摘要：隨著通信、電子和能源技術的不斷發展, 蓄電池在民用和工業生產中應用越來越廣泛, 作用越來越重要。為保障控制系統持續穩定的運行, 研究與設計高效廉價、準確方便和快捷實用的蓄電池檢測裝置就顯得十分的有必要。 關鍵詞： 蓄電池 CAN總線 LPC935 傳感器 1 引言 蓄電池在直流電力系統中一般有浮充和充放充兩種工作方式，如圖1所示。浮充電工作方式中蓄電池組以并聯方式接到整流裝置輸出端（直流負載輸入端），保證不間斷地向負載供電，主要用于固定場所;充-放-充工作方式一般用于移動設備上，由于蓄電池組是由多塊相同單體蓄電池串聯而成，各單體蓄電池過充電、過放電或者放電不足均易引起電池故障，某個單體蓄電池的故障也會導致整個蓄電池組的故障及損壞。因此，必須通過在線實時檢測蓄電池充放電各單體蓄電池的充放電電壓、充放電時的溫升、整個蓄電池組的充放電電流及充放電電壓等參數, 找出損壞或性能顯著降低的蓄電池，以保證直流電力系統穩定可靠。 因此，對于蓄電池組的檢測應該采取分散采集、集中監控的方式。一般的檢測采用的是RS-232或RS-485總線，但由于其為主從方式總線，檢測終端無法主動地向上位機發送數據。本系統設計了非主從方式的CAN作為蓄電池組的分步式采集總線，使得檢測系統具有高可靠性、可擴充性和實時性等優點。 2 系統的總體組成和工作原理 2.1 CAN總線介紹 CAN（Controller Area Network）是由德國BOSH公司為汽車的監測和控制系統設計的一款串行通信網絡。CAN總線可以多主方式工作不分主從，可以點對點、點對多點及全局廣播方式傳送和接收數據，且具有非破壞性總線仲裁技術;以5kbps的方式通信距離最大可達10km，傳輸介質可用雙絞線、同軸電纜或光纖;CAN總線采用短幀結構，每幀為8字節，保證了數據出錯率極低，被公認為是最有發展前途的現場總線之一。 2.2 蓄電池檢測系統總體設計 系統的總體設計框圖如圖2所示。24個單體檢測單元分別檢測蓄電池組的24節單體電池的電壓和電流，各個檢測單元的硬件結構十分相似，同時還有一個單獨的檢測單元用來檢測蓄電池組整體的電壓和電流。檢測單元實時監測并向CAN總線發送數據，上位機接收各個檢測單元的數據，并對數據進行分析、處理、存儲、顯示和打印，同時對單體電池的故障進行診斷和報警。 2.3 單體電池檢測單元的設計 電池單體電壓檢測的功能是實現對單體電池電壓和溫度的檢測和網絡傳輸。該單元由電壓信號變換、單片機系統、CAN總線接口和電源組成。該單元是基于CAN通信的電壓檢測模塊，檢測到的電壓模擬信號經處理并數字化后，通過CAN總線傳輸給控制管理單元。單體電池檢測單元的電路圖如圖3所示: 檢測終端采集到蓄電池單體電壓和溫度信號后，進行放大，濾波、模/數轉換和隔離后，送入單片機，單片機將通過CAN總線與上位機進行數據通信。 其中，檢測電路采用串行接口的12位A/D轉換器，采用周期小于20ms，通過光電隔離于單片機連接。單片機采用低功耗、小體積8位單片機LPC935。該單元用LED指示工作狀態。通過帶有串行接口的CAN控制器與單片機連接，CAN總線用于向上位機傳輸檢測數據。單元內的隔離電源采用小型DC/DC模塊電源。 2.4 檢測系統的工作原理分析 各個檢測單元將檢測到的電流、電壓和溫度數據按CAN總線規范存儲到CAN緩沖區，并啟動發送命令將數據發送到CAN總線上，這些數據通過CAN總線向上位機進行發送。