CN200972506Y - 基于嵌入式技术的二次电池检测控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于嵌入式技术的二次电池检测控制器，包括用于对二次电池数据采集处理及充放电控制的微处理器、用于电平转换的电源电路、用于数据及程序储存的存储器模块、通信模块、显示设备及其驱动模块、输入部件和I/O接口模块，所述嵌入式微处理器芯片采集处理的二次电池状态信息经通信模块传输至外部设备进行网络检测，通过输入部件和显示设备对信息参数实行设置并实时显示结果。所述控制器设置一个适合嵌入式电池检测控制器使用的实时多任务操作系统，可支持单机工作模式和联网工作模式，即单机下通过输入部件、显示设备或存储模块完成对数据的脱机交换工作；联网下通过通信模块与计算机或远程外部设备实现连接和控制访问。

Description

基于嵌入式技术的二次电池检测控制器

技术领域

本实用新型涉及一种控制器，特别涉及一种基于嵌入式技术的电池检测控制器。

背景技术

二次电池检测技术是上个世纪九十年代以来发展较快的一项高新技术，它广泛地应用于二次电池的品质检测，包括容量、寿命等。二次电池检测技术是随着二次电池的广泛应用而产生，但它的迅速发展却是依赖于计算机技术的发展。随着现代计算机技术的快速进步，特别是嵌入式微处理器技术的飞快发展，二次电池检测技术也应该随之进入嵌入式的时代。

然而，目前传统的二次电池检测设备一般采用8位或16位的单片机来进行控制，微处理器的频率一般都是几兆到几十兆赫兹，运输速度慢，处理能力较差，系统实时性不强，软件上不具备操作系统，人机交换极其不方便，所有的这些都直接影响着设备的性能。

在数据管理方面，传统的二次电池检测设备一般不具备数据存储的功能或者只依靠几十kbit的EEPROM来存储少量的数据。因此，设备在运行一段时间后必须与上位机建立连接，将检测到的数据上传给上位机来进行分析和处理。这样带来的后果就是设备不能长时间的独立运行，需要时刻与上位机连接，大大限制了设备的应用场合。

在数据通信方面，传统的二次电池检测设备一般通过标准RS232或RS485与上位机进行连接，实现设备和上位机之间的串行通信，其传输速率慢，可靠性低。当然，检测设备可以通过外部通信转换模块与外部网络实现连接，形成检测网络。但这样一来，通信速率的瓶颈问题在实际上并未得到解决，而需要的辅助设备较多，使设备成本大大增加；另一方面不同厂家的设备并不通用，给设备的使用方带来诸多的不便，同时整个行业的硬件联网变得异常困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种基于嵌入式技术的，集数据采集、数据处理、数据存储、数据通信和设备控制为一体的二次电池品质检测控制器。

为了实现上述目的，本实用新型提供的一种基于嵌入式技术的二次电池检测控制器，包括用于对二次电池数据采集处理及充放电控制的微处理器、用于电平转换的电源电路、用于数据及程序储存的存储器模块、通信模块、显示设备及其驱动模块、输入部件和I/O接口模块，所述嵌入式微处理器芯片采集处理的二次电池状态信息经通信模块传输至外部设备进行网络检测，通过输入部件和显示设备对信息参数实行设置并实时显示结果。所述控制器设置一个适合嵌入式电池检测控制器使用的实时多任务操作系统，可支持单机工作模式和联网工作模式，即单机下通过输入部件、显示设备或存储模块完成对数据的脱机交换工作；联网下通过通信模块与计算机或远程外部设备实现连接和控制访问。

