蓄電池在線監(jiān)測儀設(shè)計(jì)方案

蓄電池組在線監(jiān)測儀技術(shù)方案2009年9月本系統(tǒng)采取對(duì)單電池檢測的方式，由數(shù)據(jù)采集單元（A/D和開關(guān)量輸入）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元（Flash）、控制單元（MPU）、人機(jī)接口單元（按鍵、指示燈和液晶顯示）、電池防盜單元和通信單元六個(gè)基本單元組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1本系統(tǒng)能對(duì)存在失效的蓄電池做出警報(bào)，并對(duì)需要激活（活化）的蓄電池做出預(yù)警，通過測試單個(gè)蓄電池充放電時(shí)的電壓變化曲線的方法自動(dòng)檢查每節(jié)電池單體的狀況，并可靠地預(yù)測出它們的性能。設(shè)計(jì)分為兩個(gè)階段進(jìn)行：·第一階段進(jìn)行核心功能的設(shè)計(jì)，即各種數(shù)據(jù)信號(hào)采樣與分析、存儲(chǔ)和報(bào)警功能，按鍵、指示燈和液晶屏的設(shè)計(jì)以及通信功能的實(shí)現(xiàn)?！さ诙A段完成本系統(tǒng)剩余部分的開發(fā)，即防盜攝像頭的設(shè)計(jì)，USB數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)可靠性的提升等。1.系統(tǒng)功能簡介（1）檢測功能·可實(shí)現(xiàn)單個(gè)電池充放電電壓的檢測功能；·可檢測電池組的整組電壓；·可檢測電池組和單個(gè)電池的容量；·可檢測蓄電池表面的環(huán)境溫度。（2）分析功能·自動(dòng)對(duì)所采集的蓄電池參數(shù)進(jìn)行分析，所有分析功能由本系統(tǒng)獨(dú)立完成，無需后臺(tái)軟件支持；·能對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行分析并得出結(jié)果：分析所測得單個(gè)蓄電池充放電時(shí)的電壓變化曲線，找出失效蓄電池和需要激活（活化）的蓄電池，得出結(jié)論（電池是否需更換、還能用多長時(shí)間）；對(duì)浮充電壓進(jìn)行分析，判斷充電電源電壓是否過高或過低；對(duì)溫度進(jìn)行分析，判斷是否超限。系統(tǒng)分析速度快，5分鐘內(nèi)可以得到分析結(jié)果。（3）液晶屏顯示功能·液晶屏顯示，全中文菜單提示，操作簡便，智能化程度高；·能顯示所有所檢測的內(nèi)容，包括：失效電池號(hào)和需激活（活化）電池號(hào)及整組電壓和電池溫度是否超限（當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)），蓄電池充放電電壓變化曲線。（4）人機(jī)互交功能可通過按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)互交，操作簡單方便。（5）報(bào)警功能·報(bào)警方式：GSM短信報(bào)警；·報(bào)警內(nèi)容：失效電池號(hào)、需激活（活化）電池號(hào)、整組電壓及電池溫度是否超限，盜竊事件發(fā)生時(shí)，給出報(bào)警。（6）電池防盜功能儀器箱體上裝備有微型攝像頭，記錄行竊人的面部特征，以便于失竊電池的追回。該功能為第二階段開發(fā)任務(wù)，前期設(shè)計(jì)預(yù)留GPIO口，用于第二階段開發(fā)。（7）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能記錄檢測得到的參數(shù)及一定時(shí)間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，以便對(duì)每個(gè)蓄電池進(jìn)行綜合的評(píng)估；并對(duì)盜竊事件發(fā)生時(shí)攝像頭采集的圖像進(jìn)行記錄。若存儲(chǔ)器已滿，可以間隔刪除，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。（8）通信功能通過短信的形式將需更換和需激活的蓄電池號(hào)、整組電壓超限和電池溫度超限的基站號(hào)發(fā)送至中心機(jī)房上位機(jī)，提示維護(hù)人員對(duì)故障電池和基站及時(shí)進(jìn)行更換或維修。