摘 要：主要介紹了一種基于MSP430蓄電池充電系統(tǒng)，同時(shí)給出了系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；蓄電池；脈沖觸發(fā)；MSP430
鉛酸電池具有價(jià)格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信、鐵路、交通、電力、石油、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門。在傳統(tǒng)的充電技術(shù)中，常用的恒壓充電、恒壓限流充電、恒流充電等模式，都是由工人控制充電過(guò)程，由于充電技術(shù)不能適應(yīng)免維護(hù)電池的特殊要求，嚴(yán)重影響電池的壽命，大量的免維護(hù)電池用幾年后即報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文所介紹的新型智能充電機(jī)系統(tǒng)，解決了動(dòng)態(tài)跟蹤電池可接受充電電流曲線的技術(shù)關(guān)鍵，形成了獨(dú)具特色的智能充電機(jī)系列，提高了充電質(zhì)量和效率，充電工人只擔(dān)任輔助性工作，為充電技術(shù)和充電設(shè)備闖出了一條嶄新的路。
1硬件部分
電池充放電過(guò)程中，可進(jìn)行恒流、恒壓、涓流、充放電時(shí)間以及終止電壓等多種控制規(guī)律選擇。整個(gè)系統(tǒng)分2層，下層是執(zhí)行層，上層為控制層。
1.1節(jié)點(diǎn)層
利用三相橋式全控整流橋技術(shù)實(shí)現(xiàn)充放電轉(zhuǎn)換。晶閘管的觸發(fā)由MSP430來(lái)完成。擬采用雙窄沖觸發(fā)，以減少觸發(fā)裝置的輸出功率。下層的核心就在于對(duì)MSP430的控制。MSP430F135是TI公司新近推出的Flash系列的16位單片機(jī)，他具有內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換器、串行通訊接口，集成JTAG接口，內(nèi)置Flash存儲(chǔ)器，具有看門狗定時(shí)器，2個(gè)16位定時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等功能。并通過(guò)對(duì)堆棧的處理，實(shí)現(xiàn)了中斷和子程序調(diào)用層次無(wú)限制，具有嵌套中斷結(jié)構(gòu)，即高級(jí)中斷程序可以被低級(jí)中斷請(qǐng)求打斷，當(dāng)中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生時(shí)，按優(yōu)先級(jí)別處理。利用他的12位A/D采集電流電壓值，作為閉環(huán)控制的反饋?zhàn)兞俊Ｌ幚砗蟮姆答佔(zhàn)兞颗c設(shè)定的值進(jìn)行比較，根據(jù)一定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，確定觸發(fā)角度，由單片機(jī)直接給出觸發(fā)信號(hào)，打開可控硅。控制精度可達(dá)到2.5‰。電流電壓采集采用差模放大技術(shù)，該電路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，且反饋精度高。單路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
1.2控制層
實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的集散式控制。中間層的主要任務(wù)就是集合多路下位機(jī)的數(shù)據(jù)。中間層以ATmega16單片機(jī)為核心，他是一個(gè)與51系列兼容的8位單片機(jī)，易進(jìn)行外圍擴(kuò)展。下位機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)通訊接口，上傳到本層的非易失大容量存儲(chǔ)器（Flash）DA28F640中。在本層加入人機(jī)界面LCD液晶顯示屏以及鍵盤輸入，由操作人員在本層對(duì)下位機(jī)直接控制。本系統(tǒng)也可組網(wǎng)，連接到計(jì)算機(jī)上。操作人員可以通過(guò)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控管理。
2軟件部分
本系統(tǒng)采用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)，模塊化程序結(jié)構(gòu)，由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、定時(shí)脈沖發(fā)出模塊以及通訊模塊等幾大模塊組成。程序首先判斷出執(zhí)行命令，再轉(zhuǎn)入條件設(shè)定子程序，如恒流充電命令，程序首先把設(shè)置電流、終止時(shí)間等命令結(jié)束條件賦值與判斷變量，然后設(shè)置這些變量的布爾量為真，這樣各種充放電命令簡(jiǎn)化為由主循環(huán)直接進(jìn)行條件判斷。整體程序結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)潔、易懂，且易于設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)和移植。
2.1數(shù)據(jù)采集/處理
