CN207457464U - 一种基于物联网技术的蓄电池无线监测*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***，包括电源模块、控制器、数据采集模块、无线发送模块、无线接收模块、上位机，其中，控制器分别与电源模块、数据采集模块、无线发送模块相连接；数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块、内阻采集模块、温度采集模块，分别用于采集蓄电池的电压、电流、内阻以及电池表面温度数据，并传输给控制器；无线发送模块用于发送控制器中的电压、电流、内阻以及电池表面温度数据；无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据并传输给上位机，从而实现对蓄电池的充放电电压、电流、温度、内阻等性能参数进行实时无线监测，有利于及时发现并更换故障电池，以提高蓄电池组供电的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及蓄电池状态监测技术领域，具体涉及一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***。
背景技术
现如今，人们对电能的依赖程度越来越大，这就对电源的稳定性提出了更高的要求。蓄电池作为一套设备或***的后备电源，无论是在移动通信基站、新能源发电***，还是在其它用到蓄电池的场合中，都扮演着非常重要的角色，蓄电池的稳定性直接关乎设备或***能否正常运行，所以对蓄电池的性能参数以及健康状态的监测显的格外重要。铅酸蓄电池作为市场上流动量最大的电源设备，广泛运用于一些大型设备中，其中所涉及的电池数量少则上百个，多则成千上万个，所以对电池的性能参数的监控以及电池健康状态的评估一直以来都是各国专家研究的重要课题。
在储能***中，蓄电池组通常处于浮充的状态，只有当市电中断或者新能源发电条件不足时，蓄电池组才开始放电，为设备提供可靠的电能。正是由于蓄电池组的这个特点，即使蓄电池出现偶尔的放电，用户也很难察觉，故障电池由于没有及时更换，会导致***的供电稳定性差，严重时可能会引起***瘫痪，所以在电池的运行过程中，如何对电池的健康状况进行监测成为用户最为关心的问题。
近些年，随着无线通信技术的日趋成熟，无线通信技术被应用到了各种场合；最具代表性的无线通信技术有蓝牙技术、WIFI技术、Zig-Bee无线通信技术，其中，蓝牙技术和WIFI技术都存在技术复杂、功耗大，并且无线通信的距离短、组网规模小等缺点；相比于蓝牙技术和WIFI技术，Zig-Bee是一种低功耗、低成本、安全性高、通信距离远，并且工作在2.4GHZ和868/928MHZ全球频段的一种无线通信技术，Zig-Bee作为物联网技术的代表，已被广泛的运用于各领域中。
然而，传统的蓄电池监测方法，大都采用人工检测或者有线检测，它们均存在布线难、不具有实时性、效率低等缺点，难以实现对蓄电池性能参数的实时在线监测。
实用新型内容
本实用新型的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***，可以对蓄电池的充放电电压、电流、温度、内阻等性能参数进行实时无线监测，从而及时发现并更换故障电池，以提高蓄电池组供电的稳定性。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***，包括电源模块、控制器、数据采集模块、无线发送模块、无线接收模块、上位机，其中，
所述控制器分别与所述电源模块、数据采集模块、无线发送模块相连接；
所述数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块、内阻采集模块、温度采集模块，分别用于采集蓄电池的电压、电流、内阻以及电池表面温度数据，并通过串行通讯接口传输给控制器；
所述无线发送模块用于发送控制器中的电压、电流、内阻以及电池表面温度数据；
所述无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据并传输给上位机。
优选地，所述控制器采用STM32F10x系列单片机。采用STM32F10x系列单片机作为本***的MCU，因为它的高度集成性，不论是在精度上还是运行速度上都优于传统的80C51单片机，从而使得STM32F10x系列单片机能够有效地控制***中各个模块正常、高效地工作。
优选地，所述无线发送模块及所述无线接收模块均采用Zig-Bee无线射频收发芯片CC2650。无线射频收发芯片CC2650是一款“MCU+射频芯片”的小型Zig-Bee无线通信芯片，且CC2650的功耗非常低，内部嵌有48MHZ的Cortex-M3处理器，它通过SPI接口与MCU进行数据交换，从而能够快捷、高效、低功耗的完成数据的收/发功能。
优选地，所述电源模块包括LM2596S DC-DC可调降压模块，所述LM2596SDC-DC可调降压模块用于将蓄电池输出的12V电压信号转换为3.3V的电压信号。由于STM32F10x系列单片机的参考工作电压是3.3V，而Zig-Bee无线射频芯片CC2650的参考工作电压是1.8-3.8V，所以在电源模块中采用了LM2596SDC-DC可调降压模块，将蓄电池的12V电压信号转换为3.3V的电压信号，以确保STM32F10x系列单片机及Zig-Bee无线射频芯片CC2650均能正常工作。
优选地，所述电压采集模块包括分压模块和光耦隔离模块，所述光耦隔离模块用于避免现场的干扰信号进入控制器。分压模块包括两个精密电阻，所述两个紧密电阻分别接到蓄电池的两端，然后从这两个电阻之间取出分压后的信号，通过改变这两个精密分压电阻的阻值，就可以测量规格为6V或者12V的蓄电池端电压。