系統(tǒng)設(shè)有RS485/422接口，以便于以后直接通過基站內(nèi)現(xiàn)有的傳輸線路，將數(shù)據(jù)傳至中心機(jī)房。系統(tǒng)還可以通過RS485/422接口與上位PC機(jī)相連，進(jìn)行基站號(hào)的設(shè)置。（9）數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能檢測得到的結(jié)論及一定時(shí)間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)可通過GPRS模塊傳送至中心機(jī)房，以便后期的數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)第一階段開發(fā)時(shí)預(yù)留USB接口，用于第二階段開發(fā)。（10）可靠性系統(tǒng)內(nèi)增加鋰電池，在盜竊情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)電源完全被切斷的情況下，系統(tǒng)仍可以拍攝的照片。鋰電池容量有限，只用于攝像頭采集圖像并將其存至閃存中。2.系統(tǒng)特點(diǎn)由于無線通信基站是不間斷工作的，所以無法將蓄電池組進(jìn)行退服檢測，該系統(tǒng)的檢測必須工作在主電源（市電）斷電，蓄電池組工作放電時(shí)，對(duì)單個(gè)電池的電壓進(jìn)行檢測，采集數(shù)據(jù)，對(duì)蓄電池的性能做出判斷。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元采用14位A/D轉(zhuǎn)換器，成本較低，精度適中，完全可以達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的要求。對(duì)電壓、溫度等數(shù)據(jù)信號(hào)的分析由本系統(tǒng)獨(dú)立完成，無需后臺(tái)軟件的支持。系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有存儲(chǔ)器，可以存放一定時(shí)間內(nèi)的歷史信息，便于維護(hù)人員對(duì)電池的性能進(jìn)行綜合的分析。蓄電池充放電時(shí)電壓變化緩慢，對(duì)于采集速度的要求不高，可以通過程序來設(shè)置數(shù)據(jù)采集的間隔時(shí)間。本系統(tǒng)由所檢測的蓄電池組進(jìn)行供電，并配有備用鋰電池，以防意外情況發(fā)生（如電源被盜賊切斷等）。3.系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)內(nèi)容參數(shù)可測量電池?cái)?shù)24節(jié)或48節(jié)測量單體電池電壓2V單體電池電壓測量精度<5mV電池容量測量精度≥90%電池溫度測量范圍-30電池溫度測量精度0.5測量時(shí)間間隔可編程內(nèi)置存儲(chǔ)器容量8Mb通信方式GPRS無線通訊/RS485/422控制方式現(xiàn)場主機(jī)自動(dòng)控制供電方式市電/蓄電池組供電（鋰電池備用）整機(jī)外形尺寸（預(yù)計(jì)）400（mm）×300（mm）×50（mm）防盜攝像頭像素30萬（紅外）工作環(huán)境溫度-15~60工作環(huán)境相對(duì)濕度5%~95%本產(chǎn)品符合以下標(biāo)準(zhǔn)：低壓電器基本標(biāo)準(zhǔn)GB1497-1985信息技術(shù)設(shè)備用不間斷電源通用技術(shù)條件GB-T14715-1993直流數(shù)字電壓表通用技術(shù)條件SJ-255-23144.各單元介紹（1）數(shù)據(jù)采集單元數(shù)據(jù)采集單元采用A/D模塊，將所采集到的模擬量（電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送至MPU單元。本系統(tǒng)采用14位A/D模塊，精度、價(jià)格均適中，完全可以達(dá)到預(yù)期的效果。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元采用的是FLASH模塊。