本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集采用差分放大電路，直接從電池兩端引入電壓、電流信號(hào)。選用放大器OP07。模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換部分由MSP430內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器完成。在主循環(huán)中起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后由中斷程序把轉(zhuǎn)換后的值存入指定的寄存器，留待全部轉(zhuǎn)換結(jié)束后處理。設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，以防重復(fù)啟動(dòng)。由于現(xiàn)場(chǎng)各種干擾的存在，使得采用所得的數(shù)據(jù)有一定的誤差。為使轉(zhuǎn)換結(jié)果更精確，同時(shí)考慮到系統(tǒng)靈敏性，可令每個(gè)輸入信號(hào)采樣4次左右，在處理上運(yùn)用數(shù)字濾波處理，采用算術(shù)平均值法。算術(shù)平均值法適合于對(duì)一般的具有隨機(jī)干擾的信號(hào)濾波，特別適合信號(hào)本身在一數(shù)值附近上下波動(dòng)的情況。
應(yīng)用中也可根據(jù)被測(cè)參數(shù)的實(shí)際情況及所得數(shù)據(jù)規(guī)律，而綜合采用多種算法，以取得更有效的濾波效果。處理后的值先與設(shè)定值比較，得出差值，再由關(guān)系式：
其中：Ud為變壓器二次相電壓有效值；
U2L為變壓器二次線電壓有效值。
加實(shí)驗(yàn)得出電壓電流差值于度數(shù)相對(duì)應(yīng)的調(diào)整關(guān)系，再由度數(shù)和時(shí)間的關(guān)系轉(zhuǎn)化為時(shí)間參量。將電壓電流差值量轉(zhuǎn)化為時(shí)間差值量后，再將時(shí)間差值量與原設(shè)定值相加（充電）或相減（放電），從而動(dòng)態(tài)的調(diào)整角度，進(jìn)一步動(dòng)態(tài)的調(diào)整電壓電流的值，維持電壓電流的以定的可接受的曲線變化。由于系統(tǒng)能夠不斷的采集反饋回來(lái)的電流電壓的值，根據(jù)情況隨時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)整控制量，使系統(tǒng)能隨時(shí)跟上電流電壓的變化而采取相應(yīng)的措施，避免了在充/放電過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大電流的可能性，使電流曲線變化平緩。
2.2脈沖觸發(fā)程序
MSP430的 P1口具有外部中斷工作方式。由三相電經(jīng)變壓器引出任意兩相經(jīng)由比較器接入P1口，當(dāng)兩相互換時(shí)，引起P1口產(chǎn)生中斷，可準(zhǔn)確確定出兩相的換相點(diǎn)位置。確定了換相點(diǎn)的位置，在P1口中斷程序中打開定時(shí)器，把由電壓換算出的時(shí)間值付給定時(shí)器的16位寄存器。定時(shí)器經(jīng)過(guò)觸發(fā)角時(shí)間產(chǎn)生中斷，在定時(shí)器中斷程序中打開相應(yīng)觸發(fā)脈沖的引腳。按規(guī)律經(jīng)15°后脈沖結(jié)束，再經(jīng)45°，打開下一個(gè)觸發(fā)引腳。一個(gè)周期（360°）后，有采樣的電壓或電流重新確定觸發(fā)角，重新給定時(shí)器的寄存器復(fù)值。
2.3上層程序
上層程序主要有2部分組成：人機(jī)接口部分和通訊部分。人機(jī)接口包括鍵盤控制和顯示2部分。在程序中，用鍵盤編制各種控制規(guī)律、控制程序。可將DA28F640內(nèi)部分成若干個(gè)區(qū)，是下層每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)區(qū)，把相應(yīng)的充放電程序及下層傳遞過(guò)來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)存到相應(yīng)的區(qū)內(nèi)。在單片機(jī)內(nèi)部建立小型字庫(kù)，存入需顯示的字符,確保LCD液晶屏能動(dòng)態(tài)地顯示當(dāng)前電壓電流時(shí)間等值。
3結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，大大提高了生產(chǎn)效率；人機(jī)界面友好，易于操作、管理。操作人員只需在控制層編好控制程序，系統(tǒng)負(fù)責(zé)把程序傳到各個(gè)節(jié)點(diǎn)，由各個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立進(jìn)行操作，中間無(wú)需看守，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的全自動(dòng)化。工作過(guò)程中電流電壓的變化由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)解，在掉電情況下系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化。
參考文獻(xiàn)
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66821730(技術(shù)支持)
