基于內(nèi)阻測量法的蓄電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設計)</p><p>　題 目：基于內(nèi)阻測量法的蓄電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計</p><p>　學 院：</p><p>　學生姓名：</p><p>　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　班 級：</p><p>　指導教師：&

2、lt;/p><p>　起止日期：</p><p>　　基于內(nèi)阻測量法的蓄電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　蓄電池作為電力系統(tǒng)在停電時的后備電源，擔負著在生產(chǎn)、生活等很多方面都有著十分廣泛的應用，因此在國內(nèi)外受到廣泛關注。而因蓄電池發(fā)生故障引發(fā)的電網(wǎng)崩潰時間時有發(fā)生，所以對蓄電

3、池進行維護和監(jiān)測等技術成為十分重要的問題。蓄電池的在線監(jiān)測系統(tǒng)也成為研究的一個重要部分。</p><p>　　蓄電池組在正常運行情況下總是處于熱備用狀態(tài)，由充電設備對其進行浮充電，在交流停電時為負載提供不間斷電源，此時蓄電池組的容量應該滿足事故停電時間內(nèi)的放電容量。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)的容量的日益龐大，對這些領域應用的蓄電池組的可靠性就提出了更高的要求以滿足于實際應用的需求，對于這些無人職守站和機房后備直流

4、電源進行日常的監(jiān)測和監(jiān)控是必不可少的，重要的變電站要求配置蓄電池監(jiān)測裝置實時的監(jiān)測蓄電池的狀態(tài)。</p><p>　　本文通過對國內(nèi)外內(nèi)阻測量方法原理的分析和探討，并且考慮到在線監(jiān)測設備的實際應用需要，內(nèi)阻測量法判定蓄電池性能已經(jīng)是目前業(yè)界公認的方法。結(jié)合項目實際的應用場合需求的考慮，提出了適合在線測量的理想的設計方案，本模塊體積小，采用小電流放電對蓄電池不會造成損壞，而且成本低，還具有連接簡單、安全、可靠性高、

5、使用壽命長和數(shù)據(jù)刷新率大幅度提高等優(yōu)點。因為這種設計是采用一個蓄電池配一個節(jié)點模塊的方式，目標就是為了降低對蓄電池組每個單體蓄電池都監(jiān)控包括安裝成本和電纜連接加起來的總成本，高度的集成度大人降低了模塊的成本，而且串行通信和無線通信兩種通信方式更一步簡化了安裝，確保了模塊更高的可靠性。</p><p>　　關鍵詞：蓄電池；在線監(jiān)測；內(nèi)阻；直流放電法</p><p><b>　　A

6、BSTRACT</b></p><p>　　The battery in power system of power as the backup power, bearing in production, life, etc are in many ways has a very wide range of application, so the attention at home and abroa

7、d. And because of failure caused by the battery power grid collapse time to happen from time to tome, so for battery for maintenance and monitoring technology as a very important problem. The battery on-line monitoring s

8、ystem has become an important part of the research.</p><p>　　Battery pack in the normal operation conditions is always in the hot standby state, from charging equipment of the charging float, in exchange for

9、 the load of power to provide uninterrupted power supply, at this time the capacity of the battery pack should meet accident in the time power discharge capacity. With modern electric power system and the communication s

10、ystem of an increasingly large capacity, in these fields of application of the reliability of the battery pack and put forward higher </p><p>　　This article through to the inner resistance measurement method

11、s at home and abroad is analyzed and discussed the principle, and considering the practical application of on-line monitoring equipment need, internal impedance measurement method has the function is the determination me

12、thod of industry recognized. With project reality applications needs consideration, put forward the suitable for online measurement of the ideal, the design of this module small volume, use the small current discharge<

13、;/p><p>　　Keywords: battery; On-line monitoring; Resistance; Dc discharge method</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的

14、發(fā)展前景1</p><p>　　1.2內(nèi)阻測量法的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.3課題的任務與要求2</p><p>　　第2章 蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的整體架構(gòu)和基本原理3</p><p>　　2.1系統(tǒng)的整體架構(gòu)3</p><p>　　2.1.1主控模塊3</p>&

15、lt;p>　　2.1.2節(jié)點模塊3</p><p>　　2.2蓄電池內(nèi)阻測量方法3</p><p>　　2.3內(nèi)阻在線監(jiān)測的難點4</p><p>　　第3章 節(jié)點模塊硬件5</p><p><b>　　3.1電源設計5</b></p><p>　　3.1.1電源原理設計圖5&l

16、t;/p><p>　　3.1.2電路實現(xiàn)5</p><p>　　3.2可控放電的設計5</p><p>　　3.2.1可控放電原理設計圖5</p><p>　　3.2.2電路的實現(xiàn)6</p><p><b>　　3.3內(nèi)阻測量6</b></p><p>　　3.3.1

17、內(nèi)阻測量原理圖6</p><p>　　3.3.2內(nèi)阻測量電路的實現(xiàn)7</p><p><b>　　3.4電壓測量7</b></p><p>　　3.4.1電壓測量原理設計圖7</p><p>　　3.4.2電壓測量電路的實現(xiàn)8</p><p><b>　　3.5MCU8<

18、;/b></p><p>　　3.5.1MCU原理設計圖8</p><p>　　3.5.2MCU電路的實現(xiàn)8</p><p><b>　　3.6通信設計9</b></p><p>　　3.6.1有線通信原理設計圖9</p><p>　　3.6.2有線通信電路實現(xiàn)9</p>

19、;<p>　　3.6.3無線通信的實現(xiàn)10</p><p>　　3.7實現(xiàn)體制10</p><p>　　3.7.1總體概述10</p><p>　　3.7.2內(nèi)阻測量算法10</p><p>　　第4章 節(jié)點模塊軟件13</p><p><b>　　4.1概述13</b>

20、</p><p>　　4.2軟件功能及流程圖13</p><p>　　4.3函數(shù)說明15</p><p>　　4.4MODBUS通訊協(xié)議16</p><p>　　4.4.1通信機制16</p><p>　　4.4.2消息格式16</p><p>　　4.5MiWiTMP2P無線通信協(xié)議

21、18</p><p>　　4.5.1基本特性18</p><p>　　4.5.2通信機制18</p><p>　　4.5.3消息格式19</p><p>　　4.5.4應用程序接口函數(shù)19</p><p><b>　　結(jié)論21</b></p><p><b

22、>　　致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　這是一個嶄新的世界，隨著各行各業(yè)的不斷發(fā)展，人們對電的使用率也越來越高，可以說電是生活中不可或缺的一部分。然而時常出現(xiàn)的電力故障往往會影響生活和生產(chǎn)，所以越來

