基于Labview的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

陳輝煌

（湄洲灣職業(yè)技術學院 福建 莆田 351254）

由于交流市電在供應的過程中可能會出現停電、電壓下陷上涌、持續(xù)欠壓過壓以及頻率波動等不確定的干擾因素，這些因素會對網絡的持續(xù)運行造成影響，甚至對處于運行狀態(tài)的網絡設備和服務器造成損壞。各個企業(yè)在構建網絡系統(tǒng)的時候，在計算機網絡供電方面都會采取必要的措施以提供高質量的UPS電源[1]。這其中蓄電池組作為動力供應的最后保障，無疑是電源中的最后保險。而蓄電池的工作狀態(tài)將直接影響UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以必須對電池組的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測?？梢?，對電源中蓄電池的準確監(jiān)測變得非常重要。為了實現對蓄電池各參數的準確檢測，在做了需求分析的基礎上，提出并設計了一種基于Labview的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”）設計方案。該系統(tǒng)能夠完成對其準確檢測。

1 監(jiān)測需求分析

針對為滿足某型UPS電源蓄電池參數進行檢測的需求，對電池智能化綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)的分析，得到系統(tǒng)采集信號共分為以下4個參數：電池的電壓、電流、溫度、電量等主要參數進行采樣等信號。要想完成對以上信號的測試，需要做好以下幾個方面。首先該監(jiān)測系統(tǒng)應能檢測處于各種工作狀況的輸入信號；其次，應能將檢測的數據與PC機通信；再次，還應具有將數據顯示并處理。

2 總體設計

該監(jiān)測系統(tǒng)結構圖如圖1所示，在對蓄電池參數的檢測過程中，通過采集模塊監(jiān)測蓄電池運行的情況，監(jiān)測電流是否在正常范圍內，監(jiān)測單電池電壓是否正常，利用MCU控制器（AT89S52）及DS2438器件采集蓄電池各參數；采集到的數據經過RS232串行接口[2]電路送達計算機；同時根據采集上傳的數據，進行容量的預估與測算，借助蓄電池數據（電壓、電流、溫度、電量），構筑蓄電池的監(jiān)測系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system

3 系統(tǒng)硬件設計

監(jiān)測系統(tǒng)硬件主要由RS232串行通信接口電路、AT89S52控制器、DS2438蓄電池參數采集電路[3]等組成，系統(tǒng)硬件結構圖如圖2所示。系統(tǒng)是基于Labview的串行通信進行數據采集，以PC機作為上位機，單 片機 （AT89S52）作下位機，上位機發(fā)送采集指令觸發(fā)下位機通過P2口讀取DS2438采集的電池參數值，并利用P3.0和P3.1的串行輸入輸出端，通過串口芯片MAX232傳輸給上位機的串口，利用Labview采集并轉換為十進制，再通過Labview進行數據的處理。

圖2 系統(tǒng)硬件結構圖Fig.2 Structure diagram of the hardware system

3.1 電池溫度參數的測量

電池溫度測量通過內部的溫度傳感器將測量結果存放在DS2438溫度寄存器（第0頁1、2字節(jié)）中，通過單總線輸入輸出端口（DQ）與單片機P2.0端口完成串行數據傳送。電池參數采集電路如圖3所示。

圖3 電池參數檢測電路圖Fig.3 Battery parameters detection circuit diagram

3.2 電池電壓參數的測量

DS2438內置了一個10位的電壓A/D轉換器，當選定一個電阻 R1=1 MΩ， 通過公式 14×1 MΩ/（1 MΩ+R）=10 V 得R2=390 kΩ，U實際為實際單節(jié)蓄電池的電壓，U測量為DS2438測量的電壓值，根據如下公式，U實際=U測量（1 MΩ+0.39 MΩ）/1 MΩ，可以在單片機中完成測量值轉換為實際值。

3.3 電池電流參數的測量

DS2438內置了一個電流A/D轉換器，當單片機發(fā)出A/D轉換器使能信號，DS2438對流過采樣電阻電流自動進行測量，測量的結果存放于電流寄存器（第0頁5、6字節(jié)）中。對電流的采集電阻的選擇，應不影響電池的使用，故選擇小阻值電阻，且電阻精度要求高。設計采用Rsens=0.025 Ω電阻。

為了抵抗電池干擾，設計RC低通濾波器。通過計算選擇R：100 kΩ，C：0.1 μF，截至頻率為：

對于DS2438的AD轉換頻率是36.41 Hz，該低通濾波器有效地濾除劍鋒脈沖，保障電流累加器準確獲取采樣信號。

3.4 電池剩余電量的測量

電池的剩余電量用集成電流累加器（ICA）的值求得。ICA是一個累積電池組投入使用后的全部流入和流出電池電流的寄存器，其值是由DS2438定時自動測量外接電阻Rsens幅的電壓后更改的，無需對其進行控制，只需單片機讀出ICA寄存器的值，然后由下式計算得出電池的剩余電量[4]：

