電池溫度智能監測系統的是設計

圖4 溫度監測節點(diǎn)硬件結構

　　DS18B20 測溫電路如圖1 所示， 用熱傳導的粘合劑將DS18B20 粘附在蓄電池的表明， 管芯溫度與表面溫度之差大約在0. 2℃ 之內。利用nRf2401 無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳輸， nRF2401 是一個(gè)單片集成接收、發(fā)射器的芯片，工作頻率范圍為全球開(kāi)放的2. 4 GHz頻段。它內置了先入先出堆棧區、地址解碼器、解調處理器、GFSK 濾波器、時(shí)鐘處理器、頻率合成器， 低噪聲放大器、功率放大器等功能模塊， 需要很少的外圍元件，使用起來(lái)非常方便。在本系統中nRf2401 通過(guò)P2 口與單片機進(jìn)行通信， AT 89S51 的P2. 0 和P2. 1 口分別與nRF2401 的CLK1， DA TA 相連接。nRf2401 的CS是片選端， CE 是發(fā)送或接收控制端， PWR_U P 是電源控制端， 分別由單片機的P2. 3， P2. 4 和P2. 5 引腳控制。nRF2401 的DR1 為高時(shí)表明在接收緩沖區有數據， 接單片機的P2. 2。

　　由于nRF2401 的供電電壓范圍為1. 9~ 3. 6 V ， 而AT89S51 單片機的供電電壓是5 V，為了使芯片正常工作，需要進(jìn)行電平轉換和分壓處理，設計采用MAXIM 公司的MAX884 芯片進(jìn)行5 V 到3. 3 V 電平轉換，如圖5 所示。

圖5 5 V 到3. 3 V 轉換電路

　　2. 2 主控單元設計

　　主控單元和監測節點(diǎn)組成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路，通過(guò)主控單元實(shí)現上位機和監測單元的數據通信。主控單元的基本結構和監測單元類(lèi)似，主要由單片機系統、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、顯示電路、串行通信電路及電源等組成。

　　串口是計算機上一種非常通用設備通信的協(xié)議，大多數計算機包含2 個(gè)基于RS 232 的串口，PC 的串行口是RS 232C 電平，而單片機的串行口是T TL 電平，兩者之間通過(guò)串口通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉換，設計運用MAX232A 芯片完成單片機與PC 之間的數據傳輸，硬件連接電路如圖6 所示。

圖6 單片機與M AX232A 硬件連接電路

　　3 控制程序設計

　　系統控制程序主要由單總線(xiàn)測溫控制程序、無(wú)線(xiàn)收發(fā)控制程序和上位機監測程序等組成。單總線(xiàn)測溫程序負責單總線(xiàn)設備初始化、采集電池溫度并傳送給nRF2401 模塊；無(wú)線(xiàn)收發(fā)控制程序主要功能是負責無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的組建和數據信息的無(wú)線(xiàn)傳送；上位機監測程序的主要功能是通過(guò)串口和主控單元進(jìn)行數據通信，實(shí)時(shí)顯示并存儲數據信息。以監測節點(diǎn)為例，圖7 是監測單元的程序流程圖，監測單元首先進(jìn)行初始化，主要包括單片機系統的通信、中斷及定時(shí)的初始化等，然后采集單體電池的溫度信息、保存并用數碼管顯示，實(shí)時(shí)監測主控單元的數據傳送命令，如果有就將電池的溫度數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送出去。

圖7 監測節點(diǎn)程序流程

　　4 試驗結果

　　設計了試驗樣機，監測節點(diǎn)試驗電路實(shí)物如圖8 所示，在室內進(jìn)行了溫度測試，采用4 個(gè)監測節點(diǎn)，分別在距離主控單元4 m， 8 m， 12 m 的距離進(jìn)行了試驗，試驗數據如表1 所示。

　　從表1 可以看出，溫度的測量精度可達± 0. 3℃ ，無(wú)線(xiàn)傳輸的準確率較高，能夠滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)溫度監測的需要。

圖8 監測節點(diǎn)試驗電路

表1 測溫試驗數據

　　5 結語(yǔ)

　　本文針對蓄電池組中單體電池的溫度監測問(wèn)題，設計了基于DS18B20 數字溫度傳感器和無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片組成的遠程無(wú)線(xiàn)監測系統。系統由上位機、主控單元和多個(gè)監測單節點(diǎn)組成，主控單元通過(guò)串口與上位機進(jìn)行通信。與傳統的有線(xiàn)多點(diǎn)溫度測量系統相比，具有布設、擴展、維護及更新方便等特點(diǎn)，有一定工程實(shí)際應用價(jià)值。