CN202351406U - 一种新型动力电池检测控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型动力电池检测控制系统，包括用于输入动力电池数据的AD/DA转换模块、用于向受测电池输出采集控制信号的I/O接口模块、用于对动力电池数据采集处理及充放电控制的微处理器、用于存储所述系统的数据及程序的存储器模块、用于显示电池状态信息的触摸屏显示单元和用于为上述各模块提供合适工作电压的电源电路；所述微处理器的相应端口与所述AD/DA转换模块、I/O接口模块、存储器模块、触摸屏显示单元的相应接口相连接，当微处理器通过I/O接口模块向受测电池输出采集控制信号时，微处理器接收和处理从AD/DA转换模块输入的动力电池数据信息，存储在存储器模块中，并控制触摸屏显示单元显示检测结果。

Description

一种新型动力电池检测控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种动力电池检测控制系统，特别涉及一种基于嵌入式技术的新型动力电池检测控制系统。

背景技术

动力电池检测技术是近年来发展较快的一项高新技术，它主要针对电动汽车动力电池的综合性能检测，包括电池端电压、充放电电流、电池表面温度、电池内阻、容量及剩余电量、寿命、荷电保持能力等。动力电池检测技术随着电动汽车的广泛应用而产生，它的迅速发展依赖于计算机技术的发展。随着现代计算机技术的快速发展，特别是嵌入式微处理器技术的飞速发展，动力电池检测技术也随之进入嵌入式的时代。

目前传统的动力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，运行速度慢，处理能力较差，系统实时性不强，软件上不具备操作系统，人机交换也不方便，所有的这些都直接影响着设备的性能。

在数据管理方面，传统的动力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，传统的动力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提供一种新型动力电池检测控制系统，它能解决上述问题，其面向工业测控领域并具有可重构特性的，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。

本实用新型的目的是通过以下技术措施实现的：

一种新型动力电池检测控制系统，包括用于输入动力电池数据的AD/DA转换模块、用于向受测电池输出采集控制信号的I/O接口模块、用于对动力电池数据采集处理及充放电控制的微处理器、用于存储所述系统的数据及程序的存储器模块、用于显示电池状态信息的触摸屏显示单元和用于为上述各模块提供合适工作电压的电源电路；所述微处理器的相应端口与所述AD/DA转换模块、I/O接口模块、存储器模块、触摸屏显示单元的相应接口相连接，当微处理器通过I/O接口模块向受测电池输出采集控制信号时，微处理器接收和处理从AD/DA转换模块输入的动力电池数据信息，存储在存储器模块中，并控制触摸屏显示单元显示检测结果。

作为本实用新型的一种实施方式，还包括用于将电池状态信息传输至上位机进行处理和显示的通信单元；所述微处理器为可支持单机工作模式和联网工作模式的实时多任务操作系统的嵌入式微处理器，所述通信单元连接到所述微处理器的相应端口。

作为本实用新型的一种实施方式，所述微处理器为ARM处理器。

作为本实用新型的一种实施方式，所述存储器模块包括用于程序运行的SDRAM存储器、用于程序和数据存储的DataFlash存储器和NAND Flash存储器。

作为本实用新型的一种实施方式，还包括扩展存储模块；所述扩展存储模块包括EEPROM存储器和SD/MMC卡模块。

作为本实用新型的一种实施方式，所述通讯单元包括用于实现微处理器与外部设备的以太网通信的10/100M以太网通信模块、用于实现对应的USB端口与计算机连接的USB接口模块、UART串行接口模块和用于实现检测设备与电池间通信功能的CAN接口模块。

作为本实用新型的一种实施方式，还包括用于将微处理器多余的IO信号线引出的外部PIO扩展模块。

作为本实用新型的一种实施方式，还包括用于实现边界扫描的仿真接口模块；仿真接口模块连接到所述微处理器的相应端口。

作为本实用新型的一种实施方式，还包括用于显示动力电池数据的LCD显示模块；LCD显示模块连接到所述微处理器的相应端口。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

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系统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系统，提高控制系统的应用效率和使用场合。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型中微处理器的特殊信号处理电路原理图；

