CN204758791U - 海洋浮标电池远程监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海洋浮标电池远程监测系统，它包括内嵌入式监测系统和控制系统；内嵌入式监测系统采用电流传感器和电压传感器检测电流和电压，通过A/D转换器采集电流和电压信息并传递至单片机；单片机通过GSM通讯模块传递给控制系统中的软件平台；软件平台对数据进行分析将相应控制信息再通过GSM通讯模块发送到单片机，单片机发送控制命令，由执行机构执行相应的操作。本实用新型中嵌入式系统实现对海洋浮标电池的数据采集，预处理和发送以及对电池操作的执行；控制系统实现数据在控制中心的传输和显示，将数据进行进一步的计算处理得出相应的对电池的控制操作命令，具有能耗低、适用范围广、实时信息传输、适应性强等优点。

Description

海洋浮标电池远程监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种海洋浮标，具体是一种海洋浮标远程监测系统，属于电池监测技术领域。

背景技术

在海洋浮标供电系统中，发电机发出的电流需要存储到蓄电池中经过逆变、变压等处理后才能被相关设备使用。目前工业上采用的蓄电池普遍为阀控式铅酸蓄（VRLA），这种蓄电池推广初期便被称为免维护电池，并且生产厂家也承诺了电池的使用寿命为10-20年，让使用人员产了生电池既耐用又完全不需要维护的错觉，大多数用户基本上没有进行蓄电池的维护和管理。然而，随着使用时间的增长，VRLA电池出现了电池外壳变形、电解液渗漏、容量不足等质量问题，VRLA电池内部接线柱由于被腐蚀而断裂的现象常发生，这些故障都导致蓄电池的实效，这些都不能通过蓄电池的电压表现出来，这使使用人员不易掌握VRLA电池的耐久性和失效问题。

蓄电池的维护主要对其运行条件和检测电池本身的状况着手，大致经历了三个阶段的发展：整组电压监测、单电池电压监测、蓄电池内阻监测。

蓄电池内阻监测的出现为蓄电池监测跨出了革命性的一步。内阻变化是蓄电池状态的重要标志但是在线内阻测试技术难度大，各厂家的具体实现技术各有特点，其内阻准确度和抗干扰能力差别也很大；主要的方法有以下几种：

密度法主要通过测量蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻，常用于开口式铅酸电池的内阻测量，不适合密封铅酸蓄电池的内阻测量，该方法的适用范围较窄。

开路电压法是通过测量蓄电池的端电压来估计蓄电池内阻，精度很差，甚至会得出错误结论。因为即使一个容量已经变得很小的蓄电池，在浮充状态下其端电压仍可能表现得很正常。

直流放电法，该方法是对蓄电池进行瞬间大电流放电测量电池上的瞬间电压降，通过欧姆定律计算得到蓄电池的内阻，并通过蓄电池内阻变化的情况分析蓄电池落后情况或失效趋势，较好地解决蓄电池失效的监测，同时并辅以电压、电流等运行参数的监测，是目前比较领先的监测技术。虽然这种方法在实践中也得到了广泛的应用，但是它也存在缺点：该方法对蓄电池内阻进行检测必须是在静态或是脱机状态下进行，无法实现在线测量、并且对接线方式要求较高。

交流法是向蓄电池注入一定频率的交流信号，由于蓄电池内部存在的阻抗，然后测量其反馈的电流信号，进行信号处理，比较注入信号与反馈信号的差异，从而测得蓄电池内阻。随着数字信号处理技术的发展交流法测量蓄电池内阻技术也取得了跨越的发展，90年代之前因为数字信号处理技术的相对落后，发电机以及周围环境的噪音因素等对信号的干扰严重并且这种干扰无法彻底消除，因此交流注入法一直没有得到广泛的应用，只有在科研条件充裕的实验室以及军事领域使用。