23、越多的產(chǎn)業(yè)都使用蓄電池來保證對電的不間斷供應，避免意外停電帶來的影響。</p><p>　　1.1蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展前景</p><p>　　由于蓄電池缺少維護和監(jiān)測，往往使他的壽命少于理論中壽命。蓄電池的電池反應屬于一個比較復雜的電化學系統(tǒng)，蓄電池由于電解液比重很大，浮充電流也重大，電極腐蝕的相當快，電極腐蝕消耗掉蓄電池內(nèi)的氧氣，使得電池變干。而且蓄電池在充電的時候是經(jīng)化合反應儲存

24、電能的，在充電過程中，由于板柵的腐蝕，使得化和的時候氣體的化合速率比不上產(chǎn)生氣體的速度，致使一部分氣體外溢，所以造成了中間有部分的水損失；在充電的時候也會產(chǎn)生熱量，雖然不會熱量散失，但是如果沒冷卻不充分，會造成熱失控。</p><p>　　以上資料表明，蓄電池用了將近3-4年后，蓄電池的容量會有較多損失，很難通過容量測試，蓄電池的實效，使得備用電源無法安全可靠的運行。而目前對于蓄電池的維護和檢修，出了進行一些必要

25、的日常維護之外，比如，蓄電池的清潔，檢查接觸裝置和導線的連接是否正常等，那就不得不使用各種儀器去檢測，通電或者斷電對蓄電池的運行狀態(tài)和容量去檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)有故障的蓄電池，從而換掉來提高蓄電池的使用率。</p><p>　　1.2內(nèi)阻測量法的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢</p><p>　　蓄電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是為觀察蓄電池自身狀態(tài)而研究設計的一個系統(tǒng)。用內(nèi)阻測量法來判斷蓄電池的性能，實現(xiàn)

26、在線監(jiān)測，是目前公認的最佳方法之一。蓄電池的內(nèi)阻和普通的電阻元器件不一樣，蓄電池是有源器件，不可以用普通的萬用表來測量，必須要用特殊的方法去測量，目前國內(nèi)外常用的測量方法有：直流放電法，單一頻率交流法，多頻率電化學阻抗分析法。不同的測量方法有著不同的評價和局限，不同的方法對同一個蓄電池也會得到不同的參數(shù)值，不能說哪個是正確的或者說哪一個是錯誤的。就拿直流放電法來說，它是連接一個負載，讓其短時間的大電流放電，僅僅維持幾秒鐘，電流范圍從25

27、安培到70安培甚至更大，放電電流大小取決于電池的容量和型號，電壓的跌落和負載上電流的比值就是蓄電池的內(nèi)阻大小。通過負載接通時候的瞬間電壓降和斷開負載的時候瞬間電壓恢復，就可以得到相應的內(nèi)阻。兩次放電可以得到更精確的結(jié)果。它的優(yōu)點是讀數(shù)精確，實驗的可重現(xiàn)性很高，測量出來的精確度高，控制的好的話，誤差往往在0.1%之內(nèi)。</p><p>　　內(nèi)阻測量法不僅可以對蓄電池進行日常維護，也可以對一些蓄電池組工程進行驗收。僅

28、僅依靠檢測蓄電池的電壓和電容兩個數(shù)據(jù)很難判斷一個電池的質(zhì)量好壞，而蓄電池檢測系統(tǒng)則可通過對電壓，內(nèi)阻等各項參數(shù)的監(jiān)測，并對比不同環(huán)境測量所積累的測量數(shù)據(jù)，從而進行分析，判定蓄電池性能的好壞，這樣大大提高了效率，也減少了維護人員的工作量，并能提早換掉不好的蓄電池，提高后備電源系統(tǒng)的可靠性，也有利于用戶減少損失。</p><p>　　從各個方面表示，蓄電池的監(jiān)測已經(jīng)成為蓄電池的應用領域的研究焦點，怎么樣實時實地的準確

29、快速的對蓄電池的運行參數(shù)進行監(jiān)測，并通過監(jiān)測給出的參數(shù)進行分析比較，從而判斷出蓄電池的工作狀態(tài)，檢查出存在問題的蓄電池，并進行及時的維護和替換，以此來保證系統(tǒng)的運行是正常的，這些方面無疑是目前研究的重點。無論是國內(nèi)還是國外對蓄電池的研究，蓄電池的溫度還有內(nèi)部電流大小的測量，這些方面的技術都是比較成熟的相對比而言，國外的蓄電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的技術比較成熟，相對于國外的先進技術，這些技術對我國繼續(xù)深入的研究蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)可以起到導航和鼓勵作用

30、，讓我們的研究有著一定的方向。</p><p>　　隨著科技的不斷進步，特別是無線技術以及自動化系統(tǒng)等方面研究的不斷深入，使的這些技術也被運用到蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)中來。例如遠程管理就被廣泛運用到現(xiàn)實中來，電池監(jiān)測系統(tǒng)可以和集中監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)機，通過遠程管理軟件可以查看電池現(xiàn)在的運行狀況，也可查看他的歷史運行時間，如果發(fā)生意外，可通過監(jiān)測過程發(fā)出的警報和信息，決定派人去維護的可行性，這個再無人值班的變電站中被推廣。<

31、/p><p>　　蓄電池的在線監(jiān)測系統(tǒng)就是在蓄電池運行的過程中把蓄電池的真實運行狀況很好的掌握好，確保蓄電池在遇到任何的突發(fā)運行下有足夠的動力，所以說，蓄電池的在線監(jiān)測系統(tǒng)具有很深遠的意義：可以使得蓄電池得到很好的維護和檢修，防止突然斷電后造成的設備損壞或者防止因為斷電而使得一些設備停止運行而引起的重大事故或者巨大的經(jīng)濟損失；也有利于改善蓄電池的使用條件，延長它的使用壽命，掌握蓄電池容量的衰減狀況，減少不必要的更換費

32、用，也降低了維護費用，便于集中管理和管理的網(wǎng)絡化。</p><p>　　1.3課題的任務與要求</p><p>　　針對蓄電池的工作狀態(tài)，采用內(nèi)阻測量法設計蓄電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，完成蓄電池在線監(jiān)測設備中的節(jié)點模塊軟、硬件設計，并通過實時采集處于浮充狀態(tài)下的蓄電池的內(nèi)阻、電壓、電流和溫度等參數(shù)預測蓄電池性能。</p><p>　　1．系統(tǒng)硬件設計 主要介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各部

33、分特點，包括主、分控制器的硬件原理圖及印刷電路板的繪制要點，包括內(nèi)阻測量模塊、共模電壓測量模塊的硬件實現(xiàn)、 CAN 通訊等內(nèi)容。</p><p>　　2.系統(tǒng)軟件的設計 包括主控制器、分控制器的軟件設計，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡預測算法處理，及系統(tǒng)的 CAN 通訊總線設計等。</p><p>　　第2章 蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的整體架構(gòu)和基本原理</p><p>　　2.1系統(tǒng)的整

