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4.1開發(fā)平臺 由于本系統(tǒng)采用的是TI公司的MSP430系列的單片機，因此開發(fā)平臺選用IAR Embedded Workbench for Msp430 3.42A這個版本。該軟件是一種增強型一體化嵌入式集成開發(fā)環(huán)境，其中完全集成了開發(fā)嵌入式所需的文件編輯、項目管理、編譯、鏈接和調(diào)試工具。該軟件除了可以進(jìn)行純軟件仿真，也可以結(jié)合仿真器實現(xiàn)在線仿真調(diào)試。 4.2軟件模塊劃分 下位機軟件系統(tǒng)主要由定時中斷數(shù)據(jù)采集處理模塊、外部中斷短路保護(hù)模塊、充放電保護(hù)模塊和均衡保護(hù)模塊等構(gòu)成。軟件主程序流程圖如圖4.1所示。 4.3數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集處理模塊是整個檢測系統(tǒng)的核心，通過在主程序中設(shè)置定時器1的定時時間，使其產(chǎn)生中斷，在中斷程序里完成對電壓、電流和溫度等參數(shù)的采集和處理。該模塊包括電壓，電流及溫度的采集以及處理。這些數(shù)據(jù)的精確度對系統(tǒng)的性能有著決定性的作用。 4.3.1電壓采集模塊系統(tǒng)需要對16節(jié)鋰電池模組的單節(jié)電池電壓進(jìn)行采集，由于MSP430F233只有8路A/D，同時還要對4路溫度及1路電流采樣，因此，系統(tǒng)采用分時復(fù)用的方式用一路A/D實現(xiàn)對16節(jié)鋰電池進(jìn)行電壓采集，復(fù)用方式采用4片CD4052實現(xiàn)。程序中建立兩個枚舉類型的數(shù)據(jù)來對CD4052進(jìn)行選通，每次選通時，利用CD4052的差分功能可得到單節(jié)的電池電壓。這兩個枚舉類型為： enum ADD_STATA{S0，S1，S2，S3} enum CS_STATA{CS1，CS2，CS3，CS4} 其中ADD_STATA用于對單片的CD4052的四路通路進(jìn)行選擇，CS_STATA對CD4052進(jìn)行片選，在程序中對應(yīng)這兩種枚舉數(shù)據(jù)類型的變量分別為ADD_A_B和CS_SEL，電壓的采樣利用定時器1中斷。定時器每計數(shù)200下采樣一次，每路信號采樣10次。 系統(tǒng)晶振頻率為32K，因此，每次采樣的采樣周期為：t=200/32k=0.006s 4.3.2電流及溫度采集模塊 系統(tǒng)電流的采集通過檢測高端電流檢測芯片MAX4081上RS-和RS+兩端的電壓獲得。溫度的采集通過檢測熱敏電阻兩端的電壓獲得。電流和溫度信號的采集共占用5路A/D通道。 4.4充放電管理模塊 4.4.1充電管理模塊 鋰電池模組在正常情況下充電回路要保持一旦接通就充電，但在充電過程中如果單體電壓的最大值大于4.2V時，啟動定時器2，定時一段時間后進(jìn)入中斷，在中斷內(nèi)再次對該過充信號進(jìn)行檢測，如果仍然超過設(shè)定值，就需要啟動充電保護(hù)，斷開充電回路。但由于某種原因(比如放電)而使最大值下降到4.0V且持續(xù)一定時間要接通充電回路，以方便下次充電。為實現(xiàn)此功能定義了幾個標(biāo)志位：charge_guard， chage_f_guard， charge_guarded，分別代表單體電池電壓最大值大于4.2V標(biāo)志，單體電池電壓最大值小于4.0V標(biāo)志和進(jìn)入充電保護(hù)標(biāo)志。具體實現(xiàn)方式為先根據(jù)電池最大值決定是否啟動定時器中斷，流程圖如4.2所示： 一旦啟動了定時器，當(dāng)定時器中斷發(fā)生時，進(jìn)行充電保護(hù)的判斷，流程圖如圖4.3所示： 4.4.2放電管理模塊系統(tǒng)的放電管理模塊與充電管理模塊類似，只是充電保護(hù)及恢復(fù)通過對電壓的最小值的判斷來實現(xiàn)。在放電過程中如果單體電壓的最小值小于2.7V，啟動定時器2，定時一段時間后進(jìn)入中斷，在中斷內(nèi)再次對該過放信號進(jìn)行檢測，如果仍然超過設(shè)定值，斷開放電回路。但由于某種原因(比如充電)而使最小大值上升到2.9V且持續(xù)一定時間要接通放電回路，以方便下次放電。為實現(xiàn)此功能定義了幾個標(biāo)志位：discharge_guard，dischage_f_guard，discharge_guarded，分別代表單體電池電壓最小值小于2.7V標(biāo)志，單體電池電壓最小值大于2.9V標(biāo)志和進(jìn)入放電保護(hù)標(biāo)志。具體實現(xiàn)方式為先根據(jù)電池最小值決定是否啟動定時器中斷，流程圖如圖4.4所示： 如果啟動了定時器，當(dāng)定時器中斷發(fā)生時進(jìn)行放電保護(hù)判斷，流程圖如圖4.5所示： 4.4.3電壓均衡處理模塊 在電池充電過程中，由于鋰電池的個體差異，可能會造成某節(jié)電池產(chǎn)生過充，為了避免過充造成電池?fù)p壞，需要在過充時對電池旁路。從而使每節(jié)電池電壓達(dá)到均衡。均衡方法為在滿充電態(tài)時，也就是當(dāng)檢測到某節(jié)電池達(dá)到4.2V時，開始啟動均衡，首先計算16節(jié)鋰電池的平均電壓，然后將各節(jié)電池的單體電壓與平均電壓相減，如果其中某節(jié)電池的電壓與平均電壓的差值大于0.2V，便將該電池旁路，啟動均衡。 4.5短路保護(hù) 系統(tǒng)的短路需要很高的實時性，因此該保護(hù)通過硬件中斷的方式實現(xiàn)，當(dāng)硬件檢測到短路發(fā)生后產(chǎn)生硬件中斷，主控CPU立即斷開負(fù)載回路，而當(dāng)短路解除時，CPU會接收到硬件電路發(fā)送的解除保護(hù)信號，系統(tǒng)恢復(fù)正常。 4.6軟件抗干擾 整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提是電壓采樣值能夠精確，但是由于硬件電路本身結(jié)構(gòu)所限，每次采集的數(shù)據(jù)會有一定誤差，為了降低采集誤差給系統(tǒng)造成性能的降低，加入了軟件抗干擾措施。具體方式是對每一路信號都連續(xù)進(jìn)行10次采樣，然后去掉其中的最大值和最小值，對剩下的8個數(shù)據(jù)求平均值，最終得到有效的采樣值。試驗證明該方法可使采樣誤差從10毫伏降低到5毫伏以內(nèi)，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 4.7小結(jié) 本章介紹了鋰離子電池組監(jiān)控系統(tǒng)的下位機軟件系統(tǒng)設(shè)計，主要包括了信號采集、短路保護(hù)、均衡保護(hù)、充放電保護(hù)等模塊以及系統(tǒng)的軟件抗干擾措施，整個軟件系統(tǒng)已和硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)成功，各項功能均已達(dá)到預(yù)期效果。 |
