各參數(shù)的準(zhǔn)確檢測，在做了需求分析的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計了一種基于Labview的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”)設(shè)計方案。該系統(tǒng)能夠完成對其準(zhǔn)確檢測。
1 監(jiān)測需求分析
針對為滿足某型UPS電源蓄電池參數(shù)進(jìn)行檢測的需求，對電池智能化綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)的分析，得到系統(tǒng)采集信號共分為以下4個參數(shù)：電池的電壓、電流、溫度、電量等主要參數(shù)進(jìn)行采樣等信號。要想完成對以上信號的測試，需要做好以下幾個方面。首先該監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能檢測處于各種工作狀況的輸入信號；其次，應(yīng)能將檢測的數(shù)據(jù)與PC機通信；再次，還應(yīng)具有將數(shù)據(jù)顯示并處理。
2 總體設(shè)計
該監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，在對蓄電池參數(shù)的檢測過程中，通過采集模塊監(jiān)測蓄電池運行的情況，監(jiān)測電流是否在正常范圍內(nèi)，監(jiān)測單電池電壓是否正常，利用MCU控制器(AT89S52)及DS2438器件采集蓄電池各參數(shù)；采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過RS232串行接口電路送達(dá)計算機；同時根據(jù)采集上傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行容量的預(yù)估與測算，借助蓄電池數(shù)據(jù)(電壓、電流、溫度、電量)，構(gòu)筑蓄電池的監(jiān)測系統(tǒng)。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
監(jiān)測系統(tǒng)硬件主要由RS232串行通信接口電路、AT89S52控制器、DS2438蓄電池參數(shù)采集電路等組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。系統(tǒng)是基于Labview的串行通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以PC機作為上位機，單片機(AT89S52)作下位機，上位機發(fā)送采集指令觸發(fā)下位機通過P2口讀取DS2438采集的電池參數(shù)值，并利用P3．0和P3．1的串行輸入輸出端，通過串口芯片MAX232傳輸給上位機的串口，利用Labview采集并轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，再通過Labview進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。
3．1 電池溫度參數(shù)的測量
3．2 電池電壓參數(shù)的測量
DS2438內(nèi)置了一個10位的電壓A／D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)選定一個電阻R1=1 MΩ，通過公式14×1 MΩ／(1 MΩ+R)=10 V得R2=390 kΩ，U實際為實際單節(jié)蓄電池的電壓，U測量為DS2438測量的電壓值，根據(jù)如下公式，U實際=U測量(1 MΩ+0．39 MΩ)／1MΩ，可以在單片機中完成測量值轉(zhuǎn)換為實際值。
3．3 電池電流參數(shù)的測量
DS2438內(nèi)置了一個電流A／D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)單片機發(fā)出A／D轉(zhuǎn)換器使能信號，DS2438對流過采樣電阻電流自動進(jìn)行測量，測量的結(jié)果存放于電流寄存器(第0頁5、6字節(jié))中。對電流的采集電阻的選擇，應(yīng)不影響電池的使用，故選擇小阻值電阻，且電阻精度要求高。設(shè)計采用Rsers= 0．025 Ω電阻。
為了抵抗電池干擾，設(shè)計RC低通濾波器。通過計算選擇R：100 kΩ，C：0．1μF，截至頻率為：
F=1／(2πRC)=15．9 Hz (1)
對于DS2438的AD轉(zhuǎn)換頻率是36．41 Hz，該低通濾波器有效地濾除劍鋒脈沖，保障電流累加器準(zhǔn)確獲取采樣信號。
3．4 電池剩余電量的測量
電池的剩余電量用集成電流累加器(ICA)的值求得。ICA是一個累積電池組投入使用后的全部流入和流出電池電流的寄存器，其值是由DS2438定時自動測量外接電阻Rsers幅的電壓后更改的，無需對其進(jìn)行控制，只需單片機讀出ICA寄存器的值，然后由下式計算得出電池的剩余電量：
剩余電量=ICA／(2048xRsers) (2)
其中Rsers的單位為Ω。
4 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計
該監(jiān)測系統(tǒng)的軟件采用Labview編程，Labview是美國國家儀器公司(NI公司)推出的專為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)表達(dá)的圖形化編程環(huán)境，它是一個開放的開發(fā)環(huán)境，具有PCI，PXI，RS-232／485，USB等各種儀器通訊總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，開發(fā)者可以利用這些函數(shù)與不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)據(jù)采集硬件交互工作。本系統(tǒng)采用NI_VISA串口Serial函數(shù)來訪問和控制串口，從而實現(xiàn)串口通信功能。首先。利用VISA Con2figure SeriM Port．vi進(jìn)行串口初始化，然后利用VISA write．vi向?qū)懢彌_區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)讀取指令，最后利用VISA rea d．vi以字符串形式讀取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的8位二進(jìn)制數(shù)，并利用HexadeeimalString To Number節(jié)點將8位字符串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成數(shù)字型數(shù)據(jù)，提供給控制電路。
在設(shè)計過程中采用模塊化編程，方便更新、維護(hù)與拓展，整個系統(tǒng)由溫度數(shù)據(jù)采集模塊、電壓數(shù)據(jù)采集模塊、電流數(shù)據(jù)采集模塊、電量數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊和系統(tǒng)幫助模塊等組成。監(jiān)測系統(tǒng)利用Labview程序發(fā)送16進(jìn)制數(shù)據(jù)給單片機，啟動各采集模塊采集數(shù)據(jù)，實時記錄參數(shù)，利用上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。既實現(xiàn)了采集監(jiān)控的功能，又可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理和分析。系統(tǒng)軟件設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
下位機軟件采用C語言編寫，包括DS2438的讀寫和串口通信兩個主要部分。上位機軟件采用Labview編寫。相關(guān)程序段如下所示。
系統(tǒng)下位機主函數(shù)：
5 實驗應(yīng)用
6 結(jié)論
文中設(shè)計的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)，既可對電池參數(shù)進(jìn)行實時的采集與顯示，又可實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程的控制，能夠滿足系統(tǒng)的測量需求。對該測試系統(tǒng)已用于某型蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行測試，實際應(yīng)用表明該測試系統(tǒng)具有檢測準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、人機界面友好等特點，達(dá)到了設(shè)計要求。而且系統(tǒng)擴(kuò)展后可運用于UPS電源電池組的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與測控。
下載文檔