34、體架構(gòu)</p><p>　　蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)是對蓄電池在線進行實時監(jiān)測的系統(tǒng)。它能對蓄電池的電壓、溫度、內(nèi)阻、充電和放電狀態(tài)等大多數(shù)參數(shù)進行實時監(jiān)測。本系統(tǒng)采用一個主控模塊加上多個節(jié)點模塊組成。它能夠?qū)Χ鄠€蓄電池的電壓、溫度、內(nèi)阻等多個參數(shù)進行監(jiān)測。</p><p><b>　　2.1.1主控模塊</b></p><p>　　主控模塊是對蓄電

35、池的總電壓、總電流和環(huán)境溫度進行在線監(jiān)測。該主控模塊是由單片機、漢字液晶模塊、PVC薄膜鍵盤、狀態(tài)指示燈、通信接口、信號調(diào)理模塊和電源模塊構(gòu)成。主控模塊和節(jié)點模塊是采用主從的方式去連接。</p><p>　　當節(jié)點模塊檢測出單體電池的電壓、溫度和內(nèi)阻的數(shù)值之后，主控模塊將對節(jié)點模塊進行輪巡，從而得到所有節(jié)點模塊上的檢測結(jié)果并且將這些數(shù)據(jù)保存在主控模塊的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)用來給上位機查詢，同時用外接直流電壓、電流傳感器去測

36、量蓄電池組的總電壓和總電流。COM0口是用來連接節(jié)點模塊的，所以這個通信口和節(jié)點模塊在電氣上是完全隔離的，用來保證蓄電池的安全。當然，主控模塊對節(jié)點模塊的輪巡速度是可以通過參數(shù)進行設置和修改的。</p><p><b>　　2.1.2節(jié)點模塊</b></p><p>　　節(jié)點模塊是連接在單個蓄電池正負極上的，可以直接從蓄電池上獲取電源，并對各個蓄電池的單體電壓、單體溫

37、度和單體內(nèi)阻進行在線監(jiān)測。與主控模塊之間是通過標準的6芯扁平電纜串聯(lián)在一起的，并組成了一個小型的監(jiān)測網(wǎng)。蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)節(jié)點模塊是由微處理器、電池單體電壓測量電路、電池單體內(nèi)阻測量電路和通信擴展電路幾部分組成的。</p><p>　　節(jié)點模塊對單體電壓、單體溫度是實時監(jiān)測的，但對單體內(nèi)阻只在主控模塊發(fā)出內(nèi)阻測量請求命令時才進行內(nèi)阻測量。而且測量結(jié)果保存在節(jié)點模塊內(nèi)部，以便主控模塊讀取?？梢酝ㄟ^修改主控模塊的內(nèi)阻

38、測量周期來改變內(nèi)阻測量的時間間隔，單位為秒。</p><p>　　2.2蓄電池內(nèi)阻測量方法</p><p>　　蓄電池是有源器件，所以它的內(nèi)阻相對比普通的電阻元件不同，不能用普通的萬用表來測量，必須通過特殊的方法去測量，當前最常用的測量方法分別為:直流放電法，多頻率電化學阻抗分析法，單一頻率交流法。不一樣的測量方法有其各自的評價和不足，不同的測量方法對同一蓄電池會得到不同參數(shù)，不能單一的說

39、那個是正確的或者哪個是錯誤的。</p><p><b>　?。?）直流放電法</b></p><p>　　直流放電法又叫直流負載法，是用的最多也是最可靠的方法之一。這個方法是連接一個負載，在短時間內(nèi)進行大電流放電，僅僅持續(xù)幾秒鐘，電流的范圍從25A~70A或者更大，這個主要根據(jù)電池的容量和型號來決定。而所測到的電壓差和負載上的電流之間的比值就是電池的內(nèi)阻。通過負載接通

40、時瞬間產(chǎn)生的電壓降和斷開負載時瞬間的電壓恢復，就可以算出相應的內(nèi)阻。2-3次放電可以得到更加精確的結(jié)果，內(nèi)阻計算可以表示為R=(V1-V2)/(I1-I2)。</p><p>　　直流放電法的優(yōu)點是可以很精確的讀出數(shù)據(jù)，可多次測量，測量精度高，如果控制的好的話，測量時所產(chǎn)生的誤差可以控制在0.1%以內(nèi)。當然直流放電法的也有幾個缺點，就是因為放電的電流比較大，容量小的電池沒辦法在2~3秒鐘內(nèi)負荷一個這么大的電流;當

41、蓄電池有很大電流通過一段時間的時侯，蓄電池的內(nèi)部電極會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，會產(chǎn)生極化內(nèi)阻。所以測量的時間一定要控制在很短的時間內(nèi)，不然測量出來的內(nèi)阻值誤差會很大;而且大電流放電也會對蓄電池內(nèi)部的電極造成一定的損傷。而且直流放電法對電壓瞬時變化的數(shù)值準確提取要求十分高，還要注意防止噪聲干擾，像充電器和負載的影響。</p><p>　　（2）多頻率電化學阻抗分析法</p><p>　　多頻率電化學阻

42、抗分析法是目前知道的最復雜的測量方法，它是通過電池來提供一個變頻的交流信號去測量它的響應電流來評估一下電池的電化學特性，通過不同的頻率可以進入電池的不同層面去檢測它各層面不同的特性。</p><p>　　多頻率電化學阻抗分析法已經(jīng)在微型電池上使用過多年，也在分析航空和靜態(tài)電池的柵格腐蝕、失水上用過很多年。多頻率電化學阻抗分析法能夠通過觀察電極的動力學反應從而可以對每天使用過的電池的變化進行分析和估計。能夠在電池被

43、腐蝕和其他等不利的情況下提供一些有用的阻抗數(shù)據(jù)。</p><p>　　多頻率電化學阻抗分析法的一個難點就是對其測量的數(shù)據(jù)進行解釋。測出那么多數(shù)據(jù)很容易，但是實際應用起來卻是是很困難的。分析的數(shù)據(jù)十分復雜，因為讀取的數(shù)據(jù)不是對所有的電池所有的類型都一樣或都那么普遍，就算是相同的型號不同的個體也各有不同。沒有一份好的已定義的參考數(shù)據(jù)和軟件來解釋結(jié)果，那么所測得數(shù)據(jù)就沒有太多有用的信息。</p><

44、p>　?。?）單一頻率交流法</p><p>　　單一頻率交流法一般叫做交流電導法，它是給電池注入一個交流信號，電池就會響應并產(chǎn)生一個電壓和電流之間的相位差，根據(jù)這個來反映電池的狀況，一般用于單個測量。</p><p>　　單一頻率交流法可以測量出幾乎所有的電池的內(nèi)阻;而且交流法測量對電池自己本身沒有多大的損害。單頻率交流法的不足就是測量的精度沒有直流放電法準確，測量的精度會被紋波電

45、流影響，同時還會受到諧波電流的干擾，這個對測量儀器在電路中的抗干擾能力是一個十分大的考驗。</p><p>　　2.3內(nèi)阻在線監(jiān)測的難點</p><p>　　在線監(jiān)測蓄電池的內(nèi)阻對監(jiān)測設備來說是個不小的難題，因為監(jiān)測出的準確度與之后分析的準確度密切相關。在在線監(jiān)測的過程中，首先需要解決的就是充電機和負載的干擾問題。對一般情況而言，蓄電池的內(nèi)阻是微歐數(shù)量級的小信號，一般的直流法與交流法都很難

