基于LPC2131的嵌入式鋰離子電池檢測(cè)系統(tǒng)

楊才山,張曉冰,楊超

(哈爾濱理工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器黑龍江省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱150080)

引 言

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)因其高自動(dòng)化、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。ARM處理器作為高性能、低功耗的處理器,是目前最常用的嵌入式微處理器之一[1]。針對(duì)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外電池檢測(cè)設(shè)備的現(xiàn)狀,對(duì)電池檢測(cè)實(shí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和電池檢測(cè)方面的一些問(wèn)題作了深入的研究和分析[2-3]。根據(jù)電池檢測(cè)系統(tǒng)所要達(dá)到的性能指標(biāo),本文以LPC2131微處理器為核心,基于嵌入μC/OS-II設(shè)計(jì)了一種嵌入式鋰離子電池檢測(cè)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)由微處理器、信號(hào)變換電路、控制電路、液晶顯示屏、上位機(jī)等組成,如圖1所示。微處理器選用Philips公司的LPC2131。電池的輸入信號(hào)通過(guò)信號(hào)變換電路傳輸給微處理器,微處理器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析、處理,將控制信號(hào)傳給控制電路,對(duì)電池的各個(gè)過(guò)程進(jìn)行控制;同時(shí),將結(jié)果送給液晶實(shí)時(shí)顯示,并將結(jié)果傳輸給上位機(jī)保存測(cè)試結(jié)果,以方便數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢(xún)。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 充放電控制電路

充放電控制電路如圖2所示。采用模擬充電器設(shè)計(jì),模擬充電器實(shí)現(xiàn)被檢測(cè)電池充放電模式的切換、電流和電壓的電信號(hào)切換,以及輸入信號(hào)的調(diào)理。微處理器采集通過(guò)變換電路調(diào)理的電池輸入信號(hào),對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理后將控制信號(hào)傳給控制電路。采用放大器LM 324、大功率三極管C3990和TIP142等實(shí)現(xiàn)電流的逐級(jí)放大,采用繼電器對(duì)不同回路進(jìn)行切換,實(shí)現(xiàn)充放電模式及各個(gè)測(cè)試的切換。K 1用于短路測(cè)試。

圖2 充放電控制電路

當(dāng)K2接上端、K 3接下端時(shí),對(duì)電池進(jìn)行充電測(cè)試。微處理器采集被測(cè)電池兩端的電壓及通過(guò)的電流,將控制指令通過(guò)輸出的PWM 1脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)控制充放電控制電路。PWM 1的輸出通過(guò)運(yùn)放及三極管的逐級(jí)放大,最終轉(zhuǎn)化成被測(cè)電池的充電輸入電流。同理,當(dāng)K 2接下端、K3接上端時(shí),對(duì)電池進(jìn)行放電測(cè)試。微處理器通過(guò)控制PWM 2的輸出,實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電池放電電流的控制。

1.2 液晶顯示模塊

液晶顯示器件在科研、生產(chǎn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,該模塊是決定系統(tǒng)使用是否方便的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)置T6963控制器的128×128圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊DM 128128。該液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由液晶顯示控制器T6963及其周邊電路、行驅(qū)動(dòng)器組、列驅(qū)動(dòng)器組以及液晶驅(qū)動(dòng)的偏壓電路組成。T6963控制器的最大特點(diǎn)是具有獨(dú)特的硬件初始設(shè)置功能,顯示驅(qū)動(dòng)所需的參數(shù)(如占空比系數(shù)、驅(qū)動(dòng)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)及字符的字體選擇等),均由引腳電平設(shè)置。因此,T6963的初始化在上電時(shí)就已經(jīng)基本設(shè)置完成,軟件操作的全部精力就可以用于顯示畫(huà)面的設(shè)計(jì)上了。其典型應(yīng)用如圖3所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序

軟件設(shè)計(jì)上應(yīng)遵循程序簡(jiǎn)單、清晰、流程合理的原則[4]。主程序流程如圖4所示。系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化,參數(shù)設(shè)置完畢將結(jié)果送至上位機(jī)和液晶,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和顯示。然后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換,判定是否滿(mǎn)足參數(shù)設(shè)定要求。若滿(mǎn)足則停止測(cè)試,若不滿(mǎn)足,則由微處理器控制算法分析處理,發(fā)出調(diào)節(jié)指令,循環(huán)返回。

圖3 液晶典型應(yīng)用

2.2 μC/OS-II的移植

μC/OS-II是源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)內(nèi)核,具有可移植、可固化、可裁剪、可剝奪、多任務(wù)、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)[5]。它的基本代碼尺寸不到5 KB,對(duì)存儲(chǔ)器容量要求低,滿(mǎn)足于嵌入式系統(tǒng)對(duì)體積的苛刻要求。移植μC/OS-II到LPC2131主要實(shí)現(xiàn)以下功能:電池功能測(cè)試、上位機(jī)通信、液晶顯示和鍵盤(pán)掃描。系統(tǒng)任務(wù)分配流程如圖5所示。

2.3 上位機(jī)通信界面

系統(tǒng)采用Visual Basic 6.0(VB6.0)的窗體和控件對(duì)串口控制,實(shí)現(xiàn)終端監(jiān)控。VB6.0的MSComm控件在串口編程時(shí)非常方便,使用它可以建立與串行端口的連接,通過(guò)串行端口連接到其他通信設(shè)備,實(shí)現(xiàn)發(fā)出命令、交換數(shù)據(jù)以及監(jiān)視和響應(yīng)串行連接中發(fā)生的事件和錯(cuò)誤等功能。存檔數(shù)據(jù)采用Access數(shù)據(jù)庫(kù),建立好數(shù)據(jù)庫(kù)后,在編寫(xiě)好的程序中通過(guò)ADO數(shù)據(jù)庫(kù)操作技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理[6]。

結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的嵌入式鋰離子電池測(cè)試系統(tǒng),符合“GB/T 18287-2000蜂窩電話(huà)用鋰離子電池總規(guī)范”對(duì)鋰離子電池的測(cè)試要求,實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰離子各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸與顯示。該系統(tǒng)外圍電路簡(jiǎn)單、操作方便、穩(wěn)定性好、精度高,可廣泛應(yīng)用于電池生產(chǎn)廠家、質(zhì)檢部門(mén)及電池用戶(hù),具有良好的發(fā)展前景。

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