基于STM32單片機(jī)的電池管理系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計(jì)

0 引 言

電動車一直以清潔環(huán)保而備受關(guān)注，加上能源危機(jī)加劇、油價(jià)不斷上漲，電動車也越來越受到用戶的青睞。電動車一般采用鋰電池供電，由多個(gè)單體電池串聯(lián)成電池組作為動力電源。但由于各個(gè)串聯(lián)單體電池特性不能保證完全一致，因此相同的電流下充電放電速度也會不同，如果不進(jìn)行均衡干預(yù)，電池壽命會大大縮短，因此需要實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)單體電池的狀態(tài)、總電壓、總電流，根據(jù)狀態(tài)適時(shí)進(jìn)行電池充放電均衡，并且充放電均衡時(shí)，均衡狀態(tài)也要實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測，所以就有了電動車電池能量管理系統(tǒng)(EMS)。實(shí)踐證明EMS可以有效延長電動車電池使用壽命，是電動車中十分重要的管理系統(tǒng)。

EMS主要包括：信息采集模塊、充放電均衡模塊、信息集中處理模塊以及顯示模塊。圖1為自主研發(fā)的電動車電池能量管理系統(tǒng)(EMS)的結(jié)構(gòu)圖，其中信息采集模塊主要完成實(shí)時(shí)采集電池組以及單體電池的電壓、溫度、電流等狀態(tài)，對電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)也為均衡模塊的開啟與關(guān)閉提供依據(jù)。均衡模塊主要完成對電池特性差異進(jìn)行補(bǔ)償，根據(jù)采集模塊采集來的信息判斷電池狀態(tài)，對單節(jié)電池進(jìn)行充放電均衡，來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)特性一致。信息集中處理模塊負(fù)責(zé)將采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、計(jì)算(如SOC等)，并監(jiān)控均衡模塊的工作，對其進(jìn)行控制，同時(shí)與顯示模塊通信，在整個(gè)系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。顯示模塊作為唯一的人機(jī)交互接口，不僅承擔(dān)著將所有數(shù)據(jù)、以及設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)地顯示給用戶，讓用戶能夠直觀地看到電池狀態(tài)和EMS工作效果，而且還為用戶與EMS的控制交流提供接口，可以讓用戶設(shè)置參數(shù)，更改EMS工作狀態(tài)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)管和控制的目的。

如果沒有顯示模塊人們就無法看到電池和EMS的信息，EMS的報(bào)警或提示信息無法通知到客戶，一些報(bào)警狀態(tài)得不到及時(shí)處理輕則造成電池?fù)p壞，重則會導(dǎo)致電動車工作失控，釀成嚴(yán)重事故。同樣客戶也無法根據(jù)情況來調(diào)整和控制EMS,也不能完全發(fā)揮EMS的作用?？梢婏@示模塊的人機(jī)交互功能是EMS中不可或缺的組成部分，從顯示模塊所需的功能看觸摸屏是不錯(cuò)的選擇。但如果購買市面上的觸摸屏，不僅顯示內(nèi)容會受觸摸屏本身顯示功能固定的限制而降低顯示設(shè)計(jì)的靈活度、影響顯示質(zhì)量，并且市面上觸摸屏的價(jià)格也普遍較高，給產(chǎn)品增加了很大一部分成本，這無疑會大大降低產(chǎn)品的市場競爭力。基于這種情況本文提出一種以STM32F103單片機(jī)為控制核心的比較通用的液晶觸摸屏的設(shè)計(jì)方案。

圖1 EMS結(jié)構(gòu)框圖

1 觸摸屏的種類及工作原理

觸摸屏種類眾多，可以分為電阻式、電容式、紅外線式、聲表面波式、矢量壓力傳感器等，其中電阻觸摸屏使用最為普遍。觸摸屏系統(tǒng)一般包括觸摸屏控制器和觸摸檢測裝置兩個(gè)部分。其中，觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給微控制器，它同時(shí)能接收微控制器發(fā)來的命令并加以執(zhí)行，觸摸檢測裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是檢測用戶的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控制器。觸摸屏的基本原理是，用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置(以坐標(biāo)形式)由觸摸屏控制器檢測，并通過接口送到微控制器，從而確定輸入的信息。其中觸點(diǎn)坐標(biāo)的求取方法是：如圖2所示，給觸摸屏的X+加正電壓V,X-接地時(shí)，在X+,X-方向上會形成均勻的電壓梯度，當(dāng)屏幕有觸摸時(shí)，可以通過讀取Y+的電壓，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后計(jì)算求得觸摸點(diǎn)X坐標(biāo)。同理，在Y+,Y-方向上加電壓，可以通過X+上的值計(jì)算出觸摸點(diǎn)Y坐標(biāo)。計(jì)算坐標(biāo)的公式如下：

式中，W 為觸摸屏的寬度;H 為觸摸屏的高度。

本方案采用的是四線電阻式觸摸屏并且不使用專用的觸摸屏控制器，直接由STM32F103控制以降低成本，如圖2所示。

圖2 四線電阻觸摸屏示意圖