图3为本实用新型中电源电路的电路原理图；

图4为本实用新型中复位电路的电路原理图；

图5为本实用新型中仿真接口模块的电路原理图；

图6为本实用新型中SD/MMC卡模块的电路原理图；

图7为本实用新型中存储器模块的电路原理图；

图8为本实用新型中USB接口模块的电路原理图；

图9为本实用新型中UART串行接口模块的电路原理图；

图10为本实用新型中CAN接口模块的电路原理图；

图11为本实用新型中10/100M以太网通信模块的电路原理图；

图12为本实用新型中LCD显示驱动模块的电路原理图；

图13为本实用新型中触摸屏模块的电路原理图；

图14为本实用新型中外部PIO扩展模块的电路原理图；

图15为本实用新型中实时时钟模块的电路原理图；

图16为本实用新型的实际应用示意图；

具体实施方式

图1示出了本实用新型动力电池检测控制系统的一种具体实施方式，包括用于输入动力电池数据的AD/DA转换模块、用于向受测电池输出采集控制信号的I/O接口模块、用于对动力电池数据采集处理及充放电控制的微处理器、用于存储所述系统的数据及程序的存储器模块、用于显示电池状态信息的触摸屏显示单元和用于为上述各模块提供合适工作电压的电源电路；所述微处理器的相应端口与所述AD/DA转换模块、I/O接口模块、存储器模块、触摸屏显示单元的相应接口相连接。在动力电池检测控制系统处于单机工作模式下，当微处理器通过I/O接口模块向受测电池输出采集控制信号时，微处理器接收和处理从AD/DA转换模块输入的动力电池数据信息，存储在存储器模块中，并控制触摸屏显示单元显示检测结果；在动力电池检测控制系统处于联网工作模式下，微处理器接收和处理I/O接口模块输入的动力电池数据信息，并通过通信单元传输到上位机中进行处理和显示。本实施方式还包括扩展存储模块、外部PIO扩展模块、仿真接口模块和LCD显示模块，可以实现动力电池检测控制系统的功能扩展。

如图2所示，本实施例的微处理器模块采用型号为AT91SAM9263的嵌入式微处理器U1、无源晶振Y1和Y2以及外部电路。微处理器U1用于对动力电池数据采集处理及充放电控制，是ATMEL公司生产的采用ARM926EJ-S arm内核的32位嵌入式微处理器，具有DSP扩展指令集，JAVA硬件加速，微处理器U1是控制系统的核心，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。微处理器U1采用两级供电方式：内核采用1.2V直流电源供电，芯片内部功耗更低；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。无源晶振Y1和Y2为微处理器U1提供工作时钟。其中Y2的频率为32.768KHz，为U1提供慢时钟；Y1的频率为18.432MHz，是U1的主时钟。U1在上电复位后，先由Y2为U1提供慢时钟，使U1首先工作起来，慢时钟稳定工作后，主时钟接入微处理器U1，U1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。外部电路包括并接在微处理器U1的每一个电源输入引脚的100NF的滤波电容，其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U1能更稳定的工作。

其中，AT91SAM9263是一款高性能工业级微处理器，其最高频率为200MHz，拥有220MIPS的运算能力，该处理器集成了丰富的片上资源包括：16Kbyte数据缓存，16Kbyte指令缓存，带写入缓存；全功能的MMU虚拟内存管理单元；9条32位混合矩阵，达到最高28.8Gbps片内总线带宽，支持启动模式选择，支持内存重定位指令；内置存储器128Kbyte ROM、80Kbyte SRAM、16Kbyte SRAM；EBI接口控制器(支持SDRAM，Static Memory，

和NAND Flash)、复位控制器、关机控制器、支持后备电池的20个32bit掉电保护寄存器；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、两个实时时钟定时器；8级别优先权，可以单独启用或禁止每一个中断，两路外部中断源和一路快速中断，可防止虚假中断；嵌有LCD控制器，最大支持2048*2048分辨率TFT-LCD，支持虚拟窗口缓冲区，拥有2D图形协处理器、图像传感器接口；5个32位的IO控制器；1个10/100M Ethernet控制器；2个USB2.0主机接口、1个USB2.0设备接口；兼容2.0A和2.0B-compliant的CAN控制器；2组多媒体卡接口MCI；两组同步串行控制器(SSC)；1个AC97控制器；3组通用同步/异步收发器(USART)；2组主/从串行外设接口(SPI)；1个三通道16位定时/计数器；1个4通道16位PWM控制器；1个两线接口(TWI)，仅主机模式支持全部的EEPROM；JTAG/ICE等。正是因为AT91SAM9263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。