46、得到很高準確度的參數(shù)，因為在線監(jiān)測會有一些外在因素會影響到測量的過程，這也就是要我們在設計的過程中去克服的困難。</p><p>　　我們用瞬間產(chǎn)生的小電流放電來測量蓄電池兩端的電壓變化，對各種外界干擾，我們也應該有相應的對策，一是通過對硬件電路的設計來削減硬件的低通濾波，二是應該在AD采集的數(shù)據(jù)中進行平滑濾波處理和用格布拉斯法來進行濾波，這樣不但可以保證監(jiān)測得到的內(nèi)阻數(shù)據(jù)的準確、可靠和高重復，而且這樣能根據(jù)內(nèi)阻

47、趨勢數(shù)據(jù)很好的反應蓄電池的優(yōu)劣，也能通過內(nèi)阻數(shù)據(jù)分析來判斷出容量下降的蓄電池。</p><p>　　第3章 節(jié)點模塊硬件</p><p>　　節(jié)點模塊主要是對單個蓄電池的電壓、溫度、內(nèi)阻進行監(jiān)測。模擬信號經(jīng)過采集、放大、檢波濾波、AD轉(zhuǎn)換后傳送到單片機，然后再在單片機內(nèi)部經(jīng)過溫度補償濾波、軟件校正后再把測量結(jié)果保存好。主控模塊采用級聯(lián)方式來和多個節(jié)點模塊關聯(lián)。而節(jié)點和節(jié)點之間，主控模塊和節(jié)

48、點之間在電氣上市完全隔離的，從而達到系統(tǒng)的安全。節(jié)點模塊的設計主要是用2V的蓄電池來設計的，而節(jié)點模塊也主要分為電源處理、可控放電電路、內(nèi)阻測量、電壓測量、MCU、通信等部分組成。</p><p><b>　　3.1電源設計</b></p><p>　　3.1.1電源原理設計圖</p><p><b>　　圖3.1電源原理圖</

49、b></p><p><b>　　3.1.2電路實現(xiàn)</b></p><p>　　2V的蓄電池在節(jié)點模塊中電源處理如圖3.1所示，電源的輸入采用SP6644升壓芯片，由DC2V上升至DC3.3V，效率可以達90%左右。RT1是熱敏電阻SMD1206P035TS-15，DZ4是 3.9V穩(wěn)壓管ISMA5915BT3，輸入電源的過流過壓保護就是由這兩個元器件組成的。

50、VDD是穩(wěn)定的模擬電源，用來防止數(shù)字電源和模擬電源之間產(chǎn)生干擾。TC766O可以產(chǎn)生-3V的電源，以供放大電路使用。電路在PCB時應讓主要的兩個輸出電容盡量的靠近芯片的輸出端，不然會造成輸出的不穩(wěn)定。</p><p>　　3.2可控放電的設計</p><p>　　3.2.1可控放電原理設計圖</p><p>　　圖3.2可控放電原理圖</p><

51、p>　　3.2.2電路的實現(xiàn)</p><p>　　可控放電電路圖如上圖3.2所示，用MCU的I0口來控制MOS管的導通與截止的放電設計，這樣就可以得到 10HZ的放電電流方波。MOS的過壓保護用三個穩(wěn)壓二極管組成。</p><p><b>　　3.3內(nèi)阻測量</b></p><p>　　3.3.1內(nèi)阻測量原理圖</p>&l

52、t;p>　?。?）差分——單端放大部分</p><p>　　圖3.3差分——單端放大原理圖</p><p><b>　?。?）整流放大部分</b></p><p>　　圖3.4整流放大原理圖</p><p><b>　　（3）濾波電路部分</b></p><p>　　圖

53、3.5濾波電路原理圖</p><p>　　3.3.2內(nèi)阻測量電路的實現(xiàn)</p><p>　　內(nèi)阻的測量主要由上面三部分的電路組成，它是由典型的差分放大器、負半波檢波電路以及四階的低通濾波電路這3部分組成的。</p><p>　　前級是用經(jīng)典的儀用放大器來提取由放電引起的電壓變化，并且進行放大處理。U1A、U2B是輸入級或者第一級，U1C是輸出級或第二級，2V模塊的放

54、大倍數(shù): n=（1+2*R6/R5）*R11/R8=535.5。這個電路中對典型的差分放大器進行了改進，在前置放大器的正輸入端增加了(CI、R1、R3、C4)濾波環(huán)節(jié)，在前置放大器的負輸入端增加了(CZ、RZ、R4、CS)濾波環(huán)節(jié)，在放大器的R11上并聯(lián)了濾波電容C6。從而將電池內(nèi)阻信號上疊加的強干擾信號大大的降低了，對電池內(nèi)阻的測量很有利。</p><p>　　中間級用經(jīng)典半波整流放大電路，來實現(xiàn)精密的線性整流

55、，有兩個因素需要考慮:</p><p>　　1）改變二極管的非線性特性，讓線性轉(zhuǎn)換關系能夠良好的實現(xiàn)；</p><p>　　2）減少二極管閡值對電壓的影響，讓它能夠?qū)ΡM可能小的輸入信號進行轉(zhuǎn)換。所以采用由運放和普通二極管組成的有源整流電路，可以讓上面的兩個問題得到很好的解決。因前級放大倍數(shù)過高而引起的直流分量可以通過電容隔除來解決，之后可以進行負半波放大，半波放大2.5倍，濾波電容C6會使

56、放大的倍數(shù)有些衰減，但波形會相對比較平坦。</p><p>　　后級采用的是四階濾波電路，在100HZ的時侯衰減-3db。噪聲、50HZ工頻干擾和不必要的干擾可以用濾波電路來消除。因為放電電流的頻率是10HZ的方波，所以在對濾波器進行設計的時侯，我們采用了低通濾波器，利用濾波器仿真設計軟件FilterLab來得到適合這個系統(tǒng)的低通濾波器電路以及電路中各個器件的參數(shù)。</p><p><

57、;b>　　3.4電壓測量</b></p><p>　　3.4.1電壓測量原理設計圖</p><p>　　圖3.6電壓測量原理圖</p><p>　　3.4.2電壓測量電路的實現(xiàn)</p><p>　　上圖為節(jié)點模塊的電壓測量電路原理圖，其特點在于包含分壓電路和有源二階低通濾波器如上圖所示。由R28和R29組成的分壓電路，通過改

58、變R28和R29的參數(shù)可以測量出2V、6V和12V蓄電池的電壓；有源二階低通濾波器是由U6、R31、R32、C14和C19組成的，因為要測量的是電池的端電壓，所以低通濾波器上的截止頻率設置為1HZ，可以把電池電壓上的干擾信號給過濾掉，從而提高電池電壓測量電路的抗干擾能力，提高測量精度。</p><p><b>　　3.5MCU</b></p><p>　　3.5.1M