上位機的 CAN控制器將接收到的數據存儲在緩沖器中，向上位機的CPU發送中斷請求，若上位機響應中斷，則接收這些數據并進行處理，將其轉化成電壓、電流和溫度信號顯示出來，同時還對這些信號進行一定的分析和診斷，若發現有異常情況，則發出警告信息（蜂鳴器響，紅燈亮）。 3 單體檢測單元節點電路的設計 3.1 溫度采集電路 由于蓄電池的工作性能與溫度有很大的關系，所以有必要采集到蓄電池的溫度信息。系統對蓄電池溫度進行循環檢測，采集數據后，經放大、濾波和A/D轉換并送到單片機，然后發送到CAN總線上。其溫度采集電路如圖4所示。其中運放A1提供一個恒壓，電阻R3、R4、R6和熱敏電阻R5組成一個橋路，經運放A2后差分輸出。 3.2 電壓采集電路 系統采集單體蓄電池的電壓是相對電壓，為了保證電壓檢測的準確性和不影響系統的工作，采用光電隔離器進行隔離。經運放后輸入單片機。其電路結構如圖5所示。 電壓采樣電路采用線性光耦隔離芯片TIL300，輸入電壓變化轉化為電流變化，其內部呈現如下線性關系: 由組成的反饋回路可以得，輸入電壓與輸出電壓之間的線性關系為: 電流采樣電路與電壓采用電路結構類似，只是將電壓信號通過電阻轉化為電流信號后進行采集，本文不再贅述。 3.3 單片機與CAN總線連接電路 本系統的單片機選用為增強型51單片機LPC935，LPC932通過SPI總線與CAN控制器MCP2510連接，經過高速光電隔離器6N137后連到CAN收發器82C250上，82C250連接在CAN總線上，實行差分發送和差分接收[1]。具體電路圖如圖6所示。 4 系統通信軟件的編制 系統軟件包含自檢程序、數顯程序、濾被處理程序和通信程序等，其中通信程序是軟件設計的核心和關鍵。通信程序主要由3部分構成，即初始化程序，發送程序和接收程序。 4.1 初始化程序 初始化程序包括單片機LPC935各口的狀態初始設置、堆棧的初始設置、定時器的設置、存儲器的初始化、中斷的初始化、串口的初始化和CAN控制器初始狀態的設置等。 通過對CAN控制器控制段中的寄存器寫入控制字，從而確定CAN控制器的工作方式。本系統采用的CAN控制器為MCP2510，在系統復位模式下，單片機 LPC935要對MCP2510完成寄存器操作;寫接收代碼寄存器與接收屏蔽寄存器，確定節點要接收的信息ID;寫總線定時寄存器，確定總線通訊波特率; 寫輸出控制寄存器，選擇正常輸出控制模式。 4.2 發送程序 數據從MCP2510發送到CAN總線是由其自動完成的。LPC935發送的過程是: （1） 編輯所發送信息的標識ID，然后將幀信息存入外部數據存儲器之中。 （2） LPC935開始查詢CAN控制器的狀態寄存器的傳輸緩沖區狀態標志位，若為0，則將信息寫入MCP2510的發送緩沖區之中，而后置命令寄存器TC位為1，發送該信息。 4.3 接收程序 CAN 控制器自動完成信息從CAN總線到CAN接收緩沖區的傳遞，LPC935接收程序只需從接收緩沖區讀取要接收的信息即可。MCP2510每成功地接收1幀信息，就把該信息存入內部的FIFO中，并產生接收中斷。LPC935響應中斷后，將FIFO內的信息讀入外部RAM中，然后再釋放該信息所占用的 MCP2510緩沖區。 5 結束語 本文介紹了一種基于CAN總線的分步式蓄電池檢測系統。本系統實時性好、檢測精度高、易于擴展、抗干擾性好、適用性強。此外，為了對蓄電池的過充電和過放電進行保護，可以增加溫度補償電路。隨著蓄電池使用的不斷廣泛，蓄電池的檢測與維護技術將是電源技術研究的一個熱點，基于CAN總線的分步式蓄電池檢測系統有著十分明顯的優點和實際應用價值。