基于Labview的蓄電池在線監測系統設計

陳輝煌

（湄洲灣職業技術學院 福建 莆田 351254）

由于交流市電在供應的過程中可能會出現停電、電壓下陷上涌、持續欠壓過壓以及頻率波動等不確定的干擾因素，這些因素會對網絡的持續運行造成影響，甚至對處于運行狀態的網絡設備和服務器造成損壞。各個企業在構建網絡系統的時候，在計算機網絡供電方面都會采取必要的措施以提供高質量的UPS電源[1]。這其中蓄電池組作為動力供應的最后保障，無疑是電源中的最后保險。而蓄電池的工作狀態將直接影響UPS系統的穩定性，所以必須對電池組的工作狀態進行實時監測。可見，對電源中蓄電池的準確監測變得非常重要。為了實現對蓄電池各參數的準確檢測，在做了需求分析的基礎上，提出并設計了一種基于Labview的蓄電池在線監測系統（以下簡稱“監測系統”）設計方案。該系統能夠完成對其準確檢測。

1 監測需求分析

針對為滿足某型UPS電源蓄電池參數進行檢測的需求，對電池智能化綜合監控管理系統的分析，得到系統采集信號共分為以下4個參數：電池的電壓、電流、溫度、電量等主要參數進行采樣等信號。要想完成對以上信號的測試，需要做好以下幾個方面。首先該監測系統應能檢測處于各種工作狀況的輸入信號；其次，應能將檢測的數據與PC機通信；再次，還應具有將數據顯示并處理。

2 總體設計

該監測系統結構圖如圖1所示，在對蓄電池參數的檢測過程中，通過采集模塊監測蓄電池運行的情況，監測電流是否在正常范圍內，監測單電池電壓是否正常，利用MCU控制器（AT89S52）及DS2438器件采集蓄電池各參數；采集到的數據經過RS232串行接口[2]電路送達計算機；同時根據采集上傳的數據，進行容量的預估與測算，借助蓄電池數據（電壓、電流、溫度、電量），構筑蓄電池的監測系統。

圖1 系統總體結構圖Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system

3 系統硬件設計

監測系統硬件主要由RS232串行通信接口電路、AT89S52控制器、DS2438蓄電池參數采集電路[3]等組成，系統硬件結構圖如圖2所示。系統是基于Labview的串行通信進行數據采集，以PC機作為上位機，單 片機 （AT89S52）作下位機，上位機發送采集指令觸發下位機通過P2口讀取DS2438采集的電池參數值，并利用P3.0和P3.1的串行輸入輸出端，通過串口芯片MAX232傳輸給上位機的串口，利用Labview采集并轉換為十進制，再通過Labview進行數據的處理。

圖2 系統硬件結構圖Fig.2 Structure diagram of the hardware system

3.1 電池溫度參數的測量

電池溫度測量通過內部的溫度傳感器將測量結果存放在DS2438溫度寄存器（第0頁1、2字節）中，通過單總線輸入輸出端口（DQ）與單片機P2.0端口完成串行數據傳送。電池參數采集電路如圖3所示。

圖3 電池參數檢測電路圖Fig.3 Battery parameters detection circuit diagram

3.2 電池電壓參數的測量

DS2438內置了一個10位的電壓A/D轉換器，當選定一個電阻 R1=1 MΩ， 通過公式 14×1 MΩ/（1 MΩ+R）=10 V 得R2=390 kΩ，U實際為實際單節蓄電池的電壓，U測量為DS2438測量的電壓值，根據如下公式，U實際=U測量（1 MΩ+0.39 MΩ）/1 MΩ，可以在單片機中完成測量值轉換為實際值。

3.3 電池電流參數的測量

DS2438內置了一個電流A/D轉換器，當單片機發出A/D轉換器使能信號，DS2438對流過采樣電阻電流自動進行測量，測量的結果存放于電流寄存器（第0頁5、6字節）中。對電流的采集電阻的選擇，應不影響電池的使用，故選擇小阻值電阻，且電阻精度要求高。設計采用Rsens=0.025 Ω電阻。

