基于NiosII的蓄电池组在线监测系统的设计

ｅ ｒ自动产生 一些必 需 的仲裁逻 辑来协 调系统 中以上 各 个部 件 的工 作 （ ３块 ＭＵ 从 Ｘ板输 入的 ６ 模拟量 个 信号通 过总线 底板接 人 Ａ ａ ｎＳ ｉｈＦｂ ｃ的 ６个 ｖｌ ｗｔ ａｒ ｏ ｃ ｉ
Ａ Ｎ引脚 ， Ｓ ３ 护接 口通过底 板 转接 到前 面板 ， Ｉ Ｒ ２ ２维 通 过 Ａ ａ ｎＳ ｉ ｈＦ ｂｉ 来 控制 ＭＵ ｖｌ ｗｔ ａｒ ｏ ｃ ｃ Ｘ板上 ６个 ｌ ： ６
类Ｂ ＭＵ都采用 了这 种方 案 。 由于 隔离运放价格 高 ， 所 以也 没有采 用 。一项 很有发 展前景 的技术 已经 应 用 于蓄 电池组 检 测 中 ， 就 是 基 于 Ｎｏ Ｉ的 Ｓ Ｐ 这 ｉ Ｉ ｓ ＯＣ 技术 。Ｎｏ Ｉ ｉ Ｉ是在 Ａ ｅａ的 Ｆ Ｇ ｓ ｈｒ Ｐ Ａ器件 上实 现 的一 种 ３ 处理器 。Ｎｏ ＩＣ Ｕ是 一种 采 用 流水线 技 ２位 ｉｓＩ Ｐ
来 配置 生 成 片上 系统。根据 应用 需要 ， ＳＰ 从 ＯＣ Ｂ ｉ ｅ库 中选择 Ｉ 块 、 储器 、 围接 口和 处理 ｕｌ ｒ ｄ Ｐ模 存 外
器， 并且 配置 生成一 个高 集成 度 的 Ｓ Ｐ Ｏ Ｃ系统 ， 因而
选取 以 下 一 些 模 块 组 成 片 上 系 统 ： ｉ Ｉ３ ｂｔ Ｎｏ Ｉ ２ ｉ ｓ
Ａｂｓｒ ｃ ： ｔｅ ｙ ｃ ｌ ｉ ｏ ｔ ａ ｔ Ｂａｔｒ ｅｌ ｓａ ｃ ｍｍｏ ａ ｋ ｐ ｐ ｗｅ ｑ ｉ ｍｅ ｔ Ｔｈ ｔｔ ｆｔ ｅ ｂ ｔｅ ｙ ｃ ｌ ｓ ｌ ｓ ｎ ｂ ｃ ｕ ｏ ｒｅ ｕ ｐ ｎ ． ｅ ｓａｕｓｏ ｈ ａｔｒ ｅｌ ｅｆｍｕ ｔ ｂ ｎ ｔｒ ｄ ａ ｉ ｌ ｉ ｏ ｄ ｒ ｏ ｎ ｕ ｅ ｏ ｍａ ｒ ｎ ｆ ｅｅ ｔ ｃ ｌ ｏ ｒ ｕ ｏ ｔｃ ｅ ｉｅ．Ｔｈ ｓ ａ ｅ ｅ ｍｏ ｉ ｅ ｖ ｌｄ ｙ ｎ ｒ ｅ ｔ ｉ ｓ ｒ ｎ ｒ ｌ ｕ ｏ ｌ ｃｒ ａ ｐ ｗｅ ａ ｔｍａｉ ｄ ｖｃ ｏ ｉ ｉ ｐ ｐ ｒ ｉ ｔｏ ｃ ｈｅ ｄ ｓｇ ｎ ｍｐ ｅ ｎ ａｉ ｎ ｏ ｎ ｉ ｅ ｔｓｉ ｙ ｔｍ ｏ ａｔ ｒ ａ ｅ ｎ Ｎｉ ｓ Ｉ． ｙ ｔｍ ｎ ｒｄｕ ｅ ｔ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｉ ｌ ｍｅ ｔｔｏ ｆ ａ ｏ ｌｎ ｅ ｔ ｎｇ ｓ ｓｅ ｆｒ ｂ ｔ ｙ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ Ｉ Ｓ ｓｅ ｅ
