鉛酸蓄電池智能監測系統的製作方法

2023-10-24 05:23:27 1

本實用新型屬於無線傳感器網絡、檢測技術領域，具體說是涉及一種鉛酸蓄電池智能監測系統。

背景技術：

蓄電池作為儲存電能的裝置，為用電設備提供電能。蓄電池的理論設計壽命為10-15年，而實際應用壽命卻只有3-5年，更有甚者，有的蓄電池使用不到一年，其充放電性能及容量就下降到底線了。蓄電池組由多個單體蓄電池串聯組成的，單個蓄電池故障也會影響到整個蓄電池組。這樣的供電電源的可靠性直接影響了用電設備，甚至會造成重大的經濟損失。

技術實現要素：

發明目的

為了克服現有的蓄電池存在的問題，本實用新型提供了一種便捷、可靠的鉛酸蓄電池智能監測系統。

技術方案

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種鉛酸蓄電池智能監測系統，其特徵在於：包括蓄電池數據採集模塊、Zigbee-RS232轉換模塊和上位機；蓄電池數據採集模塊和Zigbee-RS232轉換模塊之間通過Zigbee無線通訊連接，Zigbee-RS232轉換模塊和上位機之間通過RS232串行通信接口連接；蓄電池數據採集模塊為一個或多個。

蓄電池數據採集模塊以16位單片機作為主控晶片，包括蓄電池數據採集模塊單片機、電壓測量電路、電流測量電路、溫度測量電路、蓄電池數據採集模塊Zigbee通訊模塊、蓄電池數據採集模塊電源、蓄電池數據採集模塊USB充電接口電路、鍵盤以及LCD液晶顯示屏；蓄電池數據採集模塊單片機分別連接電壓測量電路、電流測量電路、溫度測量電路、蓄電池數據採集模塊Zigbee通訊模塊、鍵盤以及LCD液晶顯示屏，蓄電池數據採集模塊USB充電接口電路連接蓄電池數據採集模塊電源，蓄電池數據採集模塊電源為蓄電池數據採集模塊單片機、電壓測量電路、電流測量電路、溫度測量電路、蓄電池數據採集模塊Zigbee通訊模塊、LCD液晶顯示屏、鍵盤提供工作電源。

Zigbee-RS232轉換模塊以16位單片機作為主控晶片，包括Zigbee-RS232轉換模塊單片機、Zigbee-RS232轉換模塊Zigbee通訊模塊、RS232/TTL電平轉換電路、Zigbee-RS232轉換模塊電源、Zigbee-RS232轉換模塊USB充電接口電路；Zigbee-RS232轉換模塊單片機分別連接Zigbee-RS232轉換模塊Zigbee通訊模塊、RS232/TTL電平轉換電路和Zigbee-RS232轉換模塊電源，RS232/TTL電平轉換電路連接上位機，Zigbee-RS232轉換模塊USB充電接口電路連接Zigbee-RS232轉換模塊電源，Zigbee-RS232轉換模塊電源為Zigbee-RS232轉換模塊單片機、Zigbee-RS232轉換模塊Zigbee通訊模塊、RS232/TTL電平轉換電路提供工作電源。

蓄電池數據採集模塊和Zigbee-RS232轉換模塊均用鋰電池供電，利用USB接口電路進行充電。

優點及效果

本發明具有如下優點及有益效果：

該實用新型一種鉛酸蓄電池智能監測系統，將ZigBee技術和檢測技術相結合，以單片機為系統控制器，利用ZigBee無線傳感器網絡實現了蓄電池數據採集模塊和Zigbee-RS232轉換模塊的遠程無線通信，可根據具體的情況隨時隨地將蓄電池數據採集模塊連入網絡，能夠迅速採集多個單體蓄電池的電壓、電流、溫度信息。通過對蓄電池進行定期檢測和在線實時監測，及時發現性能降低的電池。通過對蓄電池剩餘容量SOC的估算，進行蓄電池組的一致性分析，對需重點檢修和更換的蓄電池作出預警提示，提高電源的可靠性，保證蓄電池組的使用壽命。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖。

