基于单片机的电力机车蓄电池状态监测仪控制系统的设计开题报告

长沙学院毕业设计(论文、创作)开题报告(2014年)系：电子通信工程系统专家：电气工程及其自动化学生姓名：类别：学号指导教师姓名：职务名称2014年1月28日主题：基于单片机的电力机车电池状态监控系统的设计1 .根据课题的任务情况，根据调查的文献资料，写1000字以上的文献综述。近年来，国内外许多公司从事电池监测方法的研究，生产了许多电池监测产品。 功能上主要有监视电池的电压、监视电池的内阻值、监视电池的工作温度等。 美国的Alber公司成立于1972年，公司的主要营业业务是电池测试设备的设计和生产，提供电池的维护服务，世界首台电池测试设备由Alber公司生产。 代表产品BDS-256/MPM-100电池智能监控系统是Alber公司利用内阻测试专利技术的高级综合应用。 此系统的独特之处在于能够对电池中存在的任何问题提供早期预报。 通过测量电池内阻的方法，系统能够自动检查各电池单元的状况，准确预测性能。 主要由数据收集模块(DCM )、控制器模块和加载模块(RTM )三部分组成。 数据采集模块(DCM )负责实时扫描和采集电池参数(例如总电压、总电流、电池电压和温度)的定期测试和采集电池内阻和连接电阻的控制器模块连续查询所有DCM，存储相关数据并报警负载模块(RTM )负责安装在该模块上的电源和控制电路，作为测试电池内阻的负载。 该产品应用新技术，可在线监测电池，实时监测电池状态。 另一代表性产品BCT-2000电池组容量智能放电测试系统是集放电、检测与通信为一体的电池组容量测试系统。 该设计巧妙的系统采用线性连续调节自动控制电路，完全按照用户程序在恒流、恒功率、自动关闭模式下自动完成了测试。 该系统由BCT-2000收集控制器、数据登录单元(便携式PC )和智能测力箱(CLU )构成。 该系统测试电流大，能准确测量电池的相关参数，测量结果重现性好。瑞士Lem公司的电池监视系统由sentel、电流传感器、S-BUSConverter、S-BOX、Cellview Net构成。 sentel用于测量单电池蓄电池的电压、内阻和温度的电流传感器用于检测电池组的状态S-BUSConverter用于协议转换S-BOX是用于记录数据的Cellview Net 该监视系统的优点是，通过能够在线实时监视电池组的各电池的状态，不需要离线测量，能够将数据上传到个人计算机，发现电池组的问题。 台湾群菱生产的BCSU-50C蓄电池监视器可在线监测一组50组蓄电池，在电池放电和充电状态下测量电池电流和端子电压的变化，自动获取测试数据，发出警报。 该系统随时可以测量和记录总电压、总电流、各单电池的电压等情况，通过510分钟的短时间放电估计电池剩馀容量，评价电池的优劣，拥有电池剩馀容量分析的专利技术，利用该技术，可以比较准确地分析电池剩馀容量。杭州华塑科技有限责任公司生产的H3G蓄电池监控系统由监控单元、控制单元、采集单元、内阻单元和容量单元组成。 负责监控单元显示所有监控信息的控制单元，负责数据通信、控制、智能管理分析及与计算机通信的电压数据采集装置，用于电池单元的电压数据采集，各装置可同时采集40个电池电压的内阻单元， 用于测量电池单元的内阻数据，每个电池单元测量一组电池单元(电池组数4200个) .容量单元用于自动对照放电电池组。 该系统可实时监测电池组的状态，确保系统可用性，综合分析电池故障，确定故障电池，预测电池维护和更换时间。 陕西科布鲁电子有限公司生产的CR-AMS蓄电池在线监测系统主要由蓄电池在线监测模块、温湿度模块、CM通信单元、服务器和电源在线监测系统软件组成。 电池在线监测系统、温湿度模块和电源屏幕经由RS485总线将数据上载到CM通信单元，CM通信单元处理该数据并将其作为TCP数据包通过lan上载到专用数据服务器，并且以Web浏览方式将其缓冲该系统采用公司专利直流内阻在线测试技术，使测量数据具有较高的准确性，测试过程不需要将充电电机从电池组中断开，不会影响直流系统的正常运行。参考文献1曾巍主编.单片机原理及应用M .长沙：中南大学出版社. 2009.6第一版2李鸿主编.单片机原理及应用M .长沙：湖南大学出版社. 2004.8第一版3陈光东，赵性初着.单片机原理与接口技术M .武汉：华中科技大学出版社. 20064严天峰.单片机应用系统设计与仿真调整M .