如图3所示，本实施例的电源电路包括5.0V电源电路、3.3V电源电路和1.2V电源电路，它们用于实现电平转换，为系统提供合适的工作电压。5.0V电源电路采用电平转换芯片CON1、型号为SMBJ12C/CA的稳压管TVS1和型号为SMBJ5.0C/CA的稳压管TVS2组成，通过型号为SMBJ5.0C/CA的稳压管TVS2稳压后，电平转换芯片CON1将12V的外部输入电压，转换成稳定的直流5.0V电压供微处理器母板使用，其输出端口5V0分别连接到检测系统中各模块的5V0供电端口。3.3V电源电路采用型号为SPX1117-33的LD0型的电平转换芯片U4及其外部电路组成，其作用是将直流5.0V的微处理器母板电压转换为直流3.3V的电压供给微处理器IO口以及外围芯片使用，其输出端口3V3分别连接到检测系统中各模块的3V3供电端口。1.2V电源电路采用型号为MIC5248-1.2BM5的LD0型的电平转换芯片U2及其外部电路组成，其作用是将直流3.3V的电压转换成直流1.2V的电压，供微处理器内核使用，其输出端口1V2分别连接到检测系统中各模块的1V2供电端口。

如图4所示，本实施例的复位电路采用型号为LP3470M5-293的复位芯片U3及其外部电路组成，其中复位芯片U3可以支持手动复位和电平复位两种复位方式，复位信号具有高、低两种电平。复位芯片U3的引脚4作为手动复位的输入端，当断开跳线帽J4，引脚5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)，连接到微处理器U1的相应端口。接上跳线帽J4，引脚5输出低电平作为调试复位信号(NTRST)使用，连接到微处理器U1的相应端口。两个复位信号都需要上拉一个10K的电阻R10以增强其驱动能力。

如图5所示，本实施例的仿真接口模块采用JTAG仿真接口CON5及其外部电路组成，JTAG仿真接口CON5的引脚3、引脚5、引脚7、引脚9、引脚11、引脚13和引脚15连接到微处理器U1的相应端口，JTAG仿真接口CON5支持标准的边界扫描仿真协议。

如图6所示，本实施例的SD/MMC卡模块采用SD/MMC卡CON9及其外部电路组成，SD/MMC卡CON9的引脚1-10连接到微处理器U1的相应端口。利用微处理器内部集成的SD/MMC控制器，在系统中非常方便的设计了SD/MMC卡接口，使系统可以使用SD/MMC卡对测量数据进行存储，有效地增强了系统的数据存储功能。

如图7所示，本实施例的存储器模块包括NAND Flash存储器U9及其外部电路、DataFlash存储器U8及其外部电路、SDRAM存储器U4和U5及其外部电路以及EEPROM存储器U10及其外部电路。NAND Flash存储器U9用于满足程序的需要，主要用来存储检测数据，其容量大小可以根据实际的需要来进行选择，本实施例中采用三星公司生产的型号为K9F2G08UOM的256M的8bit NANDFlash存储器，它的电路结构简单，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，其引脚29、引脚30、引脚31、引脚32、引脚41、引脚42、引脚43和引脚44分别一一对应的连接到微处理器U1的相应端口。DataFlash存储器U8用于满足数据存储的需要，主要用于存储系统运行所需的程序和重要数据，其容量大小可以根据实际的需要来进行选择，本实施例中采用Atmel公司生产的型号为AT45DB321D-SU的DataFlash存储器，它是一种容量32Mbit的闪存芯片，连接单总线缓冲门与型号为SN74AHC1G125DBVT的3态输出线驱动器U7，其引脚8、引脚1、引脚2和引脚3连接到微处理器U1的相应端口。SDRAM存储器U4和U5用于满足程序运行的需要，其容量大小可以根据实际的需要来进行选择，本实施例中采用HY公司生产的型号为HY57V641620的SDRAM存储器，它的容量为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 Byte SDRAM，SDRAM存储器U4和U5的引脚20-26、引脚29-39和引脚15均分别连接到微处理器U1的相应端口。EEPROM存储器U10用于重要数据的备份，在实际应用中可以选用，本实施例中采用型号为AT24C512的EEPROM存储器，它的容量为64K Byte，通过I2C总线与微处理器连接，EEPROM存储器U10的引脚5通过电阻R76连接到微处理器U1的相应端口，引脚6通过电阻R77连接到微处理器U1的相应端口。