59、CU原理設計圖</p><p><b>　　5</b></p><p>　　圖3.7MUC原理圖</p><p>　　3.5.2MCU電路的實現(xiàn)</p><p>　　MCU對模擬量的采集，數(shù)據(jù)處理以及串行通信我們采用了TI公司的MSP430F235來完成。晶振接到XT2相應管腳。我們應該注意對空閑管腳的處理，VeREF+

60、接地，XIN接3.3V。這個節(jié)點模塊的控制和操作其實并不復雜，對單片機的程序空間要求也不是很大。系統(tǒng)中對電壓和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)處理需要用到AD轉(zhuǎn)換器件，根據(jù)設計的需要，精度的要求，我們用自帶的AD采樣為12位的單片機，而且用的是超低功耗的處理器是來監(jiān)測蓄電池，這樣不但可以延長蓄電池的壽命、減少蓄電池的花費，而且便于攜帶。TI公司研制的微處理器MSP430F235自帶12位的AD，它具有五種低功耗模式，這個單片機有著很強大的處理能力，有著高性能

61、的模擬技術以及豐富的片上資源，而且外設有在不需要用的時侯也可以關掉的關斷，這個也是低功耗的一個體現(xiàn)，在實際應用的時候，可以把各項基本功能設置好，就可以讓單片機進入睡眠模式，采用中斷喚醒的方式來喚醒單片機，從而達到了低功耗，而且當進入了低功耗狀態(tài)的時侯，可以關閉不同的模塊以達到不同的低功耗的模式，而且這是一個獨立的而不依賴于CPU的模塊，并且有一個方便高效的開放環(huán)境LAR。</p><p><b>　　3

62、.6通信設計</b></p><p>　　該系統(tǒng)分別用了兩種通信方式，1、有線通信；2、無線通信</p><p>　　3.6.1有線通信原理設計圖</p><p><b>　?。?）接收電路</b></p><p><b>　　圖3.8接收原理圖</b></p><p

63、><b>　?。?）發(fā)送電路</b></p><p><b>　　圖3.9發(fā)送原理圖</b></p><p>　　3.6.2有線通信電路實現(xiàn)</p><p>　　通信電路是由光耦U8A、U8B和外圍電阻組成的。這個電路的特點是用U8A和U8B來構(gòu)成背靠背的隔離通信方式，用光耦HCPL0630來隔離N個節(jié)點之間的通信。

64、背靠背的級聯(lián)隔離通信網(wǎng)就是靠這么</p><p>　　多個節(jié)點模塊的COM0、COM1串聯(lián)在一起來構(gòu)成的。COM0接收到來自總線的命令信后，再輸入微處理器的33腳并經(jīng)過COM1向下一級輸出;微處理器32腳輸出的響應信息直接驅(qū)動上一級模塊光耦的輸入發(fā)光二極管。雙向串行通信接口都是隔離著的，其中RX+，RX-分別和光耦二極管的陽極和陰極連接。TX+，TX-是光耦的輸出。節(jié)點和節(jié)點之間通過電流通訊，達到了蓄電池和蓄電池

65、之間的隔離。模塊和模塊之間采用接力的連接方式，采用RJ45接口，連線全部用的直連線，可以在現(xiàn)場快速的連接。</p><p>　　3.6.3無線通信的實現(xiàn)</p><p>　　由于蓄電池在線監(jiān)測設備中主模塊和節(jié)點模塊、節(jié)點模塊之間的連線相對比較多和復雜，很容易引起不必要的干擾和比較難安裝，它們之間的數(shù)據(jù)的傳遞速率也不是很高，這個系統(tǒng)設計為了達到低功率、低成本的方向，所以在設計的時侯，節(jié)點模塊

66、和節(jié)點模塊之間、主模塊和節(jié)點模塊之間的通信方式我們可以通過無線通信來代替有線通信，它的優(yōu)點就是可降低成本而且容易于連接，無線通信不需要接線和其他的硬件，以及其他什么安裝的費用，節(jié)點模塊是由蓄電池供電的，當其不發(fā)送數(shù)據(jù)時，關閉它們的射頻就可以降低功耗。此規(guī)范適用于要求低功耗和低成本的低數(shù)據(jù)速率應用。因此我們就嘗試著用 MiWitmP2P無線協(xié)議來達到無線通信，我們用了Microchip公司的 2.4GHz的無線收發(fā)器模塊MRF24J40M

67、A以及帶有串行外設接口 的Microchip公司的單片機PIC24HJ64GP204，以及具有集成的晶振、內(nèi)置穩(wěn)壓器、匹配電路和PCB天線的無線收發(fā)器模塊MRF24J40MA。</p><p><b>　　3.7實現(xiàn)體制</b></p><p><b>　　3.7.1總體概述</b></p><p>　　蓄電池的在線監(jiān)測

68、系統(tǒng)的節(jié)點模塊，是一個以MSP430F235為核心的采集模塊。電池電壓、溫度、電池內(nèi)阻都是其所要采集的參數(shù)。單片機會定時進行數(shù)據(jù)采集，并對參數(shù)進行處理。每個模塊都會有一個特定的地址，連接前由軟件來設置到其內(nèi)部的flash中。模塊采用主模塊請求時才會給予應答，不主動上報。通信協(xié)議采用ModBus協(xié)議。節(jié)點內(nèi)部包含溫度傳感器，為保證MSP430內(nèi)阻溫度傳感器測量的溫度是蓄電池溫度，就要求把MSP430焊接在PCB板背面，并保證背面除了MSP

69、430外無任何突起物，MSP430芯片表面必須可靠接觸殼體金屬面。</p><p>　　3.7.2內(nèi)阻測量算法</p><p><b>　?。?）內(nèi)阻測量原理</b></p><p>　　內(nèi)阻的測量是本次設計的難點。這次設計是采用直流放電法去測量內(nèi)阻，性價相對較高。放電法測量電池內(nèi)阻的基于的原理如下圖：</p><p>

70、　　圖3.10 a :蓄電池測量模型 b:蓄電池測量等價模型</p><p>　　如上圖3.10b所示，假設E是電池的電動勢，R1是電池內(nèi)部產(chǎn)生的等效電阻，R2是外部的負載。當電路空載時，電池兩端的電壓U=E;當電池放電時，電池兩端的電壓為U=E*R2/(R1+R2)。在實際的應用中，如上圖3.10a所示。E是電池內(nèi)部電壓保持不變的，R1是電池的內(nèi)阻，R2是電池供電的負載，R3是我們放電所產(chǎn)生