北京：北京航空航天大学出版社. 20055王兆安，刘进军主编.电力电子技术M .北京：机械工业出版社. 2013.1第5版6康华光.电子技术基础数字部分(第5版) M .北京：高等教育出版社，20063360202-230，443-4627邱关源.回路M .北京：高等教育出版社，199:-1288房小翠，王金凤编着.单片机实用系统设计技术M .北京：防卫工业出版社. 1999.062、选题依据、主要研究内容、研究思路和方案。1、选择问题的依据电池是充电时吸收、储存电能、放电时输出电能的直流电源，具有长期稳定性能、工作可靠的特点，广泛应用于电力、交通、通信等多个行业。 但是，在复杂多变的机车运输条件下使用蓄电池，仅靠定期检查和吸引检查是无法及时全面把握其工作状态的。 本设计以单片机为中心，结合运输生产实际，开发使用电池监测技术，应用于电力机车，记录电力机车电池组的工作状态，实现电力机车电池组的动态监测，在液晶显示器上显示电压、电流、电流方向和报警信息二、主要研究内容功能要求：1、电流电压的检测和警报：可检测电流和电压信号，设定警报点。 包括上限、下限、超经验数据、上升率或下降率过大。2、记录转储和分析： USB接口可转储记录文件，微机软件处理后可以按一下汇出至试算表档案(XLS )。3、显示和记录：自动切换充电或放电的状态，显示电流和电压，当电流电压急剧变化时，立即记录当前数据，在电流电压稳定期间，每5分钟自动记录数据，历史数据的记录长度(周期)为2天，记录方式采用“先进先出”方式。4、4个标准按钮：可设定内部管理参数，查看历史电压、电流曲线、历史报警记录。5、电流电压采样：在主电路上安装绝缘电流传感器检测电流，通过电阻分压方式检测电压。 电压电流采样通过测量芯片AD转换核来实现。设计标准：1、高原、平原及高风沙地区。2、环境温度：-40 70。3、最大相对湿度在95% (本月的平均最低温度为25)以下。4、机车正常运行时发生冲击和振动，符合TB/T 3021-2001的规定。5、机车内部干扰符合GB/T 9254-1998、TB/T 3034-2002标准的相关要求。技术要求：1 .装置结构：本体和电流传感器。2、动作电源：额定110V DC，可在70140V DC的范围内正常动作。3 .测量范围：电池组的充放电电流070A (直流)。4、功能说明：当能够显示当前电池组的电压、电流值及充放电状态的电池组处于充电状态时，绿色表示闪烁；当电池组处于放电状态时，红色的灯闪烁而发出警报，控制台的显示，向警报输出0.2A、110V的信号， 储存可催促驾驶员切换充电装置的过去48小时以内的信息，可通过主机的显示装置显示履历信息，可简单查询并下载储存数据。三、研究思路和方案设计构想：该系统的工作过程是一个数据采集和处理过程，采用51系列单片机。 数据采集分为电流采样和电压采样两部分。 电流采样是通过以下方式来实现的：经由电流传感器将电流参数转换为0-35mA的电流信号，经由采样电阻将电流转换为电压信号，经由信号调整电路将电压信号转换为0-5V的电压信号，然后输入到A/D转换电路。 电压收集通过电压转换电路将0-140V的电压信号转换为0-5V的电压信号，并输入A/D转换电路。 A/D转换芯片TLC2543在单片机的控制下将要转换的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号。 单片机读入数字信号后，可以发送给LCD显示器，通过USB接口保存数据，同时检测到异常后，发出警报。 系统还可以通过按键来设置相关操作。 USB传送采用USB专用控制芯片CH375控制。 使用时钟芯片DS1302实现实时时钟。 键盘输入电路可以修改记录的查询、参数。 整体设计框图如图1所示。存储器扩展电路A/D转换电路I-V转换电路电流传感器输入报警电路V-V转换电路单票电影机器显示电路USB接口电路键盘输入时钟电路图1是电池状态检测器控制系统框图3 .工作进度和具体安排。了解2013.12.1-2014.1.10课题，查找资料，了解单片机相关知识，初步确定设计思路。2014.1.11-2014.2.30确定设计方案的开题报告。设计2014.3.1-2014.4.10电路和源程序并进行仿真调试。结合2014.4.11-2014.5.10设计过程中积累的资料，根据设计内容完成论文的写作，反复修订和批准，最