本实用新型还包括用于为微处理器及其需要复位的集成电路提供一个低电平的复位信号的复位电路，该复位电路与其相应接口连接。

本实用新型所述的存储器模块包括用于程序储存的NOR FLASH、用于数据储存的NAND FLASH和用于程序运行的SDRAM。

本实用新型所述的微处理器为用于二次电池数据采样、计算和处理的嵌入式微处理器，设有32位精简指令集及用于各数据传输的外设接口。

本实用新型所述的通信模块包括以太网通信方式模块、USB通信方式模块和RS232通信方式模块，三者相互独立，与对应外部设备连接。其中，USB通信方式模块对应的USB端口与计算机连接，使得控制器可作为计算机的USB从机，同时，控制器也可通过以该端口作为USB主机驱动具有USB接口的U盘和移动硬盘等USB从机；而上述的以太网通信方式模块为10/100M以太网通信模块，通过执行网络通信协议，实现控制器与外部设备的以太网通信。

本实用新型所述的显示设备为CTR监视器、TFT LCD、TV或LED点阵图形/文字显示器，该显示设备与相应的显示接口连接。

本实用新型所述的显示设备驱动模块设有文字点阵的LED端口、RAC方式的模拟图像输出端口、S-Video模拟图像输出端口、VGA输出端口和TFT-LCD端口等显示输出端口。

本实用新型所述的输入部件为用于对二次电池检测状态和参数进行设置的键盘，该部件与相应的接口连接。

本实用新型所述的I/O接口模块为微处理器之外的AD采样和DA控制单元以及其他控制信号提供的简易接口。

同现有的技术相比，本实用新型的优点是：采用了具有高速性能和丰富接口资源的32位微处理器，具有集成度高，外部接口电路简单的优点，同时在源代码公开的实时操作系统基础上，建立一个适合嵌入式智能检测控制器使用的实时操作系统，降低了设备及其系统的成本。本系统还具有内核小、实时性强、稳定可靠等突出的优点，适合在环境比较恶劣的工业现场运行。基于嵌入式系统的设计结构，有利于构建通用型的控制器，提高控制器的应用效率和使用场合。

附图说明

图1为本实用新型所在设备在系统中的网络结构图；

图2为本实用新型的内部系统框图；

图3为本实用新型的微处理器；

图4为本实用新型的电源电路和复位电路的原理图；

图5为本实用新型的存储器模块的原理图；

图6为本实用新型的USB模块、UART串行通信模块、I/O接口模块的原理图；

图7为本实用新型的10/100M以太网通信模块的原理图；

图8和图9为本实用新型的显示驱动模块的原理图。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型所在设备在系统中的网络结构图，控制器安装在二次电池检测设备的内部，通过各种连接线与设备的其他部分连接，是整个检测设备的控制核心。

本实用新型包括用于对二次电池充放电控制及数据采集处理的微处理器、用于电平转换的电源电路、用于数据及程序储存的存储器模块、复位电路、通信模块、显示设备及其驱动模块、输入部件和I/O接口模块，其中，可以支持两种工作模式：单机工作模式和联网工作模式。当设备处于单机(脱离计算机)工作模时，嵌入式控制器控制设备独立运行，并通过设备上配置的简易键盘和LCD显示器完成人机交换的工作。此外，设备还可以通过控制器上的USB Device端口，将控制器中存储的检测数据下载到便携式的U盘中。当设备处于联网工作模式时，接受计算机的命令，嵌入式控制器对设备进行初始化设置后，控制器控制检测设备进入正常运行状态，对电池的状态进行检测，并将采集到的数据上传给计算机。设备在组网过程中，可以通过交叉网线、USB连接线以及RS232串口线与单台计算机实现一对一的连接；还可以将多台设备通过以太网与其他的以太网设备，如各种计算机、打印机、服务器、数据库等连接在一起，实现各种设备间的相互访问和控制。此外，远程用户还可以通过Internet对设备实行访问和控制。

如图2所示，为本实用新型的系统内部结构框图，图中描述了本实用新型的控制器中微处理器和各部分功能模块电路之间的关系。

如图3所示，U5是本实用新型采用的嵌入式微处理器，它是美国ATMEL公司生产采用ARM920T内核的32位精简指令集(RISC)嵌入式微处理器，型号为AT91RM9200，U5是控制器的核心，负责整个嵌入式系统的任务调度、数据采集、数据处理以及数据通信。