71、的負載。設開關斷開的時侯電池端電壓為U1，開關閉合的時侯電池兩端的電壓為U2，其壓降△U=U1-U2=△I*R1，所以電池內(nèi)阻R1=△U /△I。而且△I=E/(R1+R2//R3)-E/(RI+RZ)，而實際測量的過程中，內(nèi)阻R1<<R2，R1<<R2//R3所以△I=E/(R2//R3)-E/R2=E/R3，所以我們只需要想方法采集到△U，然后通過計算算出△I，我們就可算出內(nèi)阻值。在電路中我們對△U進行了放大

72、處理，就是把在單片機中采集到的數(shù)字量對應的是放大后的電壓值。所以我們可以通過上面的公式得到電池的內(nèi)阻，單片機內(nèi)部AD為12bit，設采集的AD值為data，電壓基準為2.5V，放大位數(shù)為n，放電電流為△I，則電池的內(nèi)阻為R1=data*2.5/(4096*n*△I)。</p><p><b>　?。?）內(nèi)阻濾波算法</b></p><p>　　所有測量里面的用到的底層

73、濾波是用去掉最值取平均的方法取到的，電壓溫度測量的上層濾波采用的也是用的這個方法，只有測量內(nèi)阻時的上層濾波采用的是格布拉斯法。</p><p>　　格拉布斯法的實現(xiàn)步驟如下:</p><p>　　1）排序:將測量的數(shù)據(jù)按照從小到大的順序進行排列，最大值表示為Xmax,最小值則表示為Xmin。</p><p>　　2）計算樣本均值A、標準差S及統(tǒng)計量T。</p&

74、gt;<p><b>　　（3-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　其中，n為測量AD值個數(shù)。分別計算比較最大值與均值的差與S的比值和最小值與均值的差與S的比值，取T為兩數(shù)之中的大值。</p><p>　　3）查格布拉斯檢驗的臨界值表得T(n，0.05)。<

75、/p><p>　　4）比較結(jié)果。如果T (n，0.05)，則剔除該AD值。使得n=n-l，調(diào)整Xmax和Xmin，回到第2)步，繼續(xù)計算，直到只剩下兩個數(shù)。如果T<T(n，0.05)，則退出，返回平值。</p><p><b>　?。?）內(nèi)阻校準算法</b></p><p>　　可將圖a模型等效為圖b所示模型。其中RI=R1//R2，E=R2

76、*E/(R1+R2)，當開關斷開時電池兩端的電壓為U1=E’;當開關閉合時電池兩端的電壓為U2=E’*R3/(R1+R3)。則電壓差:</p><p>　　U=Ul-U2=E （3-3）</p><p>　　對于2V模塊，R3=10歐，Rl<20毫歐，則式(3-3)中忽略分母上的R所導</p><p><b

77、>　　致的最大誤差為:</b></p><p>　　根據(jù)式(3-3)可得</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　由于實際中測得的值和理論值存在一個特定的誤差，即</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　

78、　假設有兩塊電池用于校準使用，電池a的等效內(nèi)阻為Ra，開關斷開時的兩端電壓為Ua，電池b等效內(nèi)阻為Rb，開關斷開時的兩端電壓同樣為Ub+則</p><p>　　根據(jù)式(3-5)可得</p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　設一個電池的內(nèi)阻為R，開關斷開時的電壓為U，測得電壓差為U，則</p><p

79、>　　根據(jù)兩點確定一條直線，聯(lián)合式(3-6)得</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　由式(3-7)所得結(jié)果R為測量電池內(nèi)阻和外部負載的并聯(lián)，所以在不計算負載的情況下由R代替電池內(nèi)阻R1存在一定的誤差，這個誤差的大小跟電池兩端的負載R2有關系。且當R2越小，誤差就越大。此誤差可表示為</p><p>　　由于

80、總體誤差要求在1%范圍內(nèi)，則</p><p>　　對于2V模塊，<0.8%，則R<0.81%R2，當R最大為20m歐時，要求</p><p>　　電池負載R2>2.5歐。</p><p>　　第4章 節(jié)點模塊軟件</p><p><b>　　4.1概述</b></p><p>　

81、　節(jié)點模塊采用TI公司的MSP430F235混合信號處理器作為控制系統(tǒng)的核心，芯片內(nèi)部具有16KB十256B的Flash程序存儲器，2KB的RAM，12位AD轉(zhuǎn)換器，ART等。本軟件運行于該芯片的硬件基礎之上，開發(fā)語言采用C語言，開發(fā)環(huán)境為IAR43O編譯仿真器。</p><p>　　本章描述了各模塊功能軟件的功能、系統(tǒng)的整個工作流程、主要的函數(shù)說明列表和兩種通信方式對應的通信協(xié)議。</p><

82、;p>　　4.2軟件功能及流程圖</p><p>　　程序共有3個任務級的函數(shù)組成，下面進行詳細描述:</p><p>　　圖4.1主流程圖 圖4.2 初始化程序流程圖</p><p>　　ACLK=VLOCLK=12KHZ，DCO默認頻率為0.75MHz(0.61~0.90)，溫度為25oC時。MCLK=XTZ=3.6864M

83、Hz， SMCLK=MCLK/8=460.SKHz，ADC12OSC的頻率為 (3.7~6.3)MHz。</p><p>　　采樣時間=13*4*l/ADC12OSC=50us，轉(zhuǎn)換時間=4*32*1/ADC12OSC=128us，</p><p>　　定時器A時鐘TACTL為ACLK8分頻28.8KHZ，清除TAR。</p><p><b>　　讀Fla

84、sh內(nèi)容:</b></p><p>　　ReadSeglllent((unsignedchar*)&address，0xl000，2);</p><p>　　Readsegment((unsignedchar*)&info，0xl080，izeof(info));</p><p>　　Readseglnent((unsignedchar*

85、)&start--from，0xFC00，2)</p><p>　　圖4.3時間定時處理函數(shù)流程圖 圖4.4定時器中斷流程圖</p><p>　　圖4.5運行燈處理程序流程</p><p>　　圖4.6 AD采集和處理流程圖</p><p><b>　　4.3函數(shù)說明</b></p&

86、gt;<p>　　本節(jié)對程序中的主要函數(shù)進行描述，包括函數(shù)名稱、作用、輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)以及最后的返回值。分別為主函數(shù)、系統(tǒng)初始化函數(shù)、重置看門狗定時器函數(shù)、時間定時處理函數(shù)、串口通訊處理函數(shù)、數(shù)據(jù)采集函數(shù)。</p><p>　　(1)主函數(shù) Void main()</p><p>　　(2)系統(tǒng)初始化函數(shù)Void Injt-System():該函數(shù)由主程序調(diào)用，在函數(shù)中設定

87、定時中斷時間間隔，外部中斷，串口，AD初始化等;完成從Flash中讀取校正參數(shù)。</p><p>　　(3)重置看門狗定時器函數(shù)WDTCTL=WDT-ARST-250（）看門狗定時器時鐘 頻率為ACLK，即:ACLK= 12KHz，看門狗定時間隔為:*8192=682.7ms, 函數(shù)輸出在定時間隔到時清看門狗，產(chǎn)生復位信號。</p><p>　　(4)時間定時處理函數(shù)Void SoftTi

