帶有以太網(wǎng)接口的蓄電池化成監(jiān)控系統(tǒng)的設計
1引言
蓄電池極板的化成丁藝是蓄電池生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)。所謂化成是指過對極板充放電過程，即利用電化學反應使電能轉化成化學能儲存起來。蓄電池的化成充放電過程是一個在外加電壓下復雜的化學反應過程，需要監(jiān)控系統(tǒng)對極板電流電壓值進行監(jiān)視并對充放電參數(shù)不斷調整。一般一個蓄電池生產(chǎn)廠有上十臺甚至上百臺化成充電機在各自控制系統(tǒng)的控制下同時運行，而這些控制系統(tǒng)通常以RS485／CAN總線連接，通過串口與上位機實現(xiàn)主從式通信。隨著網(wǎng)絡化日益普及，出現(xiàn)了底層依然采用RS485總線連接，而留出以太網(wǎng)接口直接用于與企業(yè)內部網(wǎng)連接。這里重點講述以太網(wǎng)連接的實現(xiàn)過程。
2監(jiān)控系統(tǒng)的組成及原理
該系統(tǒng)以AVR為主控制核心，由CS5460A實時采集電流電壓值發(fā)送到主控制器。主控制器根據(jù)實時數(shù)據(jù)，采取特定充放電機制，由D／A轉換器TLC5615通過電壓跟隨器輸出0～5 V電壓以控制外部電源電路，進而對蓄電池極板進行不同的充放電過程。選用RTL8019AS作為網(wǎng)卡，系統(tǒng)內嵌uIP協(xié)議棧，從而實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)與PC機的以太網(wǎng)連接。其基本結構如圖1所示。
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3.1主控制器的選擇
Atmega128采用RISC結構，128 Kb可在系統(tǒng)編程／應用編程Flash程序存儲器，4 Kb EEPROM，4 Kb SRAM，豐富的片內資源很方便運行一個小型的操作系統(tǒng)，如μC／OS-Ⅱ可以嵌入TCP／IP協(xié)議。
3.2數(shù)據(jù)采集電路設計
CS5460A器件負責采集極板的電流電壓瞬時值，它是一種帶有能量計算引擎的CMOS單芯片功率測量器件，可以測量瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、能量以及RMS電流和RMS電壓。它采用SPI接口與主機對應接口連接，具有4個I／O口，分別是片選CS、數(shù)據(jù)串入SDI、數(shù)據(jù)串出SDO和串行時鐘SCLK。為避免外部干擾，它與主控制器之間由光電隔離器件6N137進行隔離。數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示。其中，VIN+，VIN-為電壓輸入端，用于檢測充放電回路中的瞬時電壓值；IIN+，IIN-為電流輸人端，用于檢測瞬時電流。豐控制器外擴并行存儲器AM29F040B及時保存采樣值，外接串行EEP-ROM AT24C04保存充放電參數(shù)。
3.3以太網(wǎng)接口電路設計
RTL8019AS是一種高度集成的10 MB以太網(wǎng)控制器，與NE2000兼容，支持8位、16位數(shù)據(jù)總線；內置16 KBSRAM緩存；可連接同軸電纜和雙絞線，并可自動檢測所連接的介質，其連接電路示意圖如圖3所示。
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4系統(tǒng)軟件設計
4.1系統(tǒng)任務模塊的組成
系統(tǒng)任務共分五大模塊，即采集模塊、充放電控制模塊、RS485總線通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊、故障檢測模塊。其中充放電控制模塊根據(jù)設置的工藝參數(shù)，由D／A輸山0～5V間指定的電壓和電壓保持時間；故障檢測模塊包括電流故障、斷流故障、過流故障、程序錯誤故障、電源欠壓故障和短線故障。
4.2以太網(wǎng)通信模塊的程序設計
首先編寫網(wǎng)卡的驅動程序，以完成網(wǎng)絡通信中數(shù)掘鏈路層的任務，它對上層提供3個接口函數(shù)：
由于該系統(tǒng)采取多任務機制，因此內嵌小型操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ。uIP的結構非常簡單，網(wǎng)卡只需將接收的包填人uip_buf，設置uip_len的長度為包長，然后在uIP的輪詢循環(huán)中檢查uip_len是否大于零。該程序將以太網(wǎng)通信作為μC／OS-Ⅱ的一個任務，部分程序代碼如下：
5 結語
帶有以太網(wǎng)接口可使控制系統(tǒng)與上層網(wǎng)絡直接連接，但它需要有一直延伸到工廠底層的以太網(wǎng)支持，設備內嵌Web服務器使得其有條件直接通向互聯(lián)網(wǎng)與外界直接溝通信息。
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