基于CAN总线的蓄电池组集散控制系统设计

放电交直流电压、电流、温度等模拟量经滤波、整形后，通过多路转换开关进入80C196KC的A /D转换口，由单片机定时采样并完成A /D转换；开关量输入经过光耦、缓冲器进入单片机的I/O口，单片机通过对I/O口的检测和数值处理产生相应的动作如声光报警、关闭充放电电源模块、继电器动作等；单片机将A /D转换后的数据与设定参数进行比较和数字计算，由高速输出口HSO完成PWM输出，经隔离、整形、滤波处理后送出PID调节信号，可对充放电电压、电流进行控制；由于外围接口电路较多，用8155对单片机I/O 口进行了扩展，通过键盘和液晶可上、下、前、后翻屏查看监控信息(充放电电源状态、蓄电池状态、充放电曲线等)和更改系统参数设置(电压、电流阈值、温度补偿系数等) ；为进行CAN总线通信和与上位机数据交换，节点单元还设置了CAN通信接口电路和RS232串行通信接口电路。

　　CAN总线接口电路

　　节点单元CAN总线部分硬件电路原理图如图3所示。节点单元CAN总线接口由独立控制器SJA1000和CAN控制器接口芯片82C250 组成。SJA1000 作为微控制器的片外扩展芯片，其
片选脚CS接在微控制器的地址译码器上，从而决定了CAN控制器中的各寄存器在微控制器中的地址。SJA1000通过CAN控制器接口芯片82C250连接在物理总线上。收发器件82C250能提供对总线的差动发送能力和对CAN 控制器的差动接受能力，完全和“ ISO11898"标准兼容，具有高速、抗干扰、掉电能自动关闭输出、支持达110个节点连接等特性。

　　系统软件设计

　　本系统的软件由两部分组成：上位机PC机软件和节点单元软件。PC机软件在Windows环境下用组态软件产生友好的人机界面，实时读取各节点单元所传送的数据，拼装后在画面上显示，通过画面能及时了解各蓄电池的工作特性、工作状态，对不符合要求的蓄电池发出报警信号，以便及时处理，找出蓄电池的最佳工作点，保证蓄电池充放电系统的正常工作，提高蓄电池组充放电的工作效率。节点单元软件包括自检程序、多路A /D转换滤波处理程序、数字PID调节程序、LCD显示程序和通信程序等模块，采用汇编语言编写，仿真调试脱机模拟后固化于EPROM内。

图3：节点单元CAN总线通信接口电路图

　　节点单元主程序

　　节点单元主程序流程图如图4所示，完成对A/D转换结果的数据分析， I/O口数字开关量的处理、调用蓄电池充放电参数调整程序、CAN总线通信程序和键盘、LCD显示程序等。其中数据分析包括蓄电池组的充放电电压、电流比较、浮充电压判断、低压切除电压阈值调整等；I/O数字开关量处理包括对开关量的判断、报警等。

图4：节点单元主程序流程图

图5：CAN总线通信初始化流程图

　　通信程序

　　CAN总线通信程序主要由三部分组成，即初始化程序、发送程序和接收程序。初始化程序主要完成CAN控制器工作方 式的选择，即对CAN控制器控制段中的寄存器写控制字。

　　本系统采用SJA1000，即在系统复位模式下完成如图5的初始化流程。信息从CAN控制器发送到CAN总线或从CAN总线到CAN接收缓冲区都是由CAN总线控制器SJA1000自动完成的，发送和接收中断处理流程图分别如图6、图7所示。

图6：CAN总线通信发送程序流程图

图7：CAN总线通信接收程序流程图

　　液晶显示程序

　　液晶显示程序框架如图8所示。带中文字库的大点阵图形液晶显示模块LCM320240ZK每屏可显示300个字符，且可以清晰显示蓄电池组充放电电压、电流、V/I特性等曲线。首屏监控子菜单内容包括当前时间、交流电压、电流、负载电压、电流、环境温度、单体蓄电池温度、均浮充状态等参数。在首屏上按功能选择键启动或复位可进入主菜单屏，包括电池状态监控、充放电参数控制以及故障报警等子菜单，利用光标移动可选择要查看的子菜单。屏间信息的转换、屏内光标的移动和参数的增减通过上、下、左、右和确定按键组合实现。

图8：液晶显示程序流程图

　　结　语

　　基于CAN总线的蓄电池组充放电集散控制系统充放电参数检测控制实时性好、抗干扰性强且易于升级，对于提高直流供电系统的可靠性，减轻工作人员的劳动强度，减少维护工作的盲目性具有重要的参考价值。