铅酸蓄电池智能监测系统的制作方法

本实用新型属于无线传感器网络、检测技术领域，具体说是涉及一种铅酸蓄电池智能监测系统。

背景技术：

蓄电池作为储存电能的装置，为用电设备提供电能。蓄电池的理论设计寿命为10-15年，而实际应用寿命却只有3-5年，更有甚者，有的蓄电池使用不到一年，其充放电性能及容量就下降到底线了。蓄电池组由多个单体蓄电池串联组成的，单个蓄电池故障也会影响到整个蓄电池组。这样的供电电源的可靠性直接影响了用电设备，甚至会造成重大的经济损失。

技术实现要素：

发明目的

为了克服现有的蓄电池存在的问题，本实用新型提供了一种便捷、可靠的铅酸蓄电池智能监测系统。

技术方案

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种铅酸蓄电池智能监测系统，其特征在于：包括蓄电池数据采集模块、Zigbee-RS232转换模块和上位机；蓄电池数据采集模块和Zigbee-RS232转换模块之间通过Zigbee无线通讯连接，Zigbee-RS232转换模块和上位机之间通过RS232串行通信接口连接；蓄电池数据采集模块为一个或多个。

蓄电池数据采集模块以16位单片机作为主控芯片，包括蓄电池数据采集模块单片机、电压测量电路、电流测量电路、温度测量电路、蓄电池数据采集模块Zigbee通讯模块、蓄电池数据采集模块电源、蓄电池数据采集模块USB充电接口电路、键盘以及LCD液晶显示屏；蓄电池数据采集模块单片机分别连接电压测量电路、电流测量电路、温度测量电路、蓄电池数据采集模块Zigbee通讯模块、键盘以及LCD液晶显示屏，蓄电池数据采集模块USB充电接口电路连接蓄电池数据采集模块电源，蓄电池数据采集模块电源为蓄电池数据采集模块单片机、电压测量电路、电流测量电路、温度测量电路、蓄电池数据采集模块Zigbee通讯模块、LCD液晶显示屏、键盘提供工作电源。

Zigbee-RS232转换模块以16位单片机作为主控芯片，包括Zigbee-RS232转换模块单片机、Zigbee-RS232转换模块Zigbee通讯模块、RS232/TTL电平转换电路、Zigbee-RS232转换模块电源、Zigbee-RS232转换模块USB充电接口电路；Zigbee-RS232转换模块单片机分别连接Zigbee-RS232转换模块Zigbee通讯模块、RS232/TTL电平转换电路和Zigbee-RS232转换模块电源，RS232/TTL电平转换电路连接上位机，Zigbee-RS232转换模块USB充电接口电路连接Zigbee-RS232转换模块电源，Zigbee-RS232转换模块电源为Zigbee-RS232转换模块单片机、Zigbee-RS232转换模块Zigbee通讯模块、RS232/TTL电平转换电路提供工作电源。

蓄电池数据采集模块和Zigbee-RS232转换模块均用锂电池供电，利用USB接口电路进行充电。

优点及效果

本发明具有如下优点及有益效果：

该实用新型一种铅酸蓄电池智能监测系统，将ZigBee技术和检测技术相结合，以单片机为系统控制器，利用ZigBee无线传感器网络实现了蓄电池数据采集模块和Zigbee-RS232转换模块的远程无线通信，可根据具体的情况随时随地将蓄电池数据采集模块连入网络，能够迅速采集多个单体蓄电池的电压、电流、温度信息。通过对蓄电池进行定期检测和在线实时监测，及时发现性能降低的电池。通过对蓄电池剩余容量SOC的估算，进行蓄电池组的一致性分析，对需重点检修和更换的蓄电池作出预警提示，提高电源的可靠性，保证蓄电池组的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型蓄电池数据采集模块结构原理图。

图3为本实用新型Zigbee-RS232转换模块结构原理图。

图4为本实用新型蓄电池数据采集模块和Zigbee-RS232转换模块的单片机原理图。

图5为本实用新型蓄电池数据采集模块的电压测量电路原理图。

图6为本实用新型蓄电池数据采集模块的电流测量电路原理图。

图7为本实用新型蓄电池数据采集模块的温度测量电路原理图。

图8为本实用新型蓄电池数据采集模块的键盘电路原理图。

图9为本实用新型蓄电池数据采集模块的LCD液晶显示电路原理图。

图10为本实用新型新型蓄电池数据采集模块和Zigbee-RS232转换模块的Zigbee通信电路原理图。

图11为本实用新型Zigbee-RS232转换模块的RS232/TTL电平转换电路原理图。

图12为本实用新型电源电路原理图。

图13为本实用新型USB充电接口电路原理图。

附图标记说：

10.蓄电池数据采集模块、20.Zigbee-RS232转换模块、30.上位机、40.蓄电池数据采集模块单片机、50.电压测量电路、60.电流测量电路、70.温度测量电路、80. 蓄电池数据采集模块电源、90. 蓄电池数据采集模块USB充电接口电路、100.蓄电池数据采集模块Zigbee通信模块、110. LCD液晶显示屏、120.键盘、130.Zigbee-RS232转换模块单片机、140. Zigbee-RS232转换模块Zigbee通信模块、150. RS232/TTL电平转换电路、160. Zigbee-RS232转换模块电源、170. Zigbee-RS232转换模块USB充电接口电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本实用新型提供了一种铅酸蓄电池智能监测系统，如图1中所示，主要包括蓄电池数据采集模块10、Zigbee-RS232转换模块20和上位机30，其特征在于：蓄电池数据采集模块10和Zigbee-RS232转换模块20之间通过ZigBee无线传感器网络实现无线通讯连接，Zigbee-RS232转换模块20和上位机30之间通过RS232串行通信接口通讯连接。蓄电池数据采集模块10设置为一个或多个。