其中Rsens的單位為Ω。

4 測試系統(tǒng)軟件設計

該監(jiān)測系統(tǒng)的軟件采用Labview[5]編程，Labview是美國國家儀器公司（NI公司）推出的專為數據采集、儀器控制、數據分析與數據表達的圖形化編程環(huán)境，它是一個開放的開發(fā)環(huán)境，具有 PCI，PXI， RS-232/485，USB 等各種儀器通訊總線標準的所有功能函數，開發(fā)者可以利用這些函數與不同總線標準接口的數據采集硬件交互工作。本系統(tǒng)采用NI_VISA串口Serial函數來訪問和控制串口，從而實現串口通信功能。首先，利用VISA Con2figure Serial Port.vi進行串口初始化，然后利用VISA write.vi向寫緩沖區(qū)發(fā)送數據讀取指令，最后利用VISA read.vi以字符串形式讀取數據緩沖區(qū)的8位二進制數，并利用 HexadecimalString T o Number節(jié)點將8位字符串數據轉變成數字型數據，提供給控制電路[6]。

在設計過程中采用模塊化編程，方便更新、維護與拓展，整個系統(tǒng)由溫度數據采集模塊、電壓數據采集模塊、電流數據采集模塊、電量數據采集模塊、通信模塊和系統(tǒng)幫助模塊等組成。監(jiān)測系統(tǒng)利用Labview程序發(fā)送16進制數據給單片機，啟動各采集模塊采集數據，實時記錄參數，利用上位機進行數據處理和顯示。既實現了采集監(jiān)控的功能，又可以進行數據的進一步處理和分析。系統(tǒng)軟件設計的結構圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件設計結構圖Fig.4 Schematic diagram of the software test system

下位機軟件采用C語言編寫，包括DS2438的讀寫和串口通信兩個主要部分。上位機軟件采用Labview編寫。相關程序段如下所示。

系統(tǒng)下位機主函數：

5 實驗應用

該測試系統(tǒng)用于某型蓄電池溫度的測試。在進行測試時，首先運行該監(jiān)測應用軟件，初始化后，通過完成檢測設置和通信配置等相關設置后，然后通過點擊主程序界面的相應模塊檢測按鈕進行相應的測試，其中上位機發(fā)送控制命令字，然后接收下位機發(fā)回的數據；并將結果進行顯示，程序面板的部分界面如圖5所示。通過實際應用發(fā)現，該測試系統(tǒng)測試結果準確、穩(wěn)定可靠。

圖5 測試界面圖Fig.5 Interface chart of the test system

6 結 論

文中設計的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)，既可對電池參數進行實時的采集與顯示，又可實現數據遠程的控制，能夠滿足系統(tǒng)的測量需求。對該測試系統(tǒng)已用于某型蓄電池系統(tǒng)進行測試，實際應用表明該測試系統(tǒng)具有檢測準確、穩(wěn)定可靠、人機界面友好等特點，達到了設計要求。而且系統(tǒng)擴展后可運用于UPS電源電池組的遠程數據采集與測控。

[1]王志秀.淺談UPS電源設計[J].黑龍江科技信息，2010（11）：70，16.

WANG Zhi-xiu.Showing UPS power design[J].Heilongjiang Science and Technology Information，2010（11）：70，16.

[2]范逸之.Visual Basic與RS-232串行通信控制 [M].北京：清華大學出版社，2006.

[3]陳輝煌.基于DS2438的多功能智能蓄電池充電器的設計[J].江西電力職業(yè)技術學院學報，2011（3）：53-55.

CHEN Hui-huang.The program of multifunctional intelligent battery charger based on DS2438[J].Journal of Jiangxi Vocational and Technical College of Electricity，2011（3）：53-55.

[4]DS2438 Smart Battery Monitor.DALLAS SEMICONDUCTOR[EB/OL]. （2011）http：//datasheets.maxim-ic.com/en/ds/DS2438.pdf.

[5]吳成東.LabVIEW虛擬儀器程序設計及應用 [M].北京：人民郵電出版社，2008.

[6]李元，姜鑫.基于LabVIEW平臺的遠程虛擬數據采集系統(tǒng)的研究[J].沈陽化工學院學報，2008（9）：269-270.

LI Yuan，JIANG Xin.Based on the platform of LabVIEW virtual remote data acquisition system of the research[J].Journal of Shenyang University of Chemical Technology，2008（9）：269-270.