為了抵抗電池干擾，設計RC低通濾波器。通過計算選擇R：100 kΩ，C：0.1 μF，截至頻率為：

對于DS2438的AD轉換頻率是36.41 Hz，該低通濾波器有效地濾除劍鋒脈沖，保障電流累加器準確獲取采樣信號。

3.4 電池剩余電量的測量

電池的剩余電量用集成電流累加器（ICA）的值求得。ICA是一個累積電池組投入使用后的全部流入和流出電池電流的寄存器，其值是由DS2438定時自動測量外接電阻Rsens幅的電壓后更改的，無需對其進行控制，只需單片機讀出ICA寄存器的值，然后由下式計算得出電池的剩余電量[4]：

其中Rsens的單位為Ω。

4 測試系統軟件設計

該監測系統的軟件采用Labview[5]編程，Labview是美國國家儀器公司（NI公司）推出的專為數據采集、儀器控制、數據分析與數據表達的圖形化編程環境，它是一個開放的開發環境，具有 PCI，PXI， RS-232/485，USB 等各種儀器通訊總線標準的所有功能函數，開發者可以利用這些函數與不同總線標準接口的數據采集硬件交互工作。本系統采用NI_VISA串口Serial函數來訪問和控制串口，從而實現串口通信功能。首先，利用VISA Con2figure Serial Port.vi進行串口初始化，然后利用VISA write.vi向寫緩沖區發送數據讀取指令，最后利用VISA read.vi以字符串形式讀取數據緩沖區的8位二進制數，并利用 HexadecimalString T o Number節點將8位字符串數據轉變成數字型數據，提供給控制電路[6]。

在設計過程中采用模塊化編程，方便更新、維護與拓展，整個系統由溫度數據采集模塊、電壓數據采集模塊、電流數據采集模塊、電量數據采集模塊、通信模塊和系統幫助模塊等組成。監測系統利用Labview程序發送16進制數據給單片機，啟動各采集模塊采集數據，實時記錄參數，利用上位機進行數據處理和顯示。既實現了采集監控的功能，又可以進行數據的進一步處理和分析。系統軟件設計的結構圖如圖4所示。

圖4 系統軟件設計結構圖Fig.4 Schematic diagram of the software test system

下位機軟件采用C語言編寫，包括DS2438的讀寫和串口通信兩個主要部分。上位機軟件采用Labview編寫。相關程序段如下所示。

系統下位機主函數：

5 實驗應用

該測試系統用于某型蓄電池溫度的測試。在進行測試時，首先運行該監測應用軟件，初始化后，通過完成檢測設置和通信配置等相關設置后，然后通過點擊主程序界面的相應模塊檢測按鈕進行相應的測試，其中上位機發送控制命令字，然后接收下位機發回的數據；并將結果進行顯示，程序面板的部分界面如圖5所示。通過實際應用發現，該測試系統測試結果準確、穩定可靠。

圖5 測試界面圖Fig.5 Interface chart of the test system

6 結 論

文中設計的蓄電池在線監測系統，既可對電池參數進行實時的采集與顯示，又可實現數據遠程的控制，能夠滿足系統的測量需求。對該測試系統已用于某型蓄電池系統進行測試，實際應用表明該測試系統具有檢測準確、穩定可靠、人機界面友好等特點，達到了設計要求。而且系統擴展后可運用于UPS電源電池組的遠程數據采集與測控。

[1]王志秀.淺談UPS電源設計[J].黑龍江科技信息，2010（11）：70，16.

WANG Zhi-xiu.Showing UPS power design[J].Heilongjiang Science and Technology Information，2010（11）：70，16.

[2]范逸之.Visual Basic與RS-232串行通信控制 [M].北京：清華大學出版社，2006.

[3]陳輝煌.基于DS2438的多功能智能蓄電池充電器的設計[J].江西電力職業技術學院學報，2011（3）：53-55.

CHEN Hui-huang.The program of multifunctional intelligent battery charger based on DS2438[J].Journal of Jiangxi Vocational and Technical College of Electricity，2011（3）：53-55.

[4]DS2438 Smart Battery Monitor.DALLAS SEMICONDUCTOR[EB/OL]. （2011）http：//datasheets.maxim-ic.com/en/ds/DS2438.pdf.

[5]吳成東.LabVIEW虛擬儀器程序設計及應用 [M].北京：人民郵電出版社，2008.

[6]李元，姜鑫.基于LabVIEW平臺的遠程虛擬數據采集系統的研究[J].沈陽化工學院學報，2008（9）：269-270.

LI Yuan，JIANG Xin.Based on the platform of LabVIEW virtual remote data acquisition system of the research[J].Journal of Shenyang University of Chemical Technology，2008（9）：269-270.