另外，目前蓄电池大都采用人工检查的方法，来实现蓄电池的维护。该方法除了放电测试外，人工测量主要是测量电池组电压、单电池电压、温度和单电池内阻。人工测量存在众多不足：人工测量的准确度会受到诸多因素的影响；由于人工测试大都为定期进行，无法及时发现落后、失效蓄电池；放电测试对蓄电池会造成无法恢复的伤害隐患；大量的人工测量费时费力，安全性差，周期长。

鉴于以上对浮标供电系统的分析，可以看出目前的浮标供电系统还有很多的不足需要完善。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种海洋浮标电池远程监测系统，能够实现对海洋浮标电池的电量及性能远程实时监测。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包括内嵌入式监测系统和控制系统；

所述的内嵌入式监测系统采用电流传感器和电压传感器检测电池的电流和电压，通过A/D转换器采集电流和电压信息并传递至单片机；

所述的单片机通过收发双向的GSM通讯模块传递给控制系统中的软件平台；软件平台对数据进行分析将相应控制信息再通过控制系统内的GSM通讯模块发送到单片机，单片机发送控制命令，由执行机构执行相应的操作以实现对电池状况信息的实时控制与反馈。

GSM通讯模块为2个：一个与单片机一起搭载在海洋浮标上，另一个设置在控制系统的软件平台上。

所述的内嵌入式监测系统是单片机、电流传感器、电压传感器与GSM通讯模块集成为一体的系统。

所述的执行机构包括断路器和隔离开关。

所述的电流传感器为霍尔电流传感器。

所述的电压传感器为霍尔电压传感器。

所述的A/D转换器为12位的A/D转换器。

与现有的人工检查方法相比，本实用新型中嵌入式系统实现对海洋浮标电池的数据采集，预处理和发送以及对电池操作的执行；控制系统实现数据在控制中心的显示，将数据进行进一步的计算处理得出相应的对电池的控制操作命令；并具有以下优点：能耗低、适用范围广、实时信息传输、适应性强、远程监控。

附图说明

图1是本实用新型原理示意图；

附图2是时钟模块频率产生图；

附图3是时钟模块频率产生图；

附图4是复位电路图；

附图5是单片机下载口图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种海洋浮标电池远程监测系统，

它包括内嵌入式监测系统和控制系统；其中，内嵌入式监测系统是单片机、电流传感器、电压传感器与GSM通讯模块集成为一体的系统；

所述的内嵌入式监测系统采用电流传感器和电压传感器检测电池的电流和电压，通过A/D转换器采集电流和电压信息并传递至单片机；

所述的单片机通过GSM通讯模块传递给控制系统中的软件平台；软件平台通过对数据进行分析将相应控制信息再通过GSM通讯模块发送到单片机，单片机发送控制命令，由执行机构执行相应的操作以实现对电池状况信息的实时控制与反馈。

其中的执行元件包括断路器和隔离开关，根据计算结果控制浮标某些部分的开关达到更具不同情况合理非配电能的效果。

本系统需要在海洋环境中运行，对传感器的性能和抗干扰能力要求比较高，因此电流传感器选用霍尔电流传感器，电压传感器选用霍尔电压传感器。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，将霍尔电流传感器串联接入海洋浮标的供电系统中,来测量电池输出的电流；将霍尔电压传感器并联接入海洋浮标供电系统中，来测量电池的输出电压。

A/D转换器主要是对电池的电压和电流进行信息采集：通过A/D转换器采集数据，将传感器出来的电池电流与电压模拟量转换成数字量，以便于实现数字控制、检测以及数据的保存；为确保采集数据的精确度应选用12位的A/D转换器。

单片机负责将各个部分的状态信息保存至存储器，并且向软件平台发送反馈信息。其具体的任务主要包括将采集到的数据信息运算处理后转换成约定格式发送给GSM通讯模块，再以数据的形式传输给控制中心，定时采集位置信息并进行数值优化处理，其中单片机采用飞思卡尔KinetisK60。

GSM通讯模块为收发双向GSM通讯模块，包括两块，其中一个是与单片机连接发送检测数据和接收控制中心命令，是与单片机一起搭载在海洋浮标上的，另一个是在控制系统的软件平台上接收数据和发送控制命令，实现控制中心与现场的远程通信。

