帶有以太網(wǎng)接口的蓄電池化成監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1引言

蓄電池極板的化成丁藝是蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中的重要一環(huán)。所謂化成是指過(guò)對(duì)極板充放電過(guò)程，即利用電化學(xué)反應(yīng)使電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。蓄電池的化成充放電過(guò)程是一個(gè)在外加電壓下復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，需要監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)極板電流電壓值進(jìn)行監(jiān)視并對(duì)充放電參數(shù)不斷調(diào)整。一般一個(gè)蓄電池生產(chǎn)廠有上十臺(tái)甚至上百臺(tái)化成充電機(jī)在各自控制系統(tǒng)的控制下同時(shí)運(yùn)行，而這些控制系統(tǒng)通常以RS485／CAN總線連接，通過(guò)串口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)主從式通信。隨著網(wǎng)絡(luò)化日益普及，出現(xiàn)了底層依然采用RS485總線連接，而留出以太網(wǎng)接口直接用于與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)連接。這里重點(diǎn)講述以太網(wǎng)連接的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

2監(jiān)控系統(tǒng)的組成及原理

該系統(tǒng)以AVR為主控制核心，由CS5460A實(shí)時(shí)采集電流電壓值發(fā)送到主控制器。主控制器根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采取特定充放電機(jī)制，由D／A轉(zhuǎn)換器TLC5615通過(guò)電壓跟隨器輸出0～5 V電壓以控制外部電源電路，進(jìn)而對(duì)蓄電池極板進(jìn)行不同的充放電過(guò)程。選用RTL8019AS作為網(wǎng)卡，系統(tǒng)內(nèi)嵌uIP協(xié)議棧，從而實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)與PC機(jī)的以太網(wǎng)連接。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1主控制器的選擇

Atmega128采用RISC結(jié)構(gòu)，128 Kb可在系統(tǒng)編程／應(yīng)用編程Flash程序存儲(chǔ)器，4 Kb EEPROM，4 Kb SRAM，豐富的片內(nèi)資源很方便運(yùn)行一個(gè)小型的操作系統(tǒng)，如μC／OS-Ⅱ可以嵌入TCP／IP協(xié)議。

3.2數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)

CS5460A器件負(fù)責(zé)采集極板的電流電壓瞬時(shí)值，它是一種帶有能量計(jì)算引擎的CMOS單芯片功率測(cè)量器件，可以測(cè)量瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、能量以及RMS電流和RMS電壓。它采用SPI接口與主機(jī)對(duì)應(yīng)接口連接，具有4個(gè)I／O口，分別是片選CS、數(shù)據(jù)串入SDI、數(shù)據(jù)串出SDO和串行時(shí)鐘SCLK。為避免外部干擾，它與主控制器之間由光電隔離器件6N137進(jìn)行隔離。數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示。其中，VIN+，VIN-為電壓輸入端，用于檢測(cè)充放電回路中的瞬時(shí)電壓值；IIN+，IIN-為電流輸人端，用于檢測(cè)瞬時(shí)電流。豐控制器外擴(kuò)并行存儲(chǔ)器AM29F040B及時(shí)保存采樣值，外接串行EEP-ROM AT24C04保存充放電參數(shù)。

3.3以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì)

RTL8019AS是一種高度集成的10 MB以太網(wǎng)控制器，與NE2000兼容，支持8位、16位數(shù)據(jù)總線；內(nèi)置16 KBSRAM緩存；可連接同軸電纜和雙絞線，并可自動(dòng)檢測(cè)所連接的介質(zhì)，其連接電路示意圖如圖3所示。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)任務(wù)模塊的組成

系統(tǒng)任務(wù)共分五大模塊，即采集模塊、充放電控制模塊、RS485總線通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊、故障檢測(cè)模塊。其中充放電控制模塊根據(jù)設(shè)置的工藝參數(shù)，由D／A輸山0～5V間指定的電壓和電壓保持時(shí)間；故障檢測(cè)模塊包括電流故障、斷流故障、過(guò)流故障、程序錯(cuò)誤故障、電源欠壓故障和短線故障。

4.2以太網(wǎng)通信模塊的程序設(shè)計(jì)

首先編寫(xiě)網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序，以完成網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)掘鏈路層的任務(wù)，它對(duì)上層提供3個(gè)接口函數(shù)：

由于該系統(tǒng)采取多任務(wù)機(jī)制，因此內(nèi)嵌小型操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ。uIP的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，網(wǎng)卡只需將接收的包填人uip_buf，設(shè)置uip_len的長(zhǎng)度為包長(zhǎng)，然后在uIP的輪詢循環(huán)中檢查uip_len是否大于零。該程序?qū)⒁蕴W(wǎng)通信作為μC／OS-Ⅱ的一個(gè)任務(wù)，部分程序代碼如下：


5 結(jié)語(yǔ)

帶有以太網(wǎng)接口可使控制系統(tǒng)與上層網(wǎng)絡(luò)直接連接，但它需要有一直延伸到工廠底層的以太網(wǎng)支持，設(shè)備內(nèi)嵌Web服務(wù)器使得其有條件直接通向互聯(lián)網(wǎng)與外界直接溝通信息。