基于嵌入式微控制器的网络化智能监控系统

邓文琪

[摘 要]伴随大规模储能策略的发展，储能监控板块作为储能体系的核心部分，对保证科学调度，持续用电以及人员安全方向具有重要意义。本文首先给出嵌入式微控制器锂电池参量监控系统硬件设计，分析了锂电池参量监控系统功能，给出监控系统硬件设计方案，信息采集电路和存储单元。进而研究了嵌入式微控制器锂电池参量监控系统软件设计，驱动程序和应用程序设计，给出软件主要任务。

[关键词]储能；持续用电；锂电池；嵌入式；微控制器；驱动

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0107-01

1 引言

锂电池是一种动力电池并且被广泛运用在电动汽车和电动摩托车中，在电动型交通工具中，常对锂电池单体完成大规模串并联操作，使之满足输出功率的标准，需要对锂电池参量及时监测判别电池组状况，保证其正常工作。本文采用LPC1768为控制中心，并采用嵌入式实时操作系统完成程序设计。

2 嵌入式微控制器鋰电池参量监控系统硬件设计

2.1 锂电池参量监控系统功能

本文设计的锂电池监测系统主要包含信息获取，信息保存，上位机通讯，电池故障保护。数据获取主要获取电源电压，温度和电流状态。并及时对获取的信息保存，对电源状态和监控信息进行保存，并对上位机发送的指令存储。

2.2 嵌入式微控制器锂电池参量监控系统硬件设计方案

监测系统的中心板块是嵌入式微控制装置，而32位的嵌入式微控装置为控制装置的主流。为达到监控系统的功能需要与日后拓展系统需求，嵌入式微控装置预留了接口，包含12组USB接口，2组UART，2组CAN通道，保证能够在68MHz下工作，并设置Flash存储装置。

2.3 信息采集电路

信息采集电路选取电池监测芯片，内部设置了2个12位ADC，测量串接电源的电压，2组温度传感器电压，完成各组电池的测量，最大偏差保证在0.3%间。主控装置采用SPI调节LTC的启动电压完成温度采集，进而通过总线回传采集信息。

2.4 存储单元

在控制面板上拓展64兆字节的存储单元，能够保存电池信息，状态和通信命令，在整个系统中采用信息调控电路，把电流数据转换为电压数据进而输出到AD接口中。嵌入式微控制器锂电池参量监控系统通过CAN实现通信信息转换，并与上位机进行通信。

2.5 本章总结

本章主要完成了嵌入式微控制器锂电池参量监控系统硬件设计，研究了锂电池参量监控系统功能，系统硬件设计方案，信息采集电路和存储单元。

3 嵌入式微控制器锂电池参量监控系统软件设计和测试

3.1 嵌入式操作系统设计

嵌入式微控制器锂电池参量监控系统从系统实时性，多线程运用角度出发，在嵌入式实时操作系统中实现锂电池监测，并完成硬件层驱动。驱动方式包含AD驱动，SPI驱动，定时装置驱动等部分，并运用在实时系统中完成多任务处理。

3.2 软件主要任务

本文将软件任务主要划分为三大类，其一为CAN通讯任务能够和上位机完成通讯，电池监测任务，其优先级低于给定时限，并对电池信息完成采样，实现电源状态判别；完成信息存储任务，对电池信息进行保存。

3.3 驱动程序设计

硬件的驱动部分包含AD驱动，SPI，定时装置，CAN驱动，上电之后采用SPI总线完成初始化设置，并在采集电压与温度时，传送启动电源的ADC转换命令，实现后续电池电压存储，并转化采集值。

3.4 应用程序设计

在应用板块设计中，依据嵌入式微控制器锂电池参量监控系统的功能，本文主要完成信息采样程序，信息保存程序，CAN命令处理和报警处理程序设计。

3.4.1 信息采样程序

信息采样程序主要实现电压温度和电流部分采样，除去硬件滤波之外，软件选取多路采样方法之后去掉最大与最小值，完成均值处理和软件滤波，并把滤波后的信息和门限结果对比，判别电源是否处于常规状态。

3.4.2 信息保存程序

把每次获取的信息和电源状况依据时间顺序完成存储，若信息量超出保存空间后，需要删除现有的采集信息，并对上位机通信过程中的命令完成保存，实现系统记录保存。

3.4.3 CAN命令处理

依据上位机给出的命令对监测体系完成操作，包含信息尚在，电池状态保存，系统状况，开通和关闭电源回路等动作。

3.4.4 障碍报警和保护

依据获取的信息对电源状态完成判断，若电源电压过高或者过低，电源温度过高，放电的电流过大，均需要回传故障数据。并断开放电回路实现电池保护。

3.5 嵌入式微控制器锂电池参量监控系统测试

通过上位机对电源监测系统获取所得的信息完成读取，能够实时监测电源温度值，电压值，放电回路电流结果，并通过读取获取系统与电池状况。为获悉监测系统的电压采样精准度，则可对测试通道完成电压测试。

3.6 测试偏差分析

若测试所得偏差值在0.58%之内，则随着电压值的增加而减少，并且在10mV之内。引起偏差的主要因素在于测算电压的基准偏差所形成。

3.5 本章总结

本章主要完成嵌入式微控制器锂电池参量监控系统软件设计，分析了嵌入式操作系统设计，给出软件主要任务，驱动程序，应用程序，信息采样程序，信息保存程序设计，系统测试，偏差分析，并完成CAN命令处理与障碍报警和保护。

4 本文总结

锂电池是电子产品的功能板块，在当代科技社会的发展中具有重要地位。本文选取LPC1768芯片完成锂电池监测系统设计，整个系统能够完成单体电源电压，电池温度和放电电流监测，并采用CAN回传到上位机中。

本文首先研究了嵌入式微控制器下的锂电池参量监控系统设计意义，进而完成了嵌入式微控制器锂电池参量监控系统硬件设计，研究了锂电池参量监控系统功能，系统硬件设计方案，信息采集电路和存储单元。

最后实现了嵌入式微控制器锂电池参量监控系统软件设计，分析了嵌入式操作系统设计，给出软件主要任务，驱动程序，应用程序，信息采样程序，信息保存程序设计，并完成CAN命令处理与障碍报警和保护。

参考文献

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