基于物联网的锂电池远程智能监控系统的制作方法
【专利说明】
[技术领域]
[0001]本发明属于锂电池远程智能监控技术领域，具体涉及到一种基于物联网的锂电池远程智能监控系统。
[【背景技术】]
[0002]随着传统能源的不断消耗以及开发成本的不断提高，各行各业对新能源的需求越来越大。作为新能源的锂电池的出现，大大减少了各行各业对传统能源的依赖。当越来越多的锂电池投入到使用中，锂电池的工作状态的监控就显得尤为重要。锂电池的状态好坏直接会影响设备的工作效率，同时对锂电池监控价格也比较昂贵。
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【发明内容】
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[0003]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种方便、高效的基于物联网的锂电池远程智能监控系统。
[0004]本发明充分考虑到物联网ZigBee无线传输的特点，目前ZigBee无线通讯的最大距离不超过100m，所以本发明采用了使用基站节点的方案，成功解决了距离问题。
[0005]实现本发明的技术方案是:一种基于物联网的锂电池远程智能监控系统，包括信息采集模块、信息处理及中转模块、监控及数据中心模块、信息发布模块以及各模块之间的无线传输等。
[0006]所述信息采集模块通过标准IEEE802.15.4无线电信道与所述信息处理及中转模块无线连接，所述信息处理及中转模块通过标准IEEE802.15.4无线电信道与所述监控及信息中心模块无线连接，所述监控及信息中心模块通过普通无线电信道与所述信息发布模块无线传输连接，物联网节点之间通过标准IEEE802.15.4无线电信道无线连接。
[0007]所述信息采集模块包括:可编程数据选择器、电压传感器、物联网中继节点；通过把可编程数据选择器的输入端与锂电池输出端相连接，实现一个可编程数据选择器加一个电压传感器和一个物联网中继节点可以同时对多个锂电池进行电压信号的监控。电压传感器可以通过有线的方式与物联网中继节点相连接，也可以把电压传感器直接嵌入到物联网中继节点当中去，两种方式要通过具体的情况去选择。
[0008]所述信息处理及中转模块包括:DSP、ARM、物联网基站节点；本模块充分考虑到物联网基站节点的能耗以及数据处理能力低。用强数据处理功能的DSP去代替物联网基站节点进行数据的处理。其中包括DSP对物联网基站节点接收到的电压进行采样、滤波、FFT变换、计算SOC等一系列的操作。通过串口把经过DSP处理的数据传送到ARM中去，通过ARM对数据进行分析。这里通过对锂电池的工作状态的了解，用编程的方法，让ARM去记录数据的故障。这里用到的是模糊故障诊断的算法，使用了模糊故障诊断的算法精度大大提高了。ARM还可以把每次DSP所分析的数据在IXD显示屏上进行分通道显示，这里可以用算法根据前面所述可编程数据选择器的采样时间分辨所采集信息的编号，把每个信道的信号显示在LCD的不同行，这样方便工作人员对每组数据的观察。最后通过物联网基站节点把故障数据发出；
[0009]所述模糊故障诊断算法如下:在建立规则库时，先定义故障诊断系统中可能出现的电池症状，有以下几点:充电时电池电压上升快；放电时电池电压下降快；充电时电压极高，放电电压极低；电池故障也是模糊集合，每一种故障都可以用隶属度来表不。电池每一个故障与每一个症状之间都存在着模糊关系。模糊故障诊断方法就是首先建立起症状隶属度与故障隶属度的模糊向量集合，然后把每一个症状与每一个故障之间的模糊关系用隶属度表示，构成一个模糊关系矩阵，最后根据症状隶属度模糊向量和模糊关系矩阵可以求得故障隶属度的模糊向量，从而得到各种故障存在的倾向性，实现对电池故障的正确判断，以便及时的进行补救。电池组故障模糊诊断系统以信号采集电路所采集到的电池电压为依据，结合知识库中保存的锂电池使用和维护的经验和规则，利用存储在数据库中症状与故障之间的模糊关系以及设定的诊断规则，采用模糊综合评判的方法对电池故障进行诊断；本系统的规则库的建立如下，把m种故障和η个症状的模糊关系矩阵保存在数组DIAG[a][b]中，这个数组里保存的是代表规则里各个症状因素对故障的作用和影响大小的加权修正值。