ｓｇ ａ ａ ｑ ｉｉ ｎ ｒ ｃ ｓ ｈ ｎ ｅ ｗ ｉｈ ｃ ｎ ａ ａｎ ｔ ｉ ｈ ｃ ｍｍｏ ｄ ｎ ｕ ｏｔ ｇ ｏ ｆ ｌ ｌｔｅ ｍｅ ｓ ｉｎ ｌ ｃ ｕ ｓ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｌ ｈ ｃ ａ ｇ ｉ ｓ ｈ ｇ ｏ ｔ ｎ ｍｏ ｅ ｉ ｐ ｔ ｌ ｅ ｔ ｕｆ ｈ ａ — ｖ ａ ｉ ｕ ｅ ｎ ｒｂ ｔ ｒ ｅｌｖ ｌ ｇ ．Ｔ ｉ ｓ ｓｅ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｇ ｓｓ ｃ ｓ ｈ ｇ ｅ ｉｂ ｌ ｙ ｈ ｇ ｆ ｃｅ ｃ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｔｙ ｃ ｌ ｏ ｔ ｅ ｈ ｓ ｙ ｔ ｍ ｈ ｓ ｍａ ｙ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｕ ｈ ａ ｉｈ ｒｌ ｉ ｔ ｉｈ ｅ ｉｎ ｙ ｏ ｆ ｅ ａ ａ ｉ ｉ
ＡＤ ／ 转换 器 ， 而 实现 了蓄 电池 组单 体 电池 电压 信 从 号采集 输人过 程通 道 。系统工 作原 理如 图 １ 所示 。
１ 模拟 多路 开 关 同时 进行 通 道 切 换 。此外 ， Ｐ Ｃ Ｕ板
采用硬件看门狗实现软件可靠性设计 ， 设计 了４个 发光二极 管指 示装 置 的工 作状 态 ） Ｐ 。Ｃ Ｕ板 的组成
ＣＰ Ｕ、Ｂｏ ｔ Ｍｏ ｉ ｒ ｏ ｎ ｔ ＲＯＭ 、 ｍｍｕ ｉａｉｎ ｏ Ｃｏ ｎ ｃ ｔｏ ＵＡＲＴ、 ｅ ｄ．
ｂ ｇ ｉｇ ｕ ｇ ｎ ＵＡＲＴ、Ｔ ｍ ｅ 、 Ｂｕ ｔｎ ｉ ｒ ｔｏ ＰＩ Ｏ Ｕｓ ｒ ｅ ＰＩ Ｏ ＬＣＤ
统要使用 ３４ ８Ｖ蓄 电池 组 ， 计 了一款 以 Ｃ ｃ ｎ 设 ｙｌ ｅ系 ｏ
与用户 自定义 逻辑 （ｓ ｇ ） ｕｅｌ ｉ 结合成 Ｓ Ｐ ｏｃ Ｏ Ｃ系统 ， 被
差分模拟量过程通道 ， 存在模拟器件抗共模电压能
编译并下载 到 Ａｔ ａ的可编程器件 中去 。基于 ｌｒ ｅ ｊ
力的问题 ， 需要设计专 门的模 拟量过程通道解决这
一
Ｎｏ Ｉ 的蓄 电池组在 线检测系统就是利用 Ｎｏ Ｉ ｉ ｓＩ ｉ Ｉ ｓ 软核 Ｃ Ｕ作 为嵌 入式处理 器 ， Ｐ 使用 Ａｔａ公司 的 ｌｒ ｅ Ｎｏ Ｉ平台以及 Ｓ Ｐ ｉ ｓＩ Ｏ Ｃ技术 ， 结合蓄电池组的相关
共模 电压的模拟量信号过程 通道， 实现 了对 蓄电池 电压 的在线检测。该 系统具有高可靠性、 高效
率 、 功耗 和低 成本 等 特 点。 低
关键词 ： 蓄电池组； ｉ ； Ｎｏ Ｉ 共模 电压 ； ｓＩ 轨至轨
ＤＩ Ｏ 编码 ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ２— ２ ９ ２ １ ．６ ０ １ １ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ２ ７ ． ０ １０ ．２ ｓ
１ 引 言
蓄 电池组 是 一种 常用 的后 备 电源 设施 。 由多只 蓄 电池 串联 在一 起 构 成 的 蓄 电 池 组 中 ， 中 一 只劣 其 化 会造 成其 它蓄 电池 加 速 劣 化 ， 而 导 致 整个 蓄 电 从