GSM通讯模块作为数据终端连接设备。随着GSM数字蜂窝网络在全球的普及应用，远程通信取得了飞速发展，网络已成为目前全球覆盖范围最广的无线网络。与其它网络相比，网具有覆盖范围宽、传输信息量大、双向无线信息传输、支持用户数多的优点。利用网络对远程目标进行监控。

软件平台的软件采用VisualBasic6.0编写，实现将GSM发送来的电池状况信息显示以及处理得出相应的控制操作，并再将控制操作命令通过GSM发送到嵌入式监测系统中。

该单片机采用多电源供电，3.3V电压经过电容电感低通网络进行低通滤波去除噪声，保证供电电压的稳定，从而保证单片机的稳定工作。

如图2和图3所示，为时钟频率产生图。它产生机器周期时，单片机工作在一定的频率上，可以通过倍频提高工作频率调整机器周期来提高单片机的运算速度来满足检测系统的实时性设计需求。

如图4所示，为复位电路图。复位电路分为上电复位和手动复位，上电复位初始化单片机使得单片机上电后从程序初始地址开始运行，手动复位可以人为使程序从初始地址开始执行。

如图5所示，是单片机JTAG图即下载口图。JTAG主要用于芯片内部测试，JTAG接口4条接线口非别为：TCK测试时钟输入；TDI测试数据输入，数据通过TDI引脚输入JTAG接口；TDO测试数据输出，数据通过TDO引脚从JTAG接口输出；TMS为测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式；TRST为测试复位，输入引脚，低电平有效。它能将软件程序下载到单片机，可以实现在线调制程序。

GSM通讯模块由GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等组成，是具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块，它可以连入移动通信网络，实现远距离通讯。将单片机的TXD，RXD脚与GSM模块的RXD，TXD脚链接并且共地，使单片机能与GSM通讯模块进行串行通信。将单片机处理好的数据传送给GSM通讯模块，由GSM通讯模块通过移动通信网络远距离发送数据。

综上所述：本实用新型中嵌入式系统实现对海洋浮标电池的数据采集，预处理和发送以及对电池操作的执行；控制系统实现数据在控制中心的传输和显示，将数据进行进一步的计算处理得出相应的对电池的控制操作命令；同时具有以下优点：能耗低、适用范围广、实时信息传输、适应性强、远程监控。

Claims (7)

1.一种海洋浮标电池远程监测系统，其特征在于，

它包括内嵌入式监测系统和控制系统；

所述的内嵌入式监测系统采用电流传感器和电压传感器检测电池的电流和电压，通过A/D转换器采集电流和电压信息并传递至单片机；

所述的单片机通过收发双向的GSM通讯模块传递给控制系统中的软件平台；软件平台对数据进行分析将相应控制信息再通过控制系统内的GSM通讯模块发送到单片机，单片机发送控制命令，由执行机构执行相应的操作以实现对电池状况信息的实时控制与反馈。

2.根据权利要求1所述的一种海洋浮标电池远程监测系统，其特征在于，所述的GSM通讯模块为2个：一个与单片机一起搭载在海洋浮标上，另一个设置在控制系统的软件平台上。

3.根据权利要求1所述的一种海洋浮标电池远程监测系统，其特征在于，所述的执行机构包括断路器和隔离开关。

4.根据权利要求1或2所述的一种海洋浮标电池远程监测系统，其特征在于，所述的内嵌入式监测系统是单片机、电流传感器、电压传感器与GSM通讯模块集成为一体的系统。

5.根据权利要求1或2所述的一种海洋浮标电池远程监测系统，其特征在于，所述的电流传感器为霍尔电流传感器。

6.根据权利要求1或2所述的一种海洋浮标电池远程监测系统，其特征在于，所述的电压传感器为霍尔电压传感器。

7.根据权利要求1或2所述的一种海洋浮标电池远程监测系统，其特征在于，所述的A/D转换器为12位的A/D转换器。