[0010]如果电池的症状隶属度依次为:a = [ μχ1, μ χ2, μ χ3...μχη]Τ;
[0011]故障隶属度依次为β = [μν1, μν2, μ ν3...μ J'
[0012]则一个具体故障的隶属度μ it可用以下公式表示:
[0013]yit= (DIAG[a] [1]*μ χ1) + (DIAG[a] [2]* μ χ2+...(DIAG[a] [η]* μ χη))
[0014]数组DIAG中各元素的大小是规则的关键部分，不断用试验验证，不符合的反复调整，直到结果与电池的故障状态符合为止。
[0015]所述监控及数据中心模块包括:PC、物联网基站节点、数据库；本模块通过物联网基站节点接收到上一模块物联网基站节点所发出的数据，通过PC显示故障数据，由PC前的工作人员对故障数据进行相应的分析。PC把每次故障的数据存储到数据库当中。
[0016]所述信息发布模块包括:手机、平板电脑等其他无线通讯设备；本模块不定期的接收数据库发出的信息。
[0017]所述可编程数据选择器实现的是多路数据输入，单路数据输出的功能。本可编程数据选择器可以根据需要监控的锂电池的具体数量去选择内部的具体功能，由于单片机的I/o 口数量有限，所以可编程数据选择器的内部设置两种方式，当需要监控的锂电池数量小于24个时，选择用单片机的I/O 口直接去接继电器模块；当需要监控的锂电池数量较多时，选择用74LS377模块去扩展单片机的I/O 口，通过此方法，可以一次性监控N路锂电池。下面是具体可编程数据选择器实现一种功能，本功能接入了 74LS377模块。
[0018]可编程数据选择器的数据输入端可以根据用户的需要，自定义输入电压的路数，与电压输入端直接相连的是可编程数据选择器的继电器模块。通过单片机接入74LS377模块间接对继电器模块进行控制，具体如下:当N路电压输入到可编程数据选择器时，通过继电器模块分别给N路电压输入分配单元，然后通过单片机分配通道，通过LCD显示屏显示当前采样通道数。
[0019]下面是具体的一种实现:当电压输入时，用单片机接入74LS377模块对继电器模块进行控制，对输入I进行采样，采样时间可以自己设定，输出；然后对输入2进行采样，输出，当到最后一个输入η时进行采样，输出，并返回到输入I。当不出现故障时，一直循环此操作。LCD实时显示当前采样通道数，而这里的采样时间是由单片机中的定时器进行控制的。
[0020]当后续数据处理过程中遇到数据有故障时，可通过无线通讯模块对单片机进行指令，单片机通过接入74LS377模块使所述故障的那一路信号一直导通，(相当于此路I/O 口控制的继电器一直置“I”)，这样就可以一直采集数据达到分析故障的目的。当故障排除时，可以通过无线通讯模块使可编程数据选择器恢复到正常工作状态。还有一种方式，工作人员可以现场通过对IXD的选择通道，使单片机接入74LS377模块一直导通所选择的I/O 口通道，这里用到了 IXD的触屏功能。
[0021]本可编程数据选择器模块中IXD具体有两种工作模式:模式I为显示当前的通道数；模式2为可以通过触摸屏选择所需导通的通道数。
[0022]通过此可编程数据选择器主要有以下两个优点:
[0023]I)大大减轻了后续数据的处理量，因为一般情况下锂电池的工作状态是正常的，那么就不需要一直进行数据采集。因为对数据一直采集，后面的数据处理量会相当的大，显然效率降低了，同时存在着很多的无用功。通过可编程数据选择期即可以实现定时采样的功能，还不影响后续对故障的分析。
[0024]2)通