进一步地，所述光耦隔离模块中采用的是HCN201光耦。HCN201光耦具有高精度线性特性，可以很好的实现干扰信号与控制器的隔离。
优选地，所述电流采集模块串联在蓄电池组中，电流采集模块包括霍尔电流传感器模块、电流转换模块、A/D转换模块；霍尔电流传感器模块用于采样蓄电池组的电流信号，采样的电流信号经电流转换模块转换为电压信号，所述电压信号经过A/D转换模块转换后传输给控制器。因为要保障蓄电池能够正常工作，就必须得让蓄电池的充电电流和放电电流维持在特定的范围内。通常蓄电池组都是由若干的蓄电池串联而成的，所以每个蓄电池组都必须配有一个电流采集模块。
优选地，所述内阻采集模块包括模拟乘法器模块、低通滤波模块、直流放大模块、A/D转换模块、并联在蓄电池上的交流差分电路模块和恒流源模块；蓄电池两端的电压响应信号经过交流差分电路模块后与产生恒定交流源的正弦信号在模拟乘法器模块中相乘，模拟乘法器模块的输出电压信号通过低通滤波模块后，交流信号转为直流信号，所述直流信号经直流放大模块进行放大后传输给A/D转换模块进行模数转换，转换后的值传输给控制器。
优选地，所述温度采集模块采用的是DS18B20温度传感器。DS18B20温度传感器利用先进的单总线进行数据通信，全数字温度转换及输出，可以实时监测电池表面的温度。
优选地，所述上位机为PC机，所述PC机用于对蓄电池进行在线监测和评估。所述PC机上设置有采用LabVIEW软件设计的蓄电池的实时监控界面，通过无线接收模块传输过来的蓄电池性能参数数据可以实时的呈现在PC机上，从而实现对蓄电池的在线监测和评估。
与现有***相比，使用本实用新型提供的一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***的有益效果是：能够对蓄电池的性能参数进行实时监测，并采用先进的物联网无线通信技术，将采集到的蓄电池的充放电电压、电流、温度、内阻等性能参数数据传输至上位机，从而实现对蓄电池的实时无线监测和评估，便于及时发现并更换故障电池，从而有效地提高了蓄电池组供电的稳定性，同时也节省了人力物力，进一步地保障了用户的生命安全，避免故障的连锁反应带来的损失。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***的总体框图。
图2为本实用新型实施例提供的一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***中电压采集模块的电路原理图。
图3为本实用新型实施例提供的一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***中电流采集模块的电路原理图。
图4为本实用新型实施例提供的一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***中内阻采集模块的电路原理图。
图5为本实用新型实施例提供的一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***中温度采集模块的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
请参阅图1，本实施例中提供了一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***，以风光互补发电***中的蓄电池作为无线监测***的监测对象，所述无线监测***主要包括电源模块、控制器、数据采集模块、无线发送模块、无线接收模块、上位机。
控制器分别与所述电源模块、数据采集模块、无线发送模块相连接；在本实施例中，控制器采用的是STM32F10x系列单片机。采用STM32F10x系列单片机作为本***的MCU，因为它的高度集成性，不论是在精度上还是运行速度上都优于传统的80C51单片机，从而使得STM32F10x系列单片机能够有效地控制***中各个模块正常、高效地工作；具体地，本***中的STM32F10x系列单片机还与风光互补发电***中的蓄电池充放电模块相连，便于控制数据采集模块中的各子模块采集蓄电池充放电状态时的电压、电流、电池表面温度以及电池内阻等参数，并控制无线发送模块将监测到的参数发送到上位机。
无线发送模块用于发送控制器中的电压、电流、内阻以及电池表面温度数据；在本实施例中，无线发送模块采用的是Zig-Bee无线射频收发芯片CC2650。无线射频收发芯片CC2650是一款“MCU+射频芯片”的小型Zig-Bee无线通信芯片，且CC2650的功耗非常低，内部嵌有48MHZ的Cortex-M3处理器，它通过SPI接口与MCU进行数据交换，从而能够快捷、高效、低功耗的完成数据的收/发功能。
无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据并传输给上位机进行在线评估；无线接收模块采用的也是Zig-Bee无线射频收发芯片CC2650。
在本实施例中，电源模块包括LM2596S DC-DC可调降压模块；由于STM32F10x系列单片机的参考工作电压是3.3V，而Zig-Bee无线射频芯片CC2650的参考工作电压是1.8-3.8V，所以在电源模块中采用了LM2596S DC-DC可调降压模块，将蓄电池的12V电压信号转换为3.3V的电压信号，以确保STM32F10x系列单片机及Zig-Bee无线射频芯片CC2650均能正常工作。
数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块、内阻采集模块、温度采集模块，分别用于采集蓄电池的电压、电流、内阻以及电池表面温度数据，并通过串行通讯接口传输给控制器，其中：