AT91RM9200是一款高性能工业级微处理器，其最高工作频率为180MHz，该处理器集成非常丰富的片上资源：独立的16K指令和16K数据cache，写缓存，全功能的MMU虚拟内存管理单元，内部的16KB SRAM和128KB ROM，EBI接口控制器(支持SDRAM，Static Memory，Burst Flash，CompactFlash^，SmartMedia^TM和NAND Flash)增强的时钟和电源管理控制器PMC，带有两个PLL的片内振荡器，4个可编程的外部时钟信号，包括定时中断、看门狗、秒计数器的系统定时器，带报警中断的实时时钟，带有8级优先级、可单个屏蔽中断源的先进中断控制器(AIC)，7个外部中断源和1个快速中断源，4个32位的IO控制器，20通道外围数据控制器，1个10M/100M Ethernet控制器，2个USB 2.0主机接口，1个USB 2.0设备接口，2个多媒体卡接口MCI控制器，3个同步串行口SSC控制器(兼容IIS)，4个通用同步/异步串行端口UASRT，1个主/从串行设备接口SPI，2个3通道16位定时计数器(PWM/俘获/波形模式)，1个两线串行接口TWI(主模式)，JTAG/ICE等。正是因为AT91RM9200具有如此丰富的内部资源，使得它的外设接口电路非常的简单。

微处理器AT91RM9200采用两级供电方式：内核采用1.8V直流电源供电，以降低芯片内部功耗；一般外设输入输出端口采用3.3V供电，保持其外设的通用性。

X1、X2为两个无源晶振，为微处理器U5提供工作时钟。其中X1的频率为32.768KHz，为U5提供慢时钟；X2的频率为18.432MHz，是U5的主时钟。U5在上电复位后，先后X1为U5提供慢时钟，是U5首先工作起来，慢时钟稳定工作后，主时钟接入微处理器U5，U5以主时钟作为工作频率，进入正常工作的状态。主时钟和慢时钟基准经过微处理器内部两个锁相环(PLL)后，产生系统所需的各种CPU时钟、外设时钟以及USB器件工作时钟。

在U5的每一个电源输入引脚并接了一个100NF的滤波电容，可以有效地降低电源的波动对微处理器所造成的干扰，使微处理器U5能更稳定的工作。

如图4所示，为本实用新型的电源电路和复位电路的原理图。

U1为DC/DC变换器，型号为MAX1626，其作用是实现电平转平转换，将输入的DC12V电源转换成DC5V，其最大负载电流为1.35A，U1产生的电源经LC滤波输出稳定的DC5V给主板供电。R1是一个压敏电阻，其工作电压为直流22V；F1为一熔断电流为0.8A的可恢复保险丝，R1和F1安装在直流电源的输入端，是防止电源输入干扰的简单而有效的措施。

U2为一个LDO型的电平转换芯片，型号为SPX1117-3.3，其作用是将DC5V转换成DC3.3V，供给微处理器IO口以及外围芯片使用。

U3为一个LDO型的电平转换芯片，型号为SPX1117-1.8，其作用是将DC5V转换成DC1.8V，供给微处理器内核使用。

U4为本实用新型的复位芯片，它可以支持手动复位和失压(当电压降低至某一设定值)复位两种复位方式，复位信号具有高、低两种电平。在本实用新型中，U4的1脚作为手动复位的输入端，4脚作为失压复位信号输入端。7脚是低电平复位信号的输出端，为控制器中各种需要复位信号的器件提供低电平的复位信号(NRST)。U4的8脚为高电平复位信号的输出端，接一反相器转换成低电平后作为调试复位信号(NTRST)使用。两个复位信号都分别上拉了一个10K的电阻，以增强其驱动能力。

