基于AVR单片机的智能蓄电池巡检系统

0 引言
在通信、电力和微波等系统中，蓄电池组是重要的储能设备，它可保证通信设备及动力设备的不问断供电，直接关系到整个直流电源系统的可靠运行。如果不能妥善的管理使用蓄电池组，例如过充电、过放电及电池老化等现象，都会导致电池损坏或电池容量急剧下降(因为电池组一般是由电池单体串联组成，即使只有一节电池性能恶化，也会严重影响整组电池的性能)，从而影响设备的正常供电。因此，及时可靠的对电池组进行巡回检测对于维护通信系统设备的正常运转具有十分重要的意义。目前电力系统常用的检测方法就是平时测量电池的端电压及每年进行容量核对性放电，显然平时浮充状态下的端电压测量是难以反映电池的好坏的，即使性能差的电池在浮充时也能测得合格的电压，而一旦停电，需电池放电时，该电池就可能无法保证事故状态下放电要求，从而扩大事故范围。文中介绍了一种基于高性能AVR单片机设计的智能电池巡检系统，该系统采用模块化设计，结构合理，电器性能及抗电磁干扰性能优越。经试用，运行效果良好。

1 电池巡检系统功能及结构
本监控系统实时监测单体电池电压、电池组端电压和电流、电池房环境温度和电池温度，测量单体电池内阻，统计单体电池参数。电池监测具有过压、欠压和差压报警功能，根据用户设定的报警参数及时报警，能够准确查找故障电池，并对电池单体电压、总电压，充放电电流，电池内阻进行精确管理及严格控制，自动完成电池的精确管理及保养维护。系统具有实时时钟，参数具有掉电保护功能，掉电后系统设置不会丢失，最多可记录30条历史故障，以及该故障排除时间。采用大屏幕液晶显示屏，长寿命LED背光，实现全中文汉化显示，除完成数据测量及状态的实时显示外，还提供各种菜单、信息提示，真正实现人机对话操作。采用电力部标准通讯协议、RS232或RS485串行通讯接口，支持1 200、2 400、4 800、9 6OO波特率，可方便地与电力自动化系统对接，实现电池系统自动巡检。

1．1 硬件结构
文中所涉及的电池巡检系统采用主从式结构、模块化设计，主监控单元配接约14．48mm的320×240液晶屏，并带R 32 S485通讯接口与上位机进行通信。从逻辑功能上，该系统分为以下几个功能模块：主监控模块、多个电池巡检模块、放电模块和液晶显示模块。系统的整体结构框图如图1所示。其中，主监控模块和电池巡检模块为本系统的核心功能模块。

1．2 软件结构
考虑到系统的可移植性及今后的维护和扩充，系统软件采用c语言编写，并采用全模块化的方法设计。模块的软件主要由主程序以及其他一些中断子程序构成。主监控模块的主程序主要包括电池总电压检测、充放电流检测、温度检测及处理程序、放电模块管理程序以及与电池巡检模块通信程序等构成，其流程图如图2所示。其中断子程序主要包括通讯中断子程序、定时器中断子程序和键盘扫描子程序等。电池巡检模块的主程序主要由单体电池电压采样子程序、初始化子程序等构成，其流程如图3所示。其中断子程序主要是通信中断子程序和定时器中断子程序等。

2 主要功能模块的设计概要

2.1 主监控模块
高性能的8位单片机Atmega128是采用精简指令集RISC(reduced instruction Set CPU)结构的新型单片机，高速度、低功耗，执行一条指令仅需一个时钟周期；内置看门狗Watchdog定时器，防止程序走飞；片内有128KB Flash程序存储器，4KB EEPROM数据存储器，4KBRAM存储器；多达48个I／0端121，34个不同的中断源；除拥有普通异步串行通信接口外，还拥有同步串行SPI接121、双线串行TwI接121、ISP下载和JTAG仿真等功能；工作电压范围宽，电源抗干扰性能较强。作为电池巡检监控系统的主要功能模块，主监控模块以Atmega128为核心，外部扩展了串行EEPROM24c512和实时时钟芯片DS1307。该模块对电池组电压、充放电流和和两路温度进行采样并处理，通过电子开关对放电进行控制，并通过键盘及液晶显示接口进行按键的处理和系统信息的实时显示，其原理框图如图4所示。该模块对上位机提供RS232、RS485两种串行通讯方式，并可提供1 200、2 400、4 800和9 600四种通讯波特率。对电池检测单元模块提供RS485接口，并可以根据这些模块的通信要求来制定具体的通信协议。

2．1．1 蓄电池总电压、充放电电流采样

在直流系统中，蓄电池组都是由很多个单体电池串联在一起供电的，而且充电机给蓄电池充电也不是单体充电，而是对整个串联在一起的蓄电池一起充电，根据蓄电池组的总电压和充放电电流大小来判断蓄电池组的物理状态，进而采取合理的充电方式。并且测试单体电池内阻时，