基于EPP-CAN接口卡的蓄电池组智能化成检测系统
日期：2006-5-15 23:38:37 来源：本文摘自《PLC&FA》
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蓄电池组是由一定数量的单体电池串联组成的，某个单体蓄电池的故障就会导致整个蓄电池组的故障和损坏。因此，需要对蓄电池充放电过程进行控制，并在线实时检测蓄电池组充放电过程中各单体电池的充放电电压，电流，电池体温度等参数。及时找出损坏或性能显著降低的单体蓄电池，对于延长蓄电池的使用寿命，提高直流供电系统的可靠性至关重要。鉴于上述情况，研制了蓄电池组智能化成检测系统，使用CAN总线这种多主节点、高可靠性以及易于扩充的总线系统实现每个单体电池检测模块与主控制器之间的数据通信。
(1) 是直接利用PC机主板的总线，如PCI，ISA，USB等将CAN控制器作为CPU的一个外设;
(2) 利用PC机串行口RS-232实现和单片机的通信，再由单片机与CAN控制器通信;
(3) 利用PC机提供的并行口(打印机接口)实现和CAN控制器的通信。前两种方案存在着一些缺陷，如结构复杂，价格昂贵，应用不方便或传输速率慢等。
综合以上考虑，本系统选用计算机上普遍具备的并行打印机端口，利用并口的EPP模式与CAN控制器实现数据通信。因下位机检测模块中所使用的CAN控制器为Microchip公司的带有SPI接口的独立CAN控制器MCP2510，故EPP-CAN接口卡中的CAN控制器也采用MCP2510，这需要使上位机应用软件模拟SPI总线的时序，通过EPP来控制MCP2510，实现对MCP2510的寄存器初始化，总线数据的发送和接收等。使用该模式的最大特点:一是结构简单，利用计算机都具有的并口构建总线，只需要一片独立的CAN控制器实现协议转换，一片总线驱动控制芯片PCA82C250，外加一片锁存器实现时序控制;二是软件灵活性强，这种方案下智能接口卡的控制，数据传输都由计算机并口总线控制实现，而计算机并口的驱动控制非常简单成熟，驱动软件的改变可以适应不同的通讯模式，同时也方便了软件的二次开发;三是无需独立的微控制器和电源模块，控制信号可由构建的并行总线完成，而电源的供电方案，由于使用芯片少，功耗低，完全可从下位机电路上获得;四是体积小巧，应用灵活。
系统由上位机，EPP-CAN智能接口卡，n个单体电池参数采集节点单元构成(n可根据蓄电池组中单体电池个数及同时充放电的蓄电池组个数共同决定。本系统检测的蓄电池组输出电压为48V，单体电池标准电压为1.70~2.20V，为控制节点数不超过总线收发器物理信号的驱动能力限制，PC机最多可同时接收4组蓄电池组的数据参数)。系统的整体结构框图如图1所示:
单体电池数据采集节点由Philips公司单片机P89LPC938，Microchip公司CAN总线控制器MCP2510，CAN总线收发器PCA82C250，ON公司温度传感器LM75，金升阳B0505LS DC/DC电源隔离模块等器件组成。单片机P89LPC938将采集到的电压、温度信号通过处理之后，控制MCP2510将需要传送的数据以CAN总线协议的格式发送给PCA82C250，经它驱动放大后将数据发送到CAN总线网络中。PC机利用应用软件模拟SPI总线时序驱动EPP-CAN智能接口卡，采用轮询的方式依次要求每一个单体电池检测节点传送数据给上位机，然后上位机再将所有数据保存到数据库中，方便用户的查询，并就查询结果进行数据曲线的显示。上位机对检测的数据进行分析后，可以控制主控制单元对蓄电池的充放电工艺流程进行在线的配置，实现最佳的充电效果(关于主控制单元的软硬件设计在本文中将不作详细介绍)。
1 引言
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蓄电池组是由一定数量的单体电池串联组成的，某个单体蓄电池的故障就会导致整个蓄电池组的故障和损坏。因此，需要对蓄电池充放电过程进行控制，并在线实时检测蓄电池组充放电过程中各单体电池的充放电电压，电流，电池体温度等参数。及时找出损坏或性能显著降低的单体蓄电池，对于延长蓄电池的使用寿命，提高直流供电系统的可靠性至关重要。鉴于上述情况，研制了蓄电池组智能化成检测系统，使用CAN总线这种多主节点、高可靠性以及易于扩充的总线系统实现每个单体电池检测模块与主控制器之间的数据通信。
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2 设计思想及方案P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
