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 - 图文

长 沙 学 院

毕业设计（论文、创作）开题报告

系 部：专 业：学 生 姓 名：班 级：指导教师姓名： （2014届）

电子与通信工程系 电气工程及其自动化 学号 职称

2014年 1月 28 日

题目： 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 1. 结合课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1000字以上的文献综述。 近年来，国内外有很多公司在从事蓄电池监测方法的研究工作，生产出了很多蓄电池监测产品。从功能上来说，主要有：监测蓄电池的电压，监测蓄电池的内阻值，监测蓄电池的工作温度等。美国的Alber公司始建于1972年，公司的主营业务为蓄电池测试设备的设计和生产，并提供蓄电池的维护服务，世界第一台蓄电池检测设备就是由Alber公司生产的。代表产品BDS－256/MPM－100蓄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。这种系统的独特之处是能对蓄电池存在的任何问题提供早期的预报。通过测试蓄电池内阻的方法，系统能够自动检查到每个电池单体的状况，并可靠地预测出它们的性能。它主要由三部分组成：数据采集模块（DCM）、控制器模块、负载模块（RTM）。数据采集模块（DCM）负责实时扫描采集与蓄电池有关参数，如总电压、总电流、电池电压和温度等；定期测试并采集电池的内阻和连接电阻；控制器模块负责连续查询所有的DCM，存储相关的数据、确定报警、控制内阻测试并负责与外部的计算机通讯。负载模块（RTM）负责这个模块中带有电源和控制电路，作为测试蓄电池内阻时的负载。此产品应用了较新的技术，能够对电池进行在线监控，实时监测电池的状态。另一种代表产品BCT-2000电池组容量智能放电测试系统，该系统是集放电、检测和通讯一体化的蓄电池组容量测试系统。这套设计巧妙的系统采用线性连续可调自动控制电路，完全按照用户编程的方式在恒流、恒功率和自动关闭的模式下自动完成测试。此系统由BCT－2000采集控制器、数据登录单元（手提PC）和智能负载箱（CLU）组成。此系统测试电流较大，能够较精确的测量出电池的相关参数，测量结果重复性较好。 瑞士Lem公司的电池监控系统由Sentinel、电流传感器、S-BUSConverter、S-BOX、Cellview Net组成。Sentinel 用于测量单块蓄电池的电压、内阻及温度；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 用于记录数据；Cellview Net用于图形化显示各种数据，并生成报表。此监测系统的优点在于能够在线实时监测电池组中各电池的状态，而不需要离线测量，并且数据可以及时上传到电脑上，及时发现电池组的问题。台湾群菱生产的BCSU-50C蓄电池监测仪，可在线监测1组50节蓄电池组，能在电池放电和充电状态下测量电池电流及端电压变化，自动取得测试数据并及时发出警报。此系统可随时测量及记录总电压、总电流、各单体电池电压等状况，可通过5~10分钟短时间放电预估电池剩余容量并评估电池优劣，具有蓄电池剩余容量分析的专利技术，利用此技术，可对电池剩余容量进行较准确的分析。

杭州华塑科技有限责任公司生产的H3G蓄电池监测系统由监测单元、控制单元、采集单元、内阻单元和容量单元组成。监测单元负责显示所有监测信息；控制单元负责数据通讯、控制、智能管理分析及与计算机通信；电压数据采集单元用于电池单体电压数据采集，每个单元可以同时采集40 节电池电压；内阻单元用于测试电池单体内阻数据，每个单元测试1 组蓄电池组(每组电池节数4~200节）；容量单元用于对蓄电池组进行自动核对性放电。此系统可实时监测蓄电池组状态，确保了系统的可用性，并能对电池故障进行综合分析，定位故障电池，预测电池维护及更换时间。陕西柯蓝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通讯单元、服务器和电源在线监测系统软件组成。蓄电池在线监测系统、温湿度模块、电源屏通过RS485总线将数据上传给CM通讯单元，CM通讯单元将数据处理并打成TCP包通过局域网上传给专用数据服务器，通过Web浏览方式即可查看蓄电池状态。此系统采用公司的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，测试过程无须将充电机与蓄电池组断开，不影响直流系统正常运行。 参考文献 [1] 曾屹主编.单片机原理与应用[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，赵性初编著.单片微机原理与接口技术[M].武汉：华中科技大学出版社.2006. [4] 严天峰.单片机应用系统设计与仿真调试[M].北京：北京航空航天大学出版社.2005. [5] 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第五版. [6] 康华光. 电子技术基础数字部分(第五版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006: 202-230, 443-462. [7] 邱关源. 电路[M]. 北京：高等教育出版社，1999: 116-128. [8] 房小翠,王金凤编著. 单片机实用系统设计技术[M]. 北京: 国防工业出版社 . 1999.06

2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。 一、选题依据 蓄电池是一种充电时吸收、储存电能, 放电时输出电能的直流电源, 长期以来因其具有性能稳定、工作可靠的特点, 已被广泛应用于电力, 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，仅仅靠定期检测或抽检是不能及时、全面掌握其工作状态的。本设计以单片机为核心，结合运输生产实际，开发和使用蓄电池监测技术，将其应用到电力机车上，能够有效地做到全程记录机车蓄电池组工作状态，实现机车蓄电池组动态监测，并将电压、电流、电流方向和报警信息通过液晶显示器显示出来，从而提醒司机及时地进行相对应的操作，以防电力机车由于蓄电池各信号量出现异常而发生故障。 二、主要研究内容 功能要求： 1、电流电压检测与报警：检测一路电流和电压信号，可以设定报警点。包括上限、下限、超经验数据、上升率或下降率过大。 2、记录转储与分析：可以通过USB接口转储记录文件，经微机软件处理后，可 以导出为电子表格文件（XLS）。 3、显示与记录：自动切换显示充电或放电状态，显示电流和电压，当电流电压突变的时候，即时记录当前数据，在电流电压稳定期间，每5分钟自动记录一次数据，历史数据记录长度（周期）为2天，记录方式采取“先进先出”的方式覆盖。 4、四个标准按键：可以设定内部管理参数，查看历史电压、电流曲线，历史报警记录。 5、电流电压采样：在主电路中加装隔离电流传感器检测电流，采用电阻分压方式检测电压。电压电流采样通过计量芯片AD转换芯来实现。 设计标准： 1、 高原、平原及高风沙地区。 2、 环境温度：－40℃～+70℃。 3 、最大相对湿度不大于95%（该月月平均最低温度为25℃）。 4 、机车正常运行时产生冲击和振动，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、装置组成：主机和电流传感器。