分运放 的方案 ， 考虑 到装置将在 ３４ ８ Ｖ蓄电池组监 控中使 用 ， 抗共 模 电压 的能力不满 足要求。文 其 献 －建 议 了一种 基 于隔 离 运放 的方案 ， ４ 国外许 多 同
原理 如图 ２所 示 。
维护 接口
３ 硬 件设 计
３ １ 基 于 Ｅ １ １Ｑ ４ ． Ｐ Ｃ ２ ２ ０的 Ｃ Ｕ板设 计 Ｐ
Ｅ １ １Ｑ ４ Ｐ ２ ２ 是一款性能卓越 、 Ｃ 具有高速以太刚 接 口而且可扩 展性 极 强 的优 秀 的片 上微 控 制 器 ， 片
－
内集成 了４ ｌ ｈ ２９ Ａ 以及 高速外设接 口 Ｍ Ｆａ 、３ Ｋ Ｒ Ｍ ｓ
列 ＦＧ Ｐ Ａ芯片上微控 制器 Ｎｏ Ｉ ｉ Ｉ 软核为核心 ， ｓ 构成 由
９ ６只蓄 电池构成 的蓄 电池组 的单体 电池 电压监 测装 置 。Ｃ Ｕ板利用 外 扩 ＩＯ 口 Ｐ Ｃ ２接 人 Ａ Ｄ转 换 Ｐ ／ ＡＫ ／
器进行模数转换 ， 采集记 录电池 电压 。 同时设 计两路
异步串行通信接 口， 一路用 于装 置检测调试， 采用
・
７ － ４
微
处
理
机
２１ ０ １拄
２ 系统 结构
根据项 目招标 技术规范书 的要 求 ， 考虑到 主站系
应 用 的 Ａｔｒ Ｃ ｃ ｎ ｌ ａ ｙｌ ｅ系列硬 件开发 板 。 ｅ ｏ
使用集成在 Ｑ ａ ｕｌ 中的 Ｓ Ｐ ｕ ｄｒ ｕｒ ｓ ｔ Ｉ Ｏ Ｃ Ｂ ｉ ｅ 工具 ｌ
蓄电池电压信号通过其两极并接信号线至端子 板， 每块端子板可 以接人 ｌ ６只电池的电压信号 ， 端 子板上的差分运放将 电池 电压信号 转换成单端信 号， 再经过 Ｄ ２ Ｂ ５信号线接入 Ｍ Ｘ模拟通道板 ， Ｕ 每 块 Ｍ Ｘ板可 以接人 两 块端 子 板 接人 的信 号 。Ｍ Ｘ Ｕ Ｕ 板采用 １ ： 模拟电子开关进行模拟信号通道切换 ， ６１ 经过 隔离运 放之后 将 电压信号送 给 Ｃ Ｕ扩展 的 Ｐ
中图分类 号 ：Ｐ ６ ． Ｔ ３８ １
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ： ０ ２ ７ （０ １ ０ ０ ７ ０ １ ２— ２ ９ ２ １ ）６— ０ ３— ４ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ａ ｔ ｒ ｌ ｅ Ｍｏ ｉ ｒＵｎｔＢａ ｅ ｎ Ｎｉｓ ｌ ｓｇ ｆＢ ｔ ｙ Ｏｎｉ ｎｔ ｉ ｅ ｎ ｏ ｓ ｄｏ ｏ ｌ
第 ６期 ２１ ０ １年 １ ２月
微
处
理
机
Ｎｏ ６ ． Ｄｅ ．． ０ １ ｃ ２ １
ＭＩ ＣＲＯＰＲＯＣＥ Ｓ Ｓ ＯＲＳ
基 于 Ｎｏ Ｉ的蓄 电池 组 在 线监 测 系统 的设 计 ｉｓＩ
秦 文姬 ， 国兵 黄
（ 西安 工 程大 学计 算机科 学学 院 ， 西安 ７０４ ） １０８
术 、 指令流 和可 配 置 的通 用 Ｒ Ｓ 单 ＩＣ处理 器 ， 它可 以
池组报废。根据 国家电网公 司有关文件 的要求 以确保 电力系 统 自动化 设备 不 问断 地运 行 。