CON5为JTAG仿真接口，支持标准的边界扫描仿真协议。

如图5所示，为本实用新型的存储器模块的原理图。存储器模块，包括三个部分，NOR FLASH、NAND FLASH和SDRAM，它们分别满足程序、数据存储以及程序运行的需要，存储器的容量大小可以根据实际的需要来进行选择。

U8为Intel公司生产的型号为28F640J3A-120，容量为8M Byte的NOR FLASH存储器，它通过微处理器的16位数据总线和25位地址总线与微处理器连接。NORFLASH主要用来存储程序代码和少量的重要数据，如系统的设定值等。在具体的应用中，还可以根据实际程序量的需要选择适合容量的NOR FLASH存储器。

U9为三星公司生产的型号为K9F5608UOC，容量为32M Byte的NAND FLASH存储器，它只需要8位数据线和6根一般I/O线就可以实现与微处理器的连接，电路结果简单。NAND FLASH存储器主要用来存储检测数据，因此其容量可以根据实际的需要来选择。

U6、U7为HY公司生产的型号为HY57V641620，容量为8MByte的SDRAM存储器，两块SDRAM通过32位数据总线与微处理器连接，组成容量为16M ByteSDRAM，满足程序运行的需要。

U10为型号为AT24C512，容量为64K Byte EEPROM，它通过I²C总线与微处理器连接，作为重要数据备份之用，在实际应用中可以选用。

如图6所示，为本实用新型的UART串行通信模块、USB模块、I/O接口模块的原理图。

U12为标准RS232收发器，COM7的9针的串行接口，但在电路中只使用了简易的3线接法：RXD、TXD、GND。本实用新型中采用AT91RM9200的Debug UART作为串口模块电路的接口，该串口在调试状态下作为调试串口；在正常工作状态下为一般串口，与PC等串口设备实现RS232通信，作为控制器程序更新的接口。

CON8为USB2总线的B型设备端口，最高通信速率可达12Mbps。因为微处理器U5内部集成了USB模块，因此本实用新型中的USB电路非常简单，只要从微处理器的相关引脚引线至USB端口即可。U13为一个USB瞬态干扰抑制器，型号为SN65220，它与USB端口并联使用，可以有效的抑制来自USB传输线上的噪声干扰，达到保护微处理器的目的。

CON15为一个具有37脚的I/O总线接口，负责设备各种控制信号的输出。为了能使信号有更强的驱动能力和防止来界信号对微处理器的影响，每一路信号都必须隔离，因此本实用新型中采用了5个三态的总线信号收发器U20、U21、U22、U23、U24来对这些信号进行隔离和加强信号的驱动能力。

如图7所示，为本实用新型的10/100M以太网通信模块的原理图。

因为微处理器U5内部集成了一个10/100M的以太网控制器，因此在本实用新型中不需要再扩展以太网控制器，只需要接一个物理层接口芯片即可实现以太网通信。U11便是一个以太网物理层接口芯片，型号为DM9161E，可提供MII(MediaIndependent Interface)/RMII(Reduced MII)接口，以及传统的7线制网络接口GPSI，本实用新型中使用的是RMII接口模式。CON6为一个内部集成了网络电压器的RJ45接口，型号为HR911105A，适用于10/100M以太网，最大ESD电压为1.5KV。

如图8和图9所示，为本实用新型的显示驱动模块的原理图。

本实用新型的微处理器U5内部没有集成LCD控制器，因此必须通过微处理器的数据总线和地址总线来进行扩展。U18是一个彩色图像控制器，型号为S1D13506。S1D13506是EPSON公司推出的彩色LCD/CRT/TV图像控制器，其主要特性有：具有较低的功耗和极低的工作电压，可以满足移动多媒体、手持设备的图像控制；在16bpp下达到800×600的分辨率；支持TET/D-TFT显示，在18位TFT下有64K真彩色；支持NTSC和PAL两种TV输出方式，支持位块传输。