本实施例的通信模块包括USB接口模块、UART串行接口模块、CAN接口模块和10/100M以太网通信模块，用于将电池状态信息传输至上位机，这里的上位机可以是上位处理软件、数据库或其他外部处理器。

如图8所示，本实施例的USB接口模块包括HOST USB接口CON7A和CON7B以及Device USB接口CON8，它们的最高通信速率均可达12Mbps。由于微处理器U1内部集成了USB模块，因此本实用新型的USB电路并不复杂，只需从微处理器的相关引脚引线至USB接口即可。U11、U12型号为DALC208SC6，为USB接口提供静电保护，避免通信时信号失真，减少干扰。HOST USB接口CON7A的引脚2、引脚3连接到微处理器U1的相应端口。USB接口模块对应的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。

如图9所示，本实施例的UART串行接口模块采用型号为MAX3232ESE的RS232收发器U13和U14、9针的串行接口COM1和COM2及其外部电路组成。RS232收发器U13的引脚11-14连接到微处理器U1的相应端口。系统COM1中采用Debug UART作为串口模块电路的接口，引脚为DRXD、DTXD，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UART口，COM2则作为一般UART口使用，都可以通过RS232电平实现与其他设备的通信。

如图10所示，本实施例的CAN接口模块采用CAN接口CON6、型号为SN65HVD232的CAN转换器U15和外部电路组成。CAN接口CON6的引脚1和引脚2连接到微处理器U1的相应端口。通过增加CAN的电平转换器，实现不同电平节点的完全兼容。CAN模块利用微处理器本身集成的CAN控制器设计，电路比较简单。

如图11所示，本实施例的10/100M以太网通信模块采用型号为DM9161E的以太网物理层接口芯片U16、型号为HR911105A的内部集成了网络电压器的RJ45接口CON10和外部电路组成。以太网物理层接口芯片U16的引脚19-21、引脚27-28、引脚37-38、引脚24和引脚25连接到微处理器U1的相应端口。因为微处理器U1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。以太网物理层接口芯片U16可提供MII(Media Independent Interface)/RMII(Reduced MII)接口，以及传统的7线制网络接口GPSI，本发明中使用的是RMII接口模式。RJ45接口CON10适用于10/100M以太网，最大ESD电压为1.5KV。

如图12所示，本实施例的LCD显示模块采用显示器接口LCD及其外部电路组成，本实用新型的微处理器U1内部集成了LCD控制器，因此系统的显示模块电路就简单了很多，图中LCD为显示器接口，提供LCD驱动即可工作，图中LCD扫描方式有两种可供选择：U/D为高，从上到下扫描，为低从下向上扫描，R/L为高从右到左扫描，为低从左到右扫描。CN(1*5)显示的背光模块，背光控制有三种状态可供选择：当焊接R100、R101，不焊接102时，上电默认开背光，可控；焊接R101、R102，不焊接100时，上电默认背光关，可控；焊接100，不焊接101、102时，上电默认背光开，不可控；U1拥有2D图形协处理器，其显示性能得到提升。

如图13所示，本实施例的触摸屏模块采用Burr-Brown公司生产的型号为ADS7843E的触摸屏接口芯片U17、型号为DALC208SC6的静电保护芯片U18和外部电路组成。静电保护芯片U18提供静电保护，以减小信号失真。