由于单体电池负载性能测试过程所需时间较长，且同时检测的节点模块数量较多，每个模块的检测数据包括电压、电流、温度、报警、中断等，普通的主控制器由于存储空间有限，很难将所有这些数据都完整的保存下来，故希望能够将检测的数据保存于存储容量充足的PC机中，利用PC机上的编程软件可以实现PC机对检测模块的控制，数据库的建立，数据的保存、即时查询、实时曲线的绘制、报表打印等功能。要实现上位机与下位机的通信必然要涉及到CAN总线与计算机内部的总线相互转换，目前的解决方案包括3种:
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(1) 是直接利用PC机主板的总线，如PCI，ISA，USB等将CAN控制器作为CPU的一个外设;
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(2) 利用PC机串行口RS-232实现和单片机的通信，再由单片机与CAN控制器通信;
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(3) 利用PC机提供的并行口(打印机接口)实现和CAN控制器的通信。前两种方案存在着一些缺陷，如结构复杂，价格昂贵，应用不方便或传输速率慢等。
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综合以上考虑，本系统选用计算机上普遍具备的并行打印机端口，利用并口的EPP模式与CAN控制器实现数据通信。因下位机检测模块中所使用的CAN控制器为Microchip公司的带有SPI接口的独立CAN控制器MCP2510，故EPP-CAN接口卡中的CAN控制器也采用MCP2510，这需要使上位机应用软件模拟SPI总线的时序，通过EPP来控制MCP2510，实现对MCP2510的寄存器初始化，总线数据的发送和接收等。使用该模式的最大特点:一是结构简单，利用计算机都具有的并口构建总线，只需要一片独立的CAN控制器实现协议转换，一片总线驱动控制芯片PCA82C250，外加一片锁存器实现时序控制;二是软件灵活性强，这种方案下智能接口卡的控制，数据传输都由计算机并口总线控制实现，而计算机并口的驱动控制非常简单成熟，驱动软件的改变可以适应不同的通讯模式，同时也方便了软件的二次开发;三是无需独立的微控制器和电源模块，控制信号可由构建的并行总线完成，而电源的供电方案，由于使用芯片少，功耗低，完全可从下位机电路上获得;四是体积小巧，应用灵活。
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3 控制系统整体结构及工作原理
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系统由上位机，EPP-CAN智能接口卡，n个单体电池参数采集节点单元构成(n可根据蓄电池组中单体电池个数及同时充放电的蓄电池组个数共同决定。本系统检测的蓄电池组输出电压为48V，单体电池标准电压为1.70~2.20V，为控制节点数不超过总线收发器物理信号的驱动能力限制，PC机最多可同时接收4组蓄电池组的数据参数)。系统的整体结构框图如图1所示:
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图1 系统整体结构框图
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单体电池数据采集节点由Philips公司单片机P89LPC938，Microchip公司CAN总线控制器MCP2510，CAN总线收发器PCA82C250，ON公司温度传感器LM75，金升阳B0505LS DC/DC电源隔离模块等器件组成。单片机P89LPC938将采集到的电压、温度信号通过处理之后，控制MCP2510将需要传送的数据以CAN总线协议的格式发送给PCA82C250，经它驱动放大后将数据发送到CAN总线网络中。PC机利用应用软件模拟SPI总线时序驱动EPP-CAN智能接口卡，采用轮询的方式依次要求每一个单体电池检测节点传送数据给上位机，然后上位机再将所有数据保存到数据库中，方便用户的查询，并就查询结果进行数据曲线的显示。上位机对检测的数据进行分析后，可以控制主控制单元对蓄电池的充放电工艺流程进行在线的配置，实现最佳的充电效果(关于主控制单元的软硬件设计在本文中将不作详细介绍)。
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