S1D13506的内部结构主要围绕2D图像驱动模块组成，对上层微处理器有主机接口模块负责和CPU的接口，同时有多媒体卡接口负责和数码相机的接口。2D模块对下层显示器有两条通道，一条负责和LCD液晶显示器连接，由LCD管道(pipeline)、LCD发射器和LCD接口组成，另外一条负责和CRT/TV普通显示器的连接，由CRT/TV管道，CRT/TV发射器，CRT/TV编码、合成器以及数模转换器DAC组成。为了加快图像处理的速度，2D模块还带有MEM控制器，通过该控制器可以外接DRAM，增大显存空间。U17便是一个容量为2M Byte的EDO显存。

为了使本实用新型有一个更为广泛的使用场合，充分发挥S1D13506支持多种输出方式的优点，在本实用新型中设计了多个图像输出端口。CON10是文字点阵的LED液晶显示器接口；CON11是RAC方式的模拟图像输出端口；CON12是一个标准15脚的VGA输出端口；CON13是一个50脚的LCD接口，它支持18位64K色的TFT LCD输出；CON14为一个S-Video模拟图像输出端口。用户在使用过程中可以根据实际的需要选择其中一个作为图像输出的接口。

如图8中的U14、U15、U16是三个16位的三态总线收发器，对连接到显示模块的数据总线和地址总线起隔离和缓冲的作用。

本实用新型的部分功能模块、接口具有很强的独立性，可以根据实际使用情况进行裁剪；各种存储器的容量也可以根据实际需要进行选择，具有很大的灵活性。这种功能化、模块化的设计是控制产品成本的一个非常重要的手段。所有的器件都使用了标准的封装形式，各种输入输出端口均也使用了标准器件，符合产品规范化和标准化的要求。

Claims (9)

1、一种基于嵌入式技术的二次电池检测控制器，其特征在于：包括用于对二次电池数据采集处理及充放电控制的微处理器、用于电平转换的电源电路、用于数据及程序储存的存储器模块、通信模块、显示设备及其驱动模块、输入部件和I/O接口模块，所述嵌入式微处理器芯片采集处理的二次电池状态信息经通信模块传输至外部设备进行网络检测，通过输入部件和显示设备对信息参数实行设置并实时显示结果。

2、根据权利要求1所述的二次电池检测控制器，其特征在于：还包括用于为微处理器及其需要复位的集成电路提供一个低电平的复位信号的复位电路，该复位电路与其相应接口连接。

3、根据权利要求1所述的二次电池检测控制器，其特征在于：所述的存储器模块包括用于程序储存的NOR FLASH、用于数据储存的NAND FLASH和用于程序运行的SDRAM。

4、根据权利要求1所述的二次电池检测控制器，其特征在于：所述的微处理器为嵌入式微处理器，设有32位精简指令集及用于各数据传输的外设接口。

5、根据权利要求1所述的二次电池检测控制器，其特征在于：所述的通信模块包括以太网通信方式模块、USB通信方式模块和RS232通信方式模块，三者相互独立。

6、根据权利要求1所述的二次电池检测控制器，其特征在于：所述的显示设备为CTR监视器、TFT LCD、TV或LED点阵图形/文字显示器，该显示设备与相应的显示接口连接。

7、根据权利要求1所述的二次电池检测控制器，其特征在于：所述的显示设备驱动模块设有文字点阵的LED端口、RAC方式的模拟图像输出端口、S-Video模拟图像输出端口、VGA输出端口和TFT-LCD端口等显示输出端口。

8、根据权利要求1所述的二次电池检测控制器，其特征在于：所述的输入部件为用于对二次电池检测状态和参数进行设置的键盘。

9、根据权利要求1所述的二次电池检测控制器，其特征在于：所述的I/O接口模块为微处理器之外的AD采样和DA控制单元以及其他控制信号提供的简易接口。

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