如图14所示，本实施例的外部PIO扩展模块采用PIO扩展芯片CON11和CON12以及外部电路组成，通过PIO扩展芯片CON11和CON12将IO信号引出，以备扩展使用。

如图15所示，本实施例的实时时钟模块采用系统时钟芯片U19及其外部电路组成。系统时钟芯片U19由3V纽扣电池提供电压，作为系统的实时时钟电路。

为了便于系统二次开发，本系统中不同的功能模块被设计在不同的板子上，分别为CPU核心板和CPU母板。CPU核心板为系统核心数据运算和处理部分，包括微处理器AT91SAM9263、Flash存储器、SDRAM存储器、复位电路等；CPU母板是系统的主要应用部分，包括电源、串口、以太网、CAN、USB、LCD显示、触摸屏、实时时钟、IO等。CPU核心板工作时接在CPU母板上。

本实用新型的工作原理是：所述控制系统可以支持单机工作模式和联网工作模式，单机工作模式下微处理器通过输入输出部件、显示设备或存储模块完成对动力电池充放电电流、电压、容量及剩余电量、温度等动力电池数据采集、处理、显示和保存；联网工作模式下计算机或外部设备通过通信模块可远程登录该控制系统实现访问控制，并可实现两者间数据交换。

如图16示出了本实用新型的动力电池检测控制系统的实际应用，控制器安装在动力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，作为整个检测系统的控制核心。本实用新型的动力电池检测控制系统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)工作模式时，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、触摸屏完成人机交换的工作。此外，设备还可以通过控制器上的USBDevice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。

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。同时本系统将不同的功能模块设计在不同的板子上，方便了系统的二次开发。

本实用新型的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均可实现本实用新型目的。

Claims (9)

1.一种新型动力电池检测控制系统，其特征在于：包括用于输入动力电池数据的AD/DA转换模块、用于向受测电池输出采集控制信号的I/O接口模块、用于对动力电池数据采集处理及充放电控制的微处理器、用于存储所述系统的数据及程序的存储器模块、用于显示电池状态信息的触摸屏显示单元和用于为上述各模块提供合适工作电压的电源电路；所述微处理器的相应端口与所述AD/DA转换模块、I/O接口模块、存储器模块、触摸屏显示单元的相应接口相连接，当微处理器通过I/O接口模块向受测电池输出采集控制信号时，微处理器接收和处理从AD/DA转换模块输入的动力电池数据信息，存储在存储器模块中，并控制触摸屏显示单元显示检测结果。

2.根据权利要求1所述新型动力电池检测控制系统，其特征在于：还包括用于将电池状态信息传输至上位机进行处理和显示的通信单元；所述微处理器为可支持单机工作模式和联网工作模式的实时多任务操作系统的嵌入式微处理器，所述通信单元连接到所述微处理器的相应端口。

3.根据权利要求2所述新型动力电池检测控制系统，其特征在于：所述微处理器为ARM处理器。

4.根据权利要求2所述新型动力电池检测控制系统，其特征在于：所述存储器模块包括用于程序运行的SDRAM存储器、用于程序和数据存储的DataFlash存储器和NAND Flash存储器。

5.根据权利要求2所述新型动力电池检测控制系统，其特征在于：还包括扩展存储模块；所述扩展存储模块包括EEPROM存储器和SD/MMC卡模块。

6.根据权利要求2所述新型动力电池检测控制系统，其特征在于：所述通讯单元包括用于实现微处理器与外部设备的以太网通信的10/100M以太网通信模块、用于实现对应的USB端口与计算机连接的USB接口模块、UART串行接口模块和用于实现检测设备与电池间通信功能的CAN接口模块。

7.根据权利要求2所述新型动力电池检测控制系统，其特征在于：还包括用于将微处理器多余的I/O信号线引出的外部PIO扩展模块。

8.根据权利要求2所述新型动力电池检测控制系统，其特征在于：还包括用于实现边界扫描的仿真接口模块；仿真接口模块连接到所述微处理器的相应端口。

9.根据权利要求2所述新型动力电池检测控制系统，其特征在于：还包括用于显示动力电池数据的LCD显示模块；LCD显示模块连接到所述微处理器的相应端口。

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