基于LABVIEW的儲能電池數據采集系統

陸 宇

（上海電氣集團股份有限公司中央研究院，上海 200070）

0 引 言

日益突出的環境問題和資源問題促進了新能源技術的迅猛發展。目前，這些可再生能源的發展面臨電力品質差和并網難的瓶頸問題。同時，現階段用戶對電能質量和電力品質的要求越來越高，傳統的電力系統已經不能很好地滿足用戶需求，因而智能電網和微電網等電網新技術應運而生。儲能技術是解決新能源發電并網、建設智能電網和微電網的關鍵技術之一，將迎來巨大的市場機遇。為了分析整個儲能系統運行過程中電池各項參數的變化情況，提高儲能系統運行的可靠性、穩定性，本文基于LABVIEW設計了一套電池數據采集系統，通過Modbus協議將采集到的電池信息存儲至數據庫中，為今后分析電池特性提供依據。

1 系統硬件概述

基于LABVIEW的儲能電池數據采集系統由1塊BCU、23塊BMU、上位監控計算機組成。每塊BMU均由MSP430單片機來控制，MSP430通過與AD芯片BQ76PL536級聯的方式來采集電池模組的電壓及溫度信息，然后再以串口的方式將數據傳送至主板。主板是由DSP28335芯片來控制，通過AD7656采集電流信息，并將子板所傳送的數據進行匯總，最終通過串口的方式傳送至上位監控計算機。系統基本框架如圖1所示。

圖1 系統硬件結構

2 系統軟件設計

2.1 硬件讀寫模塊設計

LABVIEW庫中提供了基于標準I／O應用程序接口的VISA庫，VISA除了具有很好的兼容性、擴展性和獨立性外，它還有一個顯著的特點是平臺可移植性。任何使用了VISA控件的VI函數都能夠輕易地在其他平臺上進行使用［1，2］。

VISA庫中最常用的串口通信函數有：VISA Configure Serial Port（串口配置）、VISA Write（寫）、VISA Read（讀）、VISA Close（關閉）。

VISA Configure Serial Port函數用于對串口進行配置，包括設置串口的波特率、數據位、奇偶校驗等參數。在進行串口通信前，只有先設置好串口的各項參數才能保持正常通信。本文中主板與上位監控計算機之間采用的是Modbus通信協議，所以在進行通信前先要對串口進行Modbus初始化。Modbus初始化程序框圖如圖2所示。

2.2 數據通信程序設計

利用VISA實現Modbus通信可以分為以下幾個步驟：按照Modbus協議規則設置串口的通信參數；向下位機發送Modbus請求指令；延時1.75 ms，等待下位機主板執行命令，并返回相應的數據包；從串口中讀取主板返回的數據包，并進行命令解析；每隔一個掃描周期依次向下位機發送查詢命令。Modbus發送報文幀格式如圖3所示。

圖3 Modbus發送幀格式

例如，Modbus發送命令為01 03 00 20 00 04 45 C6，其中01表示地址，03表示功能碼讀取，00 20表示寄存器起始地址，00 03表示連讀3個寄存器，45 C6表示CRC校驗。當下位機主板收到上位機發送的Modbus指令后也會返回相應的數據幀01 03 06 02 2B00 01 00 64 F4 FD，其中01表示地址，03表示功能碼讀取，06表示返回字節數，02 2B00 01 00 64分別表示三個返回寄存器的數值，F4 FD表示CRC校驗。本文中Modbus發送接收模塊如下：

（1）MODBUS發送模塊：在LABVIEW中由于用到了Modbus協議和串口通信，自然就需要對其相應的參數進行相關設置，內容包括：端口號、波特率、檢驗方式、傳輸的數據位數、停止位數、超時時間、Modbus功能碼等參數。

（2）MODBUS接收模塊：當按照Modbus協議回送數據時，需要用到VISA Bytes at serial port模塊，當VISA Read讀取的字節數超過緩沖區的字節數時，VISA Read則一直處于等待狀態，直到緩沖區的字節數達到所要求的字節數。

2.3 數據處理與顯示

下位機返回的數據包由設備地址、寄存器數量、返回數據信息和校驗位組成。為了得到電池數據（即電池的電壓、電流、溫度等信息），則需要通過字符串轉數據模塊來實現，從返回的字符串中截取有效地數據信息并進行解碼。同時，由于返回的數據均是整數，為了正確的顯示最終的電池信息，需對獲取的電池數據按照主板和子板的不同情況進行計算與處理。字符串轉數據模塊如圖4所示。

2.4 數據庫存儲技術

為了分析電池在整個儲能系統運行過程中的變化情況，在LABVIEW中需添加數據保存功能。盡管通過Excel也能將數據保存下來，但當所存儲的數據達到65536行后，數據會被刷新（即新添加的數據將會逐漸覆蓋原先存儲的數據）。因此，本文中通過ACCESS數據庫來實現數據的存儲［3］。

LABVIEW數據庫工具包只提供了關于數據庫的操作而無法創建數據庫，所以必須使用第三方數據庫管理系統，如：ACCESS。在使用數據庫之前，先要使用LABVIEW數據庫工具包和數據庫進行連接，如圖5所示。ODBC（開放數據互連）是微軟公司開放服務結構中有關數據庫的一個組成部分，它建立了一組規范，并提供了一組對數據庫訪問的標準API。這些API利用SQL來完成其大部分任務。而且，ODBC本身也提供了對SQL語言的支持，用戶可以直接將SQL語句送給ODBC。在使用ODBC API函數時，需要提供數據源名Data Source Names才能連接到實際數據庫，所以需要首先創建DSN［4］。

圖4 字符串轉數據模塊

圖5 LABVIEW數據庫工具包基于ODBC技術

2.5 程序界面

根據設計方案，利用LABVIEW圖形化處理方便、快捷等特點，開發出了一套基于MODBUS通信協議的電池數據采集系統。該系統集數據采集、處理、計算、存儲于一體，程序界面顯示直觀，用戶操作方便，數據傳輸正確率在98%以上。系統界面如圖7所示。

3 總 結

本文針對儲能電池系統平臺，基于LABVIEW開發了一套電池數據采集系統，成功實現了LABVIEW基于MODBUS通信協議的數據采集、傳輸、處理、存儲與顯示功能。目前，該系統已成功投入使用中，可對運行中的電池數據進行實時采集存儲。LABVIEW技術較為成熟，所以該系統具有高可靠性、良好的穩定性、可維護性強等特點。在實際使用中，不僅可以降低成本，還具有良好的應用前景。

圖6 數據庫存儲

圖7 系統程序界面

［1］ 唐麗嬋，齊 亮，王慶東，陳江洪.基于Labview的無線遠程溫度監控系統［J］.上海電氣技術，2009，2（1）：20－24.

［2］ 孟武勝，朱劍波，黃 鴻，等.基于Labview數據采集系統的設計［J］.電子測量技術，2008，31（11）：63－65.

［3］ 楊樂平，李海濤，肖相生，等.Labview程序設計與應用［M］.北京：電子工業出版社，2001.

［4］ 朱洪波，康龍云，楊會州.基于Labview的復合能源電動汽車數據采集系統的設計［J］.測控技術，2011，30（8）：19－22.