圖2為本實用新型蓄電池數據採集模塊結構原理圖。

圖3為本實用新型Zigbee-RS232轉換模塊結構原理圖。

圖4為本實用新型蓄電池數據採集模塊和Zigbee-RS232轉換模塊的單片機原理圖。

圖5為本實用新型蓄電池數據採集模塊的電壓測量電路原理圖。

圖6為本實用新型蓄電池數據採集模塊的電流測量電路原理圖。

圖7為本實用新型蓄電池數據採集模塊的溫度測量電路原理圖。

圖8為本實用新型蓄電池數據採集模塊的鍵盤電路原理圖。

圖9為本實用新型蓄電池數據採集模塊的LCD液晶顯示電路原理圖。

圖10為本實用新型新型蓄電池數據採集模塊和Zigbee-RS232轉換模塊的Zigbee通信電路原理圖。

圖11為本實用新型Zigbee-RS232轉換模塊的RS232/TTL電平轉換電路原理圖。

圖12為本實用新型電源電路原理圖。

圖13為本實用新型USB充電接口電路原理圖。

附圖標記說：

10.蓄電池數據採集模塊、20.Zigbee-RS232轉換模塊、30.上位機、40.蓄電池數據採集模塊單片機、50.電壓測量電路、60.電流測量電路、70.溫度測量電路、80. 蓄電池數據採集模塊電源、90. 蓄電池數據採集模塊USB充電接口電路、100.蓄電池數據採集模塊Zigbee通信模塊、110. LCD液晶顯示屏、120.鍵盤、130.Zigbee-RS232轉換模塊單片機、140. Zigbee-RS232轉換模塊Zigbee通信模塊、150. RS232/TTL電平轉換電路、160. Zigbee-RS232轉換模塊電源、170. Zigbee-RS232轉換模塊USB充電接口電路。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的說明：

本實用新型提供了一種鉛酸蓄電池智能監測系統，如圖1中所示，主要包括蓄電池數據採集模塊10、Zigbee-RS232轉換模塊20和上位機30，其特徵在於：蓄電池數據採集模塊10和Zigbee-RS232轉換模塊20之間通過ZigBee無線傳感器網絡實現無線通訊連接，Zigbee-RS232轉換模塊20和上位機30之間通過RS232串行通信接口通訊連接。蓄電池數據採集模塊10設置為一個或多個。

如圖2、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖12、圖13中所示，蓄電池數據採集模塊10以16位單片機作為主控晶片，包括蓄電池數據採集模塊單片機40、電壓測量電路50、電流測量電路60、溫度測量電路70、蓄電池數據採集模塊Zigbee通訊模塊100、蓄電池數據採集模塊電源80、蓄電池數據採集模塊USB充電接口電路90、鍵盤120以及LCD液晶顯示屏110；蓄電池數據採集模塊單片機40分別連接電壓測量電路50、電流測量電路60、溫度測量電路70、蓄電池數據採集模塊Zigbee通訊模塊100、鍵盤120以及LCD液晶顯示屏110，蓄電池數據採集模塊USB充電接口電路90連接蓄電池數據採集模塊電源80，蓄電池數據採集模塊電源80為蓄電池數據採集模塊單片機40、電壓測量電路50、電流測量電路60、溫度測量電路70、蓄電池數據採集模塊Zigbee通訊模塊100、LCD液晶顯示屏110、鍵盤120提供工作電源。