88、mer(void):TimeA每產(chǎn)生一次中斷，軟定時器減一，設置的時間到時運行指示燈。</p><p>　　(5)串口通訊處理函數(shù)void ModBus(void):輸入為RxCaeh[]，輸出為TxBuff[]。</p><p>　　(6)AD采集函數(shù)void Adsample(void):采集電壓、溫度的函數(shù)。</p><p>　　4.4MODBUS通訊協(xié)議&l

89、t;/p><p><b>　　4.4.1通信機制</b></p><p>　　PC機作為發(fā)送端，主模塊作為接收端也作為發(fā)送端，從模塊作為接收端，它</p><p>　　們之間的MODBUS通訊協(xié)議遵循以下的基本規(guī)則:</p><p>　　(l)整個電池儀通訊回路遵從主從方式。按照這種方式，通信數(shù)據(jù)可以在上位機和主模塊、上位機

90、和從模塊、主模塊和從模塊之間進行傳遞。</p><p>　　(2)上位機將初始化和查詢在Pc和主模塊、Pc和從模塊之問的信息傳遞;主模塊可將可以輪巡查詢二仁模塊和從模塊之間的數(shù)據(jù)傳送。</p><p>　　(3)每一次的通訊都不能從從模塊開始。對PC和主模塊、PC和從模塊之間的信息傳遞只能從PC開始，對主模塊和從模塊之間的數(shù)據(jù)通信只能從主模塊開始。</p><p>

91、　　(4)在所有的通信回路上數(shù)據(jù)傳遞都以“信息幀”的方式傳遞?！靶畔本褪怯梢粋€個字符幀組成的字符串數(shù)據(jù)流，字符串數(shù)據(jù)流最多可包含256個字節(jié)。</p><p>　　(5)上位機、主模塊和從模塊對有關響應的處理:主模塊或從模塊接收查詢，通訊正常則返回一個正常響應事件;由于通訊出錯等原因，主模塊或從模塊不能接收到完整的查詢數(shù)據(jù)信息幀，主模塊或從模塊對相應查詢事件不作返回響應。此時，主模塊或從模塊對相應查詢事件作超

92、時處理;主模塊或從模塊接收到完整的查詢信息幀，但有奇偶校驗或CRC錯誤，對主模塊或從模塊的相應查詢事件不返回響應，此時，主模塊或從模塊對查詢事件做超時處理;主模塊或從模塊接收到完整的查詢信息包，也無數(shù)據(jù)校驗錯誤，但有從機不支持的信息(如功能碼、寄存器)時，此時返回一個相關的異常響應事件;如果主機或從機收到協(xié)議中未定義的功能碼(命令)的信息幀，則不予以響應，把相應的信息幀作丟棄處理。</p><p><b&g

93、t;　　4.4.2消息格式</b></p><p>　　通訊傳輸為異步方式，并以字節(jié)(字符幀)為單位，在上位機和主模塊、上位機和從模塊、主模塊和從模塊之間傳遞的每一個字符幀都是11位的串行數(shù)據(jù)流。最大為256個字符幀的串行數(shù)據(jù)流組成一個“信息幀”。波特率為96oobPs。</p><p>　　通訊傳送分為獨立的信息頭，和發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)。以下的通訊傳送格式定義與 MODBUSRT

94、U通訊規(guī)約相兼容。</p><p><b>　　(l)字符幀格式</b></p><p>　　(2)字符幀有偶校驗位的時序圖</p><p><b>　　(3)信息幀格式</b></p><p>　　信息幀中的字符幀間隔且1.5字節(jié)的時間。初始間隔:3.5字節(jié)的時間。結(jié)束間隔:3.5字節(jié)的時間。數(shù)據(jù)

95、區(qū)N個字節(jié)。</p><p>　　地址碼為1個字節(jié)，為通訊傳送的第一個字節(jié)Modbus協(xié)議規(guī)定從設備的地址范圍是0…255，從設備地址是0…247(十進制)，單個設備的地址范圍是1…247，保留地址248…255(十進制)，地址0是用作廣播地址，所有的從設備都能識別。這個字節(jié)表明上位機設定地址碼的主模塊和從模塊將接收由PC發(fā)送來的信息(或從模塊將接收由主模塊發(fā)送來的信息)。并且每個主模塊和從模塊(主模塊對PC、從

96、模塊對PC、從模塊對主模塊)都有具有唯一的地址碼，并且響應回送均以各自的地址碼開始。主機發(fā)送的地址碼表明將發(fā)送到的從機地址，而從機發(fā)送的地址碼表明回送的從機地址。</p><p>　　功能碼也是一個字節(jié)，通訊數(shù)據(jù)流傳送的第二個字節(jié)。ModBus通訊協(xié)議規(guī)約定義功能號為1到127(01H-7FH)。本電池儀只利用其中的一部分功能碼。作為主機請求發(fā)送，通過功能碼告訴從機執(zhí)行什么動作;作為從機響應，從機發(fā)送的功能碼與從

97、主機發(fā)送來的功能碼一樣，并表明從機已響應主機進行操作。如果從機發(fā)送的功能碼的最高位為1(比如功能碼大于127)，則表明從機異常響應通訊請求或出錯。</p><p>　　(4)本電池監(jiān)測儀的功能碼</p><p>　　本電池監(jiān)測儀采用modbus通訊規(guī)則，其通信協(xié)議中的功能碼為modbus部分功能碼。功能碼10H用于配置參數(shù)，功能碼03H用于讀取采集信息或配置信息，功能碼05H用于控制量。有

98、關的功能碼表列舉如下:</p><p>　　4.5MiWiTMP2P無線通信協(xié)議</p><p>　　Microchip公司的 MiWiTMP2P無線協(xié)議是 IEEE802.15.4的衍生協(xié)議，也是一種簡化的點對點之間的協(xié)議，修改了相應的MAC層增加了簡化握手過程的命令。通過提供輔助的MAC命令，簡化了鏈接斷開和通道跳轉(zhuǎn)操作。此無線協(xié)議采用了Microchip公司的 2.4GHz的無線收發(fā)

99、器模塊MRF24J40MA和帶有串行外設接口的Microchip公司的單片機PIC24HJ64GP204。通過易用的編程接口，該協(xié)議提供可靠直接的無線通信。該協(xié)議具有豐富的特性集，可以編入?yún)f(xié)議棧，也可以抽離于協(xié)議棧之外，以滿足不同客戶的需求——同時使協(xié)議棧的存儲空間占用最小。另外該協(xié)議還值得我們注意的是:因為該協(xié)議沒有路由機制，因此射頻覆蓋范圍就是無線通信的范圍;由于不支持保證時隙和信標網(wǎng)絡，因此通信兩端的設備不能同時進入休眠狀態(tài)。&l

