CC430F5137单片机的动力电池管理系统设计

连接图如图2所示。CC430F5137的P0口的16个I／O端口作为并行数据口，与AD7656的并行数据口DB0～DB15相连；P1．0端口与AD7656的BUSY相连，用来检测转换是否结束；P1．1端口与CONVST A、CONVST B和CONVST C三个端口相连，作为AD7656的6路A／D同时采样启动控制口；P1．2端口与AD7656的读信号／RD相连作为读取数据控制口；P1．3端口与AD7656的／CS端相连作为片选控制口；P1．4端口与AD7656的RESET端相连作为AD7656的重启控制端口。
2．1．2 电流检测模块设计
电流检测模块采用的是霍尔电流传感器，其测量范围是0～100 A，电流信号按1：1000的比例缩小后在精密采样电阻上变成电压信号。如图3所示，将流经待测电流的导线穿入传感器缺口处，此时M端输出的电流是与待测电流同比例缩小的信号。该电流信号流经采样电阻后，在电阻两端形成一个电压降，由于电阻的一端接地，所以电阻的另一端V。即转化的电压信号。电流传感器输出的电流范围为0～100 mA，所以采样电阻的大小决定输出的电压范围，根据AD7656模拟转换芯片对输入电压的要求以及电流传感器的转换比例，选择采样电阻R的阻值为100 Ω，得到输出信号的电压在0～10 V以内，满足A／D转换芯片的输入电压要求。

2．1．3 电压检测模块设计
电压检测模块采用的是霍尔电压传感器加A／D转换器的测量方法。如图4所示，电压检测模块采用的霍尔电压传感器。其测量范围为0～200 V，电压传感器的额定输入电流为0～10 mA，所以在将电池的电压接入霍尔电压传感器前，需要在电压传感器接入之前串入一个限流电阻R1，根据输入电压的范围，R1的阻值选为20 kΩ，电阻的精度必须要求足够高，因为电阻R1的精度将直接影响输入电压的精度，进而影响整个电压测量的精度。如图4所示，电压传感器的输出端M输出一个电流信号，其范围为0～25 mA，但是A／D转换器的输入信号要求为一个电压信号，所以需要将电压传感器输出的电流信号转换为电压信号，在电压传感器的输出端M与地之间串联一个电阻R2，这样输出端M输出的电流作用在电阻R2得到电压信号，依照A／D转换器对输入的电压信号范围要求，R2的阻值选为400Ω。

2．2 温度检测模块设计
电池在充放电过程中，内部的部分能量会以热能的形式进行释放，如果单个电池温度过高，则会影响电池的寿命，甚至导致电池爆炸。电池在不同的温度下会表现出不同的物理特性，测量出电池的温度，并根据其内部固有的性能指标去使用和维护电池，这对于延长电池使用寿命以及让电池达到最佳使用效果是一个非常重要的环节。考虑到设备低功耗要求和成本限制，在本系统中选择了Maxim公司的DS18B20数字温度传感器进行温度测量。DS18B20是一款高速度、高精度的温度传感器，在安装温度传感器时，需要将其尽可能地贴近蓄电池。DS18B20的电源供电电压为3 V；测量范围为-55～+125℃；测量精度为0．5℃。温度采集电路图如图5所示，DS18B20的供电电压为3 V，单片机CC430F51 37的P1．5口与DS18B20的DQ口相连，用来控制DS18B20。

2．3 数据传输模块设计
数据传输模块由CC430F5137单片机内部集成的CC1101无线电模块构成。CC430F5137单片机是TI公司的MSP430F5xx系列的MCU与低功耗RF收发器相结合的产品，可实现极低的电流消耗，而且其采用电池供电的无线网络应用，无需维修即可工作长达10年以上。微型封装所包含的高级功能性还可为创新型RF传感器网络提供核心动力，以向中央采集点报告数据。CC430F5137为16位超低功耗MCU，具有16 KB闪存、CC1101无线电和2 KB RAM，供电电压范围为1．8～3．6V，正常工作模式消耗电流为160μA／MHz，LPM_3消耗电流为2．0μA。

CCA30F5137单片机内部集成了CC1101无线电收发器。为了提高数据传输的稳定性，无线电的RF频率设为915 MHz，信道间隔为100 kHz，数据传输率为38．4 kbps，发送功率最大可以达到-109 dBm，传输距离可以达到200 m。距离较远的情况下可以外接大功率天线，增加传输距离，根据传输距离调节发射功率大小，使功耗尽量最低。CC430F5137的RF无线电硬件电路如图6所示。CC430F5137的供电电压为+3．3 V，外接频率为26 MHz的石英晶振。其中RF_N和RF_P为RF无线电收发器的接收发射引脚，两引脚外接天线，用以增加传输距离。

3 动力电池管理系统软件设计
动力电池管理系统的软件设计包括SoC电量检测子程序、电池正常使用时系统程序和电池充电时系统程序的设计，下面就这各部分进行详细介绍。
3．1 SoC电量检测子程序
蓄电池管理系统中，常用的SoC计算方法有库伦计算法、开路电压法、阻抗测量法、综合查表法等。出于系统低功耗特性以及成本考虑，本系统采用综合查表法。电池的剩余容量SoC与电池的电压、电流、温度等参数有着密切的联系。通过电池固有的特性设置一个相关表，根据电池的电压、电流、温度等参数就可以算出得到电池的剩余电量值。剩余电量检测程序流程如图7所示。系统初始化完毕后开始检测电池的电压、电流、温度参数，然后根据已经列出的相关表计算出电池的剩余电量，将所算出的数据通过显示屏进行显示。同时，将此数据通过无线模块传输给充电中心，如果剩余电量不足，系统会触发报警装置，告知人员电量不足。