摘要:目前在消防应急电源系统中,蓄电池作为系统的能量来源,它的质量对系统的高效安全存在至关重要的影响,所以对蓄电池在线监测的产品也应运而生。根据传统在线监测系统的方法和不足,本文介绍的巡检仪采用单片机作为整个系统的核心,通过光耦对电池组和系统进行隔离,并对每节电池进行快速采样,通过软件算法缩小采样值与实际值的误差,以达到要求精度,本系统还提供了与上位机的通信接口。 |
当前市场上的蓄电池在线监测方法主要有整组监测、单电池电压监测,以及电池内阻在线监测。其中整组监测是指对整个电池组进行检测,从而无法筛选出已老化的电池;单电池电压监测是对整组监测的提高,它同时也对每节电池进行监测,这样可以判断出个别电池是否损坏,但是它只能发现损害较为严重的个别电池;电池内阻在线监测,是对电池进行内阻测量,它可以有效地发现性能下降的落后电池,但是该方法价格高,采样引线处理难,并且存在更大的安全隐患,而且技术含量高,精密度要求高,所以对大部分普通用户来说难于承受!
本文介绍的蓄电池巡检仪就是采用比较适用的单电池电压监测,并根据传统电池电压采样的方法和不足,设计一种相对简单,但精度较高,速度更快而且较为便宜的系统。本系统采用Microchip公司的单片机作为系统的核心,通过光耦对电池组和系统进行隔离和模拟信号的传输,再通过软件算法减少因光耦非线性传输引起的误差,有效实现精度的提升,当出现故障电池时进行声光报警,本系统还提供了与上位机的通信接口。
1、系统组成模块及主要功能
本蓄电池电压巡检仪采用模块化设计,其包括4个模块:巡检采样模块、按键输入模块、显示报警模块、通信模块。
巡检采样模块:通过光耦隔离和信号传输,对每节电池进行电压采样。
按键输入模块:通过按键设置各种参数。
显示报警模块:通过LED数码管将参数和采样量输出,当故障时进行声光报警
通信模块:通过RS-232协议与上位机进行通讯,将各种参数和采样量输出至上位机,以供上位机进行各种操作。
其模块框图如图1所示:
图1 系统模块框图
2.巡检采样模块工作原理及方案设计
该模块在系统中是非常重要的,因为它决定了所有判断和显示是否和实际情况符合。目前就单电池电压监测方法也有很多种具体的实现方案,如传统的方法采用继电器实现,但是由于继电器的使用寿命有限,且使系统体积较大,而且采样每节电池的时间过长,所以对于数量较大的电池组,这种采样方法不仅使采样不具备实时性,而且系统体积较大,使用寿命也较短,而且当继电器出现故障时,还有可能出现电池短路现象,所以存在很大的安全隐患,所以本系统鉴于上述问题,也就采用光耦隔离和采样,这样很容易解决了继电器带来的寿命短,体积大,同时采样时间也变得非常短。但是光耦也同样存在一些缺点,如果采用线性度高的光耦则价格很高,而且存在温漂问题。本系统根据这些情况采用普通光耦一降低价格,并且通过NTC热敏电阻对温度进行采样,再加上软件算法进行实际值转换和温度补偿,从而使系统的精密度达到规定要求。
其工作原理如图2所示
图2 单节电池电压采样原理图
首先由MCU控制O2的发光二极管发光,并且让它处在饱和状态,从而使O2的光敏三极管也处在饱和状态,这样流过O1的发光二极管If1:
If1=(Vb-Vceo-Vd)/R1
其中:If1为流过O1发光二极管的电流
Vb为单节电池电压
Vceo为O2光敏三极管在饱和状态下的管压降
Vd为O1发光二极管的管压降
R1为调解O1发光二极管电流的可调电位器
已知If1后,通过光耦的CTR可以求出Ic:
Ic=CTR*If1