100、t;/p><p><b>　　4.5.1基本特性</b></p><p>　　1）采用的無線收發(fā)器模塊MRF24J40MA在在2.4GH:頻帶范圍內(nèi)提供16個通道.最大的數(shù)據(jù)包長度為127字節(jié)，其中包括了兩字節(jié)的循環(huán)冗余校驗CRC值;</p><p>　　2）小程序空間為目標的協(xié)議?？墒勾a長度減少至3KB多點，應用程序很容易裝入單片機的程序存儲器

101、中，可工作在 MicrochipPIC18、PIC24、dsPIC33和PIC32平臺上;支持MicrochipC18、C30和C32編譯器;</p><p>　　3）作為狀態(tài)機的功能(獨立于RTOS);</p><p>　　4）支持通信結(jié)束時器件處于休眠狀態(tài)，即支持設備空閑時關閉射頻;</p><p>　　5）使能能量檢測掃描，以工作在噪聲最小的通道;</p

102、><p>　　6）提供主動掃描，以檢測已建立的連接;</p><p>　　7）支持 IEEE802.15.4中定義的所有安全模式;</p><p>　　8）使能頻率捷變(通道跳轉(zhuǎn))。</p><p><b>　　4.5.2通信機制</b></p><p>　　MiWiTMP2P無線協(xié)議對通信設備進行了

103、分類，有兩種分類方式，根據(jù)功能來劃分:全功能設備FFD和精簡功能設備RFD，其中FFD是主電源供電，接收器處于打開狀態(tài)，任何時間任何地點可以直接接收數(shù)據(jù);而RFD是由蓄電池來供電，接收器處于關閉狀態(tài)，數(shù)據(jù)接收時需要從相關設備查詢。根據(jù)角色劃分:個人局域網(wǎng)(PAN)協(xié)調(diào)器和終端設備，其葉，個人局域網(wǎng)協(xié)調(diào)器功能上相當于FFD，在進行通信是必須先啟動此設備并等待連接;而終端設備就相當于FFD或RFD，在協(xié)調(diào)器開始建立連接之后，才啟動此設備。對

104、應到我們所設計的系統(tǒng)來說，系統(tǒng)中的主模塊就相當于FFD，而節(jié)點模塊就相當于RFD。這在通信過程中的拓撲結(jié)構(gòu)方面來說， MiWiTMP2P無線協(xié)議是支持兩種拓撲結(jié)構(gòu):星型和點對點。而我們該系統(tǒng)采用的拓撲結(jié)構(gòu)也即網(wǎng)絡連接方式非常簡單，采用最基本的星型拓撲結(jié)構(gòu)，主模塊就充當個人局域網(wǎng)協(xié)調(diào)器也是全功能設備FFD，用于啟動通信并能與各節(jié)點模塊建立連接，該拓撲結(jié)構(gòu)可以加入通信的節(jié)點模塊，充當終端設備也即精簡功能設備RFD，節(jié)點模塊只能與主塊進行通信

105、。</p><p>　　MiWiTMP2P 無線協(xié)議的網(wǎng)絡類型僅支持無信標網(wǎng)絡，只要能級(噪聲)低于預定義級別，所以的設備在任何時間都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，無信標網(wǎng)絡增加了FFD設備的功耗，這是因為它們必須使射頻一直處于打開狀態(tài)。但是這類網(wǎng)絡卻可以降低了RFD設備的功耗，因為RFD不必頻繁執(zhí)行同步操作。因為協(xié)議棧僅支持單路程段通信，每個設備會分配唯一標識符，通過這個唯一標識符尋址來發(fā)送消急，當節(jié)點模塊接入主模塊建立的網(wǎng)絡

106、時，主模塊會分配給竹點模塊唯一的短地址，這個短地址在協(xié)議棧發(fā)送廣播消息時使用。</p><p>　　關于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，發(fā)送消息分為兩種方式：廣播和單播。當協(xié)議棧使用短地址時為廣播消息，廣播數(shù)據(jù)包把處于射頻范圍內(nèi)的所以設備作為其廣播目標，廣播消息是沒有應答的。單播消息只有一個目標地址，那就是設備具有的唯一標識符那個長地址，協(xié)議棧會應答所有的單播消息。在此協(xié)議棧中，射頻僅通知接收到消息的設備，如果接收到消息的設備

107、在空閑時關掉了射頻，那么它就只能從與它連接的設備接收消息，對于關掉射頻的空閑設備來說，如果它要接收消息，就必須向它的連接方發(fā)出數(shù)據(jù)請求命令。此時，如果存在間接消息，它將接收到該消息。</p><p>　　MiWiTMP2P協(xié)議有著非常簡單的握手方式，只有兩步，首先發(fā)起設備發(fā)出P2P連接請求命令，然后處于射頻范圍內(nèi)的任何設備都會對要求建立連接的P2P連接響應命令做出響應。這是一個可以建立多個連接的一對多的過程，RF

108、D只能與一個FFD建立連接。</p><p><b>　　4.5.3消息格式</b></p><p>　　三位幀類型字段定義了數(shù)據(jù)包的類型分為:數(shù)據(jù)幀、應答幀和命令幀，但是在此協(xié)議棧內(nèi)，所有的應答數(shù)據(jù)包都是由MRF24J40MA射頻收發(fā)器內(nèi)的硬件處理，所以沒有使用應答幀。每發(fā)送一個數(shù)據(jù)或命令數(shù)據(jù)包，序列號就遞增1，序列號用在應答數(shù)據(jù)包內(nèi)，用來確認原始數(shù)據(jù)包。目標 PA

109、NID是目標設備的PAN標識符，目標地址可為64位的長地址，也可為16位的短地址，此目標地址必須與幀控制字段中定義的目標地址模式保持一致。源PANID是源設備的PAN標識符，必須與幀控制字段中的內(nèi)部PAN定義相匹配。源地址字段固定為使用源設備的64位擴展地址。</p><p>　　4.5.4應用程序接口函數(shù)</p><p><b>　　1）建立連接函數(shù)</b><

110、/p><p>　　創(chuàng)建點對點連接有兩種方式:被動接受一個新連接和主動尋求一個新連接。建立一個新連接之后，連接另一端的設備信息將被存儲在兩個設備的PZP連接項中。那些項代表現(xiàn)有連接并可用于向連接的對等設備發(fā)送數(shù)據(jù)包。</p><p>　　voidEnableNwConnection(void):使用P2P連接響應對P2P連接請求命令做出響應，從而允許協(xié)議棧接受新連接。</p>&l

111、t;p>　　voidDisableNewConneetion(void):對P2P連接請求命令做出響應來防止協(xié)議棧接受新連接。</p><p>　　BYTECreateNewConnection(BYTERetrylnterval， DWORDChannelMap):用于主動尋求新連接。在調(diào)用此函數(shù)之前，不必使能協(xié)議棧接受新連接，此函數(shù)會自動使能接受新連接。當沒有激活能量掃描特性時，調(diào)用一個參數(shù)是發(fā)出P2P