基于电源线通信的蓄电池在线监测系统

摘要

蓄电池是工业系统后备电源的主要组成部分，其管理水平在很大程度上影响着工业系统的可靠性和自动化程度。因此在系统中对蓄电池进行有效、可靠的在线监测十分重要。目前国内外一些公司已经提供了能够对蓄电池进行在线监测的产品，但此类产品均存在着测量参数有限、安装维护不便等问题。
　　本文对蓄电池在线监测系统设计中的内阻测量和数据传输两项关键技术进行了研究。在内阻测量方式上，通过对蓄电池结构和工作原理的研究，设计了基于锁相放大器的交流内阻测量方案;在数据传输方式上，设计了以直流电源线为信道的电源线通信方案，方案中针对直流电源线的特点提出了专门的信号耦合方法，并设计了两种信号调制解调电路以及通信协议。
　　本文在以上两项关键技术的基础上，以MSP430和STM32微控制器为控制核心，辅以电压、温度测量电路等其他外围电路，最终完成了基于电源线通信技术的蓄电池在线监测系统的软硬件设计与实现。实际测试表明该系统使用方便，测试结果满足要求，工作稳定可靠，达到了设计目标。

目录

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致谢

摘要

1 引言

1．1 蓄电池监测系统概述

1．2 国内外研究现状

1．3 系统的功能需求与工作目标

2 基本原理

2．1 蓄电池基本结构

2．2 蓄电池的特性参数

2．2．1 容量

2．2．2 工作电压

2．2．3 内阻

2．2．4 温度

2．3 蓄电池的常见故障模式

2．4 蓄电池的检测方法

2．5 监测系统的数据传输方式

2．5．1 电力线载波通信技术

2．5．2 信号调制方式

2．5．3 电源线载波通信技术

3 总体方案设计

3．1 系统框架

3．2 蓄电池监测单元

3．3 主控单元

4 电源线通信模块设计

4．1 信号耦合方案

4．1．1 耦合方式的选择

4．1．2 线圈参数的设计

4．1．3 信号耦合电路设计

4．1．4 抗磁饱和处理

4．1．5 电磁兼容性处理

4．2 硬件调制解调方案

4．2．1 信号调理电路

4．2．2 微处理器接口设计

4．2．3 初始化过程

4．2．4 通信协议设计

4．3 软件调制解调方案

4．3．1 CEA-709通信标准

4．3．2 信号调理电路设计

4．3．3 信号调制方式

4．3．4 信号解调方式

4．4 测试与比较

4．4．1 性能测试

4．4．2 方案比较

5 电池监测模块设计

5．1 电池内阻监测模块

5．1．1 锁相放大电路

5．1．2 四线法测量

5．1．3 交流信号发生电路

5．1．4 前置放大电路

5．1．5 前置滤波电路

5．1．6 采集程序设计

5．1．7 测试与校正

5．2 温度及电压监测模块

5．2．1 电压测量电路设计

5．2．2 电压测量程序设计

5．2．3 温度测量电路设计

5．2．4 温度测量程序设计

6 主控单元和蓄电池监测单元的实现

6．1 主控单元的实现

6．1．1 微控制器电路

6．1．2 人机接口

6．1．3 上位机接口

6．1．4 电源电路

6．1．5 程序设计

6．2 电池监测单元的实现

6．2．1 微控制器电路

6．2．2 电源电路

6．2．3 控制程序

6．3 安装与测试

6．3．1 装配方式

6．3．2 功能测试

7 结论

7．1 工作总结

7．2 不足与展望

参考文献

附录A

作者简历

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