如图2、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图12、图13中所示，蓄电池数据采集模块10以16位单片机作为主控芯片，包括蓄电池数据采集模块单片机40、电压测量电路50、电流测量电路60、温度测量电路70、蓄电池数据采集模块Zigbee通讯模块100、蓄电池数据采集模块电源80、蓄电池数据采集模块USB充电接口电路90、键盘120以及LCD液晶显示屏110；蓄电池数据采集模块单片机40分别连接电压测量电路50、电流测量电路60、温度测量电路70、蓄电池数据采集模块Zigbee通讯模块100、键盘120以及LCD液晶显示屏110，蓄电池数据采集模块USB充电接口电路90连接蓄电池数据采集模块电源80，蓄电池数据采集模块电源80为蓄电池数据采集模块单片机40、电压测量电路50、电流测量电路60、温度测量电路70、蓄电池数据采集模块Zigbee通讯模块100、LCD液晶显示屏110、键盘120提供工作电源。

如图3、图4、图10、图11、图12、图13中所示，Zigbee-RS232转换模块20以16位单片机作为主控芯片，包括Zigbee-RS232转换模块单片机130、Zigbee-RS232转换模块Zigbee通讯模块140、RS232/TTL电平转换电路150、Zigbee-RS232转换模块电源160、Zigbee-RS232转换模块USB充电接口电路170；Zigbee-RS232转换模块单片机130分别连接Zigbee-RS232转换模块Zigbee通讯模块140、RS232/TTL电平转换电路150和Zigbee-RS232转换模块电源160，RS232/TTL电平转换电路150连接上位机30，Zigbee-RS232转换模块USB充电接口电路170连接Zigbee-RS232转换模块电源160，Zigbee-RS232转换模块电源160为Zigbee-RS232转换模块单片机130、Zigbee-RS232转换模块Zigbee通讯模块140、RS232/TTL电平转换电路150提供工作电源。

如图4中所示，蓄电池数据采集模块单片机和Zigbee-RS232转换模块单片机采用超低功耗16位单片机。在蓄电池数据采集模块单片机中存储数据处理程序和ZigBee通讯程序，负责连接检测设备，实现数据传输和处理、实时数据的采集功能。Zigbee-RS232转换模块单片机中存储ZigBee通讯程序。

蓄电池数据采集模块10和Zigbee-RS232转换模块20均用锂电池供电，利用USB接口电路进行充电（蓄电池数据采集模块和Zigbee-RS232转换模块采用相同的电源和相同的USB接口电路）。

如图5中所示，电压测量电路，其Vout 端连接单片机的AD转换引脚端。由于蓄电池的电压为12 V，而MCU可采样转换的最大电压为3.3 V，故对电压进行调理。

如图6中所示，蓄电池数据采集模块的电流测量电路，检测电流的范围为-50~50A，Iin和Iout端串入蓄电池电路中，VIOUT端连接单片机P2.7管脚，VCC接工作电源。

如图7中所示，蓄电池数据采集模块的温度测量电路中DS18B20的数据线DQ 与单片机P2.6管脚相连接，实现温度测量值的传输。

如图8中所示，蓄电池数据采集模块共有4个键。采用独立式键盘，每个按键占用一条I/O线。当按下按钮时相应的I/O口为低电平，当松开按键时相应的I/O口为高电平，根据相应的I/O口的高低电平来判断是否有按键按下。SET 键为设置功能键，当按下该键时，系统进入设置状态，可以进行参数或密码的修改。↑↓键为加减或上下移动键。ENTER 键为确认键，当参数设定完毕后，按该键确定并跳出该设定项。

如图9中所示，蓄电池数据采集模块的LCD液晶显示屏，选用JM12864M汉字图形点阵液晶显示模块，采用并行连接方式。

如图10中所示，蓄电池数据采集模块和Zigbee-RS232转换模块的ZigBee通信模块选用符合2.4GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器。芯片采用16MHz晶振，使用单端天线。ZigBee芯片通过4线SPI总线(SI、SO、SCLK、CSn)设置芯片的工作模式。

如图11中所示，Zigbee-RS232转换模块的RS232串口的电平标准和单片机的TTL电平不一致，因此在单片机和PC机之间的串口通讯有一个RS232/TTL电平转换电路。

如图12中所示，蓄电池数据采集模块和Zigbee-RS232转换模块采用锂电池供电方式，提供3.3V工作电源。

如图13中所示，蓄电池数据采集模块和Zigbee-RS232转换模块的锂电池采用USB充电。USB接口为4pin，其中VBUS为电源、D-为USB数据线（负）、D+为USB数据线（正）、GND为地线。

上位机中安装有智能管理系统。智能管理系统在Windows XP系统下开发，包括实时曲线、一致性分析、数据管理和系统维护等多个功能模块。上位机可根据蓄电池数据采集模块的检测数据建立相应的变化曲线，对单个蓄电池的性能进行评价，并且对蓄电池组均匀一致性做出分析。监测蓄电池充放电的每个阶段的电压、电流和温度，可及时找出损坏的和性能显著降低的蓄电池，确保蓄电池组正常工作。