由于 串联在 一 起 的 ９ ６只 ２ Ｖ蓄 电 池 的直 流 电 压 高达 １２ 若 将每 只 电池 的两极 直 接 接入 常 规 的 ９ Ｖ，
ｕｅ ｏ ｒｃｓｏ ｉ ｏ ｆ ｕｅＣ Ｕ ａ Ｃ ｃ ｎ ｅ ｅ ｈ Ｐ １ Ｑ，ｎ ｒｍ ｔ ａ ｎｌ ｓｓｓｆ Ｉ ｐｏ ｅｓｒＮｏ Ｉ ｔ ｃｎ ｇｒ Ｐ ｔ ｙｌ ｅｓｒ ｓｃ ｉ Ｅ １ ２ ａ ｄｐｏ ｐｓ ｎ ａａ ｇ ｔＰ ｓ Ｉｏ ｉ ｏ ｉ ｐ Ｃ ｏ
资料设计出的一个片上嵌入式测量系统。
问题 。文献 提出了基于线性光耦 的方案 ， 目前
许多种 Ｂ Ｕ都采用 了该方案 。由于线性光耦价格 Ｍ 高 ， 以没有采用。文献 提 出了抗高共模 电压差 所
作者简介 ： 秦文姬 （９ １ ） 女 ， １ ８ 一 ， 山西省临县人 ， 硕士研究生 ， 主研方 向： 计算机测控技术等方 向的研究。 收稿 日期 ：０ １— ３— １ ２ １ ０ ３
ｈｌＲ Ｍ Ｂ ｓ Ａ ａｏ ｒ ｔ ｅＢ ｄｅ 、 ｘ ｒａ Ｒ ａ Ａ ｕ （ ｖｌ Ｔｉ ａ ｒ ｇ ） Ｅ ｔ ｎｌ ＡＭ ｎ Ｓｔ ｉ ｅ Ｉｔ ａｅ Ｅ ｔ ｎｌ ｌ ｈＩｔ ａｅ ｎｅ ｃ 、ｘｅ ａ Ｆａ ｅ ｃ 。同时 ，Ｏ ＣＢ ｉ — ｆ ｒ ｒ ｓ ｎｒ ｆ Ｓ Ｐ ｕｌ ｄ
ｌｗ ｗｅ ｎ Ｏ ｃ ｓ ， ｔ ． ｏ Ｐｏ ｒ ａ ｄ ｌ Ｗ ｏ ｔ ｅｃ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｂ ｔ ｒ ｅ ｌ Ｎｉ ｓＩ ； ｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ａｔ ｙ ｃ ｌ ； ｏ Ｉ Ｃ ｍｍｏ ｄ ｎ ｕ ｏｔｇ ； ｉ ｔ ａ ｌ ｅ ｎ ｍｏ ｅ ｉｐ ｔ ｌ ｅ Ｒａｌ ｏ ｒ ｉ ｖ ａ
Ｖ １０超级终端协议软件实 现人机 交互 ； Ｔ０ 另一路 用于 与上位机系统 通信 ， 用 Ｍｏｂｓ 议将 采集 的电池 采 ｄｕ 协 电压数据上报给上位机 系统 进行进一 步分 析处理。
ＰＩ Ｌ Ｏ， ＥＤ Ｏ ＤＭＡ、 ＰＩ ｅ ｅ ｅ ｍｅ ｔ Ｐ Ｏ，Ｅｘｅ — ＰＩ Ｓ Ｓ ｖ ｎ Ｓ ｇ ｎ Ｉ ｔｒ
摘 要 ： 电池组 是 一种 常用 的后备 电源设施 。为确 保 电力 系统 自动化设 备不 间 断地运 行 ， 蓄 蓄
电池组 自身 的运 行 状 态必须 得 到 有 效监 控 。介 绍 了一种基 于 Ｎｏ Ｉ ｉ Ｉ 软核 的蓄 电池 组在 线 监测 方 ｓ
法 。 系统 在 Ｃ ｃｏ ｅ系 列 Ｅ １ １ Ｑ芯 片上 ， 用 了 Ｎ ｏ Ｉ 配置 核 心 处 理器 ， ｙｌ ｎ Ｐ Ｃ２ 采 ｉｓＩ 来 并提 出 了一种抗 高
Ｑ Ｎ Ｗｅ ｊ， Ｕ Ｎ ｕ Ｉ ｎ— ｉＨ Ａ Ｇ Ｇ ｏ—ｂ ｇ ｉ ｎ
（ ｃｏｌ 厂 ｏ ｐ ｔ ｃ ｎｅＸ ’ ｎＰ ｌ ｅ ｎｃＵ ｉｒ ｔ，ｉａ １０ ８ Ｃ ｉａ Ｓｈｏ Ｑ Ｃ ｍ ｕｅ Ｓｉ ｃ， ｉａ ｏ ｔ ｈ ｉ ｎ ｅ ｉ Ｘ ’ｎ７ ０ ４ ， ｈｎ ） ｒ ｅ ｙ ｃ ｖ ｓｙ