基于CAN总线的蓄电池组充放电集散控制系统的设计

集散控制系统设计报告
基于CAN总线的蓄电池组充放电集散控制系统的设计
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集散控制系统的基本结构及工作原理
系统由上位机(通用P C机，带C A N接口适配卡)，n个智能电压、温度等数据采集节点单元(具体个数随单体蓄电池数而定，但最多不超过110-2=108个)，1个现场智能电压、电流监控显示报警节点单元及C A N总线网络组成，其系统结构如下图所示。

系统中的每个节点都以INTEL80C196KC单片机为核心，配以PH IL IPS半导体公司的SJA1000独立CAN控制器和PCA82C250CAN收发器构成。

PC机和CAN控制器之间采用双口RAMIDT7132作为双向数据传送通道。

现场智能电压电流监控显示报警节点单元另采用北京青云创新科技发展有限公司的液晶显示模块LCM320240ZK和简易键盘，用于显示各智能检测节点单元发送来的现场数据和向各智能检测节点单元发送简短的PID调节等控制命令。

智能电压、温度检测节点单元则配以相应的电压、电流、温度传感器及相应的处理电路，以完成电压、电流及温度信号的采集工作。

节点单元工作原理
本系统中存在现场智能电压电流监控显示报警节点单元和智能电压、温度检测节点单元等不同类型的节点，但其核心电路基本类似，只是外围接口电路和传感器等采集电路有所区别。

以带有监控显示报警的节点单元为例，其结构框图如图2所示。

图2.节点单元结构框图
现场蓄电池充放电交直流电压、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。

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
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、所示。

图6：CAN总线通信发送程序流程图
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
图7：液晶显示程序流程图
结束语：
此次的集散控制系统的设计让我认识了组态王软件、对此软件有了初步的了解和应用、同时也了解到DCS系统控制过程中与模糊控制系统、现场总线和智能大厦等等科目有着紧密的联系和贯通、在设计过程中有许多的问题和漏洞、查阅了一些文字资料和网络资料、很高兴能有这样的机会接触到专业性的系统设计报告、也算是为日后写毕业论文提供了一次学习的机会。