如图2所示，电压采集模块包括分压模块和光耦隔离模块，分压模块包括两个精密电阻(R1和R2)，所述两个紧密电阻分别接到蓄电池的两端，然后从这两个电阻之间取出分压后的信号，通过改变这两个精密分压电阻的阻值，就可以测量规格为6V或者12V的蓄电池端电压；光耦隔离模块并联在其中一个电阻上(并联在R2上)，并与控制器串联，以避免现场的干扰信号进入控制器；
在一种方案中，光耦隔离模块中采用的是HCN201光耦；HCN201光耦具有高精度线性特性，可以很好的实现干扰信号与控制器的隔离。
由于要保障蓄电池能够正常工作，就必须得让蓄电池的充电电流和放电电流维持在特定的范围内，通常蓄电池组都是由若干的蓄电池串联而成的，所以每个蓄电池组都必须配有一个电流采集模块；如图3所示，在本实施例中，电流采集模块是串联在蓄电池组中的，电流采集模块包括霍尔电流传感器模块、电流转换模块、A/D转换模块；霍尔电流传感器模块用于采样蓄电池组的电流信号，采样的电流信号经电流转换模块转换为电压信号，所述电压信号经过A/D转换模块转换后传输给控制器进行处理，获得测量电压的数量值后，经过换算即可得到蓄电池的电流数据。
如图4所示，内阻采集模块包括模拟乘法器模块、低通滤波模块、直流放大模块、A/D转换模块、并联在蓄电池上的交流差分电路模块和恒流源模块；蓄电池两端的电压响应信号经过交流差分电路模块后与产生恒定交流源的正弦信号在模拟乘法器模块中相乘，模拟乘法器模块的输出电压信号通过低通滤波模块后，交流信号转为直流信号，所述直流信号经直流放大模块进行放大后传输给A/D转换模块进行模数转换，转换后的值传输给控制器进行处理，以获得蓄电池的内阻数据。
温度采集模块包括DS18B20温度传感器，在本实施例中，如图5所示，DS18B20的VDD引脚接入5.0V的工作电压，GND引脚接地，DQ引脚连接在控制器的I/O口上，VDD引脚与DQ引脚之间并联有一个上拉电阻R；由于DS18B20温度传感器利用先进的单总线进行数据通信，全数字温度转换及输出，从而可以有效地实时监测电池表面的温度。
在本实施例中，上位机为PC机；PC机用于对蓄电池进行在线监测和评估。本实施例中的PC机上设置有采用LabVIEW软件设计的蓄电池的实时监控界面，通过无线接收模块传输过来的蓄电池性能参数数据可以实时的呈现在PC机上，从而实现对蓄电池的在线监测和评估。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，包括电源模块、控制器、数据采集模块、无线发送模块、无线接收模块、上位机，其中，
所述控制器分别与所述电源模块、数据采集模块、无线发送模块相连接；
所述数据采集模块包括电压采集模块、电流采集模块、内阻采集模块、温度采集模块，分别用于采集蓄电池的电压、电流、内阻以及电池表面温度数据，并通过串行通讯接口传输给控制器；
所述无线发送模块用于发送控制器中的电压、电流、内阻以及电池表面温度数据；
所述无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据并传输给上位机。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，所述控制器采用STM32F10x系列单片机。
3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，所述无线发送模块及所述无线接收模块均采用Zig-Bee无线射频收发芯片CC2650。
4.根据权利要求1所述的基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，所述电源模块包括LM2596S DC-DC可调降压模块，所述LM2596S DC-DC可调降压模块用于将蓄电池输出的12V电压信号转换为3.3V的电压信号。
5.根据权利要求1所述的基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，所述电压采集模块包括分压模块和光耦隔离模块，所述光耦隔离模块用于避免现场的干扰信号进入控制器。
6.根据权利要求5所述的基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，所述光耦隔离模块中采用的是HCN201光耦。
7.根据权利要求1所述的基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，所述电流采集模块串联在蓄电池组中，电流采集模块包括霍尔电流传感器模块、电流转换模块、A/D转换模块；霍尔电流传感器模块用于采样蓄电池组的电流信号，采样的电流信号经电流转换模块转换为电压信号，所述电压信号经过A/D转换模块转换后传输给控制器。
8.根据权利要求1所述的基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，所述内阻采集模块包括模拟乘法器模块、低通滤波模块、直流放大模块、A/D转换模块、并联在蓄电池上的交流差分电路模块和恒流源模块；蓄电池两端的电压响应信号经过交流差分电路模块后与产生恒定交流源的正弦信号在模拟乘法器模块中相乘，模拟乘法器模块的输出电压信号通过低通滤波模块后，交流信号转为直流信号，所述直流信号经直流放大模块进行放大后传输给A/D转换模块进行模数转换，转换后的值传输给控制器。
9.根据权利要求1所述的基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，所述温度采集模块采用的是DS18B20温度传感器。
10.根据权利要求1所述的基于物联网技术的蓄电池无线监测***，其特征在于，所述上位机为PC机。
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