如圖3、圖4、圖10、圖11、圖12、圖13中所示，Zigbee-RS232轉換模塊20以16位單片機作為主控晶片，包括Zigbee-RS232轉換模塊單片機130、Zigbee-RS232轉換模塊Zigbee通訊模塊140、RS232/TTL電平轉換電路150、Zigbee-RS232轉換模塊電源160、Zigbee-RS232轉換模塊USB充電接口電路170；Zigbee-RS232轉換模塊單片機130分別連接Zigbee-RS232轉換模塊Zigbee通訊模塊140、RS232/TTL電平轉換電路150和Zigbee-RS232轉換模塊電源160，RS232/TTL電平轉換電路150連接上位機30，Zigbee-RS232轉換模塊USB充電接口電路170連接Zigbee-RS232轉換模塊電源160，Zigbee-RS232轉換模塊電源160為Zigbee-RS232轉換模塊單片機130、Zigbee-RS232轉換模塊Zigbee通訊模塊140、RS232/TTL電平轉換電路150提供工作電源。

如圖4中所示，蓄電池數據採集模塊單片機和Zigbee-RS232轉換模塊單片機採用超低功耗16位單片機。在蓄電池數據採集模塊單片機中存儲數據處理程序和ZigBee通訊程序，負責連接檢測設備，實現數據傳輸和處理、實時數據的採集功能。Zigbee-RS232轉換模塊單片機中存儲ZigBee通訊程序。

蓄電池數據採集模塊10和Zigbee-RS232轉換模塊20均用鋰電池供電，利用USB接口電路進行充電（蓄電池數據採集模塊和Zigbee-RS232轉換模塊採用相同的電源和相同的USB接口電路）。

如圖5中所示，電壓測量電路，其Vout 端連接單片機的AD轉換引腳端。由於蓄電池的電壓為12 V，而MCU可採樣轉換的最大電壓為3.3 V，故對電壓進行調理。

如圖6中所示，蓄電池數據採集模塊的電流測量電路，檢測電流的範圍為-50~50A，Iin和Iout端串入蓄電池電路中，VIOUT端連接單片機P2.7管腳，VCC接工作電源。

如圖7中所示，蓄電池數據採集模塊的溫度測量電路中DS18B20的數據線DQ 與單片機P2.6管腳相連接，實現溫度測量值的傳輸。

如圖8中所示，蓄電池數據採集模塊共有4個鍵。採用獨立式鍵盤，每個按鍵佔用一條I/O線。當按下按鈕時相應的I/O口為低電平，當鬆開按鍵時相應的I/O口為高電平，根據相應的I/O口的高低電平來判斷是否有按鍵按下。SET 鍵為設置功能鍵，當按下該鍵時，系統進入設置狀態，可以進行參數或密碼的修改。↑↓鍵為加減或上下移動鍵。ENTER 鍵為確認鍵，當參數設定完畢後，按該鍵確定並跳出該設定項。

如圖9中所示，蓄電池數據採集模塊的LCD液晶顯示屏，選用JM12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊，採用並行連接方式。

如圖10中所示，蓄電池數據採集模塊和Zigbee-RS232轉換模塊的ZigBee通信模塊選用符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的射頻收發器。晶片採用16MHz晶振，使用單端天線。ZigBee晶片通過4線SPI總線(SI、SO、SCLK、CSn)設置晶片的工作模式。

如圖11中所示，Zigbee-RS232轉換模塊的RS232串口的電平標準和單片機的TTL電平不一致，因此在單片機和PC機之間的串口通訊有一個RS232/TTL電平轉換電路。

如圖12中所示，蓄電池數據採集模塊和Zigbee-RS232轉換模塊採用鋰電池供電方式，提供3.3V工作電源。

如圖13中所示，蓄電池數據採集模塊和Zigbee-RS232轉換模塊的鋰電池採用USB充電。USB接口為4pin，其中VBUS為電源、D-為USB數據線（負）、D+為USB數據線（正）、GND為地線。

上位機中安裝有智能管理系統。智能管理系統在Windows XP系統下開發，包括實時曲線、一致性分析、數據管理和系統維護等多個功能模塊。上位機可根據蓄電池數據採集模塊的檢測數據建立相應的變化曲線，對單個蓄電池的性能進行評價，並且對蓄電池組均勻一致性做出分析。監測蓄電池充放電的每個階段的電壓、電流和溫度，可及時找出損壞的和性能顯著降低的蓄電池，確保蓄電池組正常工作。