FlashMemory（閃存）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息）的存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)刪除不是以單個(gè)的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位，區(qū)塊大小一般為256KB到20MB。閃存是電子可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）的變種，EEPROM與閃存不同的是，它能在字節(jié)水平上進(jìn)行刪除和重寫而不是整個(gè)芯片擦寫，這樣閃存就比EEPROM的更新速度快。（3）控制單元控制單元即系統(tǒng)框圖中的MPU。其作用是對(duì)系統(tǒng)中其它設(shè)備的工作進(jìn)行控制，并對(duì)數(shù)據(jù)采集單元所采集的數(shù)據(jù)（數(shù)字量）進(jìn)行處理與分析，判斷出失效和需激活（活化）的蓄電池、整組電壓超限的蓄電池組和電池溫度超限的蓄電池組，給出報(bào)警和預(yù)警?？刂茊卧€負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信，防盜信息等的控制。本系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)ARM芯片，內(nèi)嵌uC/OS或Linux操作系統(tǒng)，工作穩(wěn)定。具體采用的芯片及操作系統(tǒng)待定。（4）人機(jī)接口單元人機(jī)接口單元起到人機(jī)互交的作用。本系統(tǒng)預(yù)設(shè)五個(gè)按鍵。<←>、<→>鍵：①光標(biāo)移動(dòng)鍵；②手動(dòng)切換顯示屏顯示每一塊蓄電池充放電時(shí)的電壓變化曲線，<←>為上一塊，<→>為下一塊；<返回>鍵：①按此鍵返回上一層菜單；②參數(shù)設(shè)置后，用于取消參數(shù)設(shè)置；<確認(rèn)>鍵：①按此鍵進(jìn)入指定的項(xiàng)目；②參數(shù)設(shè)置后，按本鍵確認(rèn)，參數(shù)設(shè)置方能生效；<復(fù)位>鍵：用于系統(tǒng)的復(fù)位。按鍵可增加。本系統(tǒng)預(yù)設(shè)兩個(gè)指示燈（紅色LED和綠色LED）。綠色LED點(diǎn)亮表明主電源（市電）正常供電，蓄電池組處于浮充狀態(tài)。紅色LED點(diǎn)亮表明主電源（市電）斷電，蓄電池組處于供電狀態(tài)。指示燈可增加。液晶屏用于顯示各級(jí)菜單和設(shè)置選項(xiàng)，顯示每一塊蓄電池充放電時(shí)的電壓變化曲線，并顯示失效的蓄電池號(hào)，提示維護(hù)人員及時(shí)更換。（5）通信單元通信單元采用GPRS模塊，通過短信的形式將失效和需激活（活化）的蓄電池號(hào)及蓄電池組整組電壓超限的基站號(hào)發(fā)送至中心機(jī)房上位機(jī)，提示維護(hù)人員對(duì)失效和需激活（活化）的蓄電池及時(shí)進(jìn)行更換或激活（活化），并對(duì)電壓和電池溫度超限的基站進(jìn)行維護(hù)。系統(tǒng)設(shè)置RS485/422通信接口，可以與其他設(shè)備進(jìn)行連接。系統(tǒng)第一階段設(shè)計(jì)預(yù)留USB接口，用于歷史數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。USB接口用于第二階段開發(fā)。（6）電池防盜單元電池防盜單元在箱體上設(shè)置一個(gè)30萬像素紅外攝像頭，便于隱藏，不易被發(fā)現(xiàn)，在無光情況下也可以使用（無光情況下所拍攝為黑白照片）。盜竊者作案時(shí)，可對(duì)其拍照，并存入閃存，便于后期的破案和電池的追繳。若盜竊者切斷系統(tǒng)供電電源，可用系統(tǒng)配備的備用鋰電池供電。此功能為第二階段，前期開發(fā)預(yù)留GPIO接口。6.開發(fā)成本內(nèi)容金額（元）電子元件材料費(fèi)五萬制版費(fèi)一萬工時(shí)費(fèi)一萬五千差旅費(fèi)一萬通訊費(fèi)五千培訓(xùn)費(fèi)兩萬其他費(fèi)用一萬總計(jì)十二萬7.開發(fā)周期時(shí)間內(nèi)容第