基于LPC2131的嵌入式鋰離子電池檢測系統

楊才山,張曉冰,楊超

(哈爾濱理工大學測控技術與儀器黑龍江省高校重點實驗室,哈爾濱150080)

引 言

隨著電子技術的迅猛發展,嵌入式系統因其高自動化、響應速度快的優點,被廣泛應用于各個領域。ARM處理器作為高性能、低功耗的處理器,是目前最常用的嵌入式微處理器之一[1]。針對電池產業的發展以及國內外電池檢測設備的現狀,對電池檢測實行的國家標準和電池檢測方面的一些問題作了深入的研究和分析[2-3]。根據電池檢測系統所要達到的性能指標,本文以LPC2131微處理器為核心,基于嵌入μC/OS-II設計了一種嵌入式鋰離子電池檢測系統。

1 系統硬件設計

檢測系統由微處理器、信號變換電路、控制電路、液晶顯示屏、上位機等組成,如圖1所示。微處理器選用Philips公司的LPC2131。電池的輸入信號通過信號變換電路傳輸給微處理器,微處理器對采集的信號進行分析、處理,將控制信號傳給控制電路,對電池的各個過程進行控制;同時,將結果送給液晶實時顯示,并將結果傳輸給上位機保存測試結果,以方便數據存儲、查詢。

圖1 檢測系統硬件結構

1.1 充放電控制電路

充放電控制電路如圖2所示。采用模擬充電器設計,模擬充電器實現被檢測電池充放電模式的切換、電流和電壓的電信號切換,以及輸入信號的調理。微處理器采集通過變換電路調理的電池輸入信號,對信號進行分析處理后將控制信號傳給控制電路。采用放大器LM 324、大功率三極管C3990和TIP142等實現電流的逐級放大,采用繼電器對不同回路進行切換,實現充放電模式及各個測試的切換。K 1用于短路測試。

圖2 充放電控制電路

當K2接上端、K 3接下端時,對電池進行充電測試。微處理器采集被測電池兩端的電壓及通過的電流,將控制指令通過輸出的PWM 1脈寬調制信號來控制充放電控制電路。PWM 1的輸出通過運放及三極管的逐級放大,最終轉化成被測電池的充電輸入電流。同理,當K 2接下端、K3接上端時,對電池進行放電測試。微處理器通過控制PWM 2的輸出,實現對被測電池放電電流的控制。

1.2 液晶顯示模塊

液晶顯示器件在科研、生產、產品設計等領域正發揮著越來越重要的作用,該模塊是決定系統使用是否方便的關鍵。本設計中采用內置T6963控制器的128×128圖形點陣式液晶顯示模塊DM 128128。該液晶顯示模塊的驅動系統是由液晶顯示控制器T6963及其周邊電路、行驅動器組、列驅動器組以及液晶驅動的偏壓電路組成。T6963控制器的最大特點是具有獨特的硬件初始設置功能,顯示驅動所需的參數(如占空比系數、驅動傳輸的字節數及字符的字體選擇等),均由引腳電平設置。因此,T6963的初始化在上電時就已經基本設置完成,軟件操作的全部精力就可以用于顯示畫面的設計上了。其典型應用如圖3所示。

2 系統軟件設計

2.1 主程序

軟件設計上應遵循程序簡單、清晰、流程合理的原則[4]。主程序流程如圖4所示。系統上電后進行初始化,參數設置完畢將結果送至上位機和液晶,實現數據的實時傳輸和顯示。然后啟動A/D轉換,判定是否滿足參數設定要求。若滿足則停止測試,若不滿足,則由微處理器控制算法分析處理,發出調節指令,循環返回。

圖3 液晶典型應用

2.2 μC/OS-II的移植

μC/OS-II是源碼公開的實時內核,具有可移植、可固化、可裁剪、可剝奪、多任務、穩定可靠等優點[5]。它的基本代碼尺寸不到5 KB,對存儲器容量要求低,滿足于嵌入式系統對體積的苛刻要求。移植μC/OS-II到LPC2131主要實現以下功能:電池功能測試、上位機通信、液晶顯示和鍵盤掃描。系統任務分配流程如圖5所示。

2.3 上位機通信界面

系統采用Visual Basic 6.0(VB6.0)的窗體和控件對串口控制,實現終端監控。VB6.0的MSComm控件在串口編程時非常方便,使用它可以建立與串行端口的連接,通過串行端口連接到其他通信設備,實現發出命令、交換數據以及監視和響應串行連接中發生的事件和錯誤等功能。存檔數據采用Access數據庫,建立好數據庫后,在編寫好的程序中通過ADO數據庫操作技術對數據庫進行管理[6]。

結 語

本文設計的嵌入式鋰離子電池測試系統,符合“GB/T 18287-2000蜂窩電話用鋰離子電池總規范”對鋰離子電池的測試要求,實現了對鋰離子各項性能指標的測試,同時實現了數據的實時傳輸與顯示。該系統外圍電路簡單、操作方便、穩定性好、精度高,可廣泛應用于電池生產廠家、質檢部門及電池用戶,具有良好的發展前景。

[1]周立功,張華.深入淺出ARM 7[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.

[2]王海明,鄭繩植,劉興順.鋰離子電池的特點及應用[J].電器時代,2004(3):132-134.

[3]Xiao L F,Zhao Y Q,Yang Y Y,et al.Enhanced electrochemical stability of A I-doped LIM n2O4 synthesized by a polymer pyrolysis method[J].J.Electrochimica Acta,2008,54(2):545-550.

[4]姜印平,劉江江,李杰.基于MSP430單片機的智能電池檢測儀[J].儀器儀表學報,2008,29(5):1040-1043.

[5]任哲,潘樹林,房紅征.嵌入式操作系統基礎μC/OS-II和Linux[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006.

[6]王偉,楊海萌.用VB實現上位機與RFID控制器的串行通信[J].船電技術,2007(5):307-309.