基于LPC2131的嵌入式锂离子电池检测系统

杨才山,张晓冰,杨超

(哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室,哈尔滨150080)

引 言

随着电子技术的迅猛发展,嵌入式系统因其高自动化、响应速度快的优点,被广泛应用于各个领域。ARM处理器作为高性能、低功耗的处理器,是目前最常用的嵌入式微处理器之一[1]。针对电池产业的发展以及国内外电池检测设备的现状,对电池检测实行的国家标准和电池检测方面的一些问题作了深入的研究和分析[2-3]。根据电池检测系统所要达到的性能指标,本文以LPC2131微处理器为核心,基于嵌入μC/OS-II设计了一种嵌入式锂离子电池检测系统。

1 系统硬件设计

检测系统由微处理器、信号变换电路、控制电路、液晶显示屏、上位机等组成,如图1所示。微处理器选用Philips公司的LPC2131。电池的输入信号通过信号变换电路传输给微处理器,微处理器对采集的信号进行分析、处理,将控制信号传给控制电路,对电池的各个过程进行控制;同时,将结果送给液晶实时显示,并将结果传输给上位机保存测试结果,以方便数据存储、查询。

图1 检测系统硬件结构

1.1 充放电控制电路

充放电控制电路如图2所示。采用模拟充电器设计,模拟充电器实现被检测电池充放电模式的切换、电流和电压的电信号切换,以及输入信号的调理。微处理器采集通过变换电路调理的电池输入信号,对信号进行分析处理后将控制信号传给控制电路。采用放大器LM 324、大功率三极管C3990和TIP142等实现电流的逐级放大,采用继电器对不同回路进行切换,实现充放电模式及各个测试的切换。K 1用于短路测试。

图2 充放电控制电路

当K2接上端、K 3接下端时,对电池进行充电测试。微处理器采集被测电池两端的电压及通过的电流,将控制指令通过输出的PWM 1脉宽调制信号来控制充放电控制电路。PWM 1的输出通过运放及三极管的逐级放大,最终转化成被测电池的充电输入电流。同理,当K 2接下端、K3接上端时,对电池进行放电测试。微处理器通过控制PWM 2的输出,实现对被测电池放电电流的控制。

1.2 液晶显示模块

液晶显示器件在科研、生产、产品设计等领域正发挥着越来越重要的作用,该模块是决定系统使用是否方便的关键。本设计中采用内置T6963控制器的128×128图形点阵式液晶显示模块DM 128128。该液晶显示模块的驱动系统是由液晶显示控制器T6963及其周边电路、行驱动器组、列驱动器组以及液晶驱动的偏压电路组成。T6963控制器的最大特点是具有独特的硬件初始设置功能,显示驱动所需的参数(如占空比系数、驱动传输的字节数及字符的字体选择等),均由引脚电平设置。因此,T6963的初始化在上电时就已经基本设置完成,软件操作的全部精力就可以用于显示画面的设计上了。其典型应用如图3所示。

2 系统软件设计

2.1 主程序

软件设计上应遵循程序简单、清晰、流程合理的原则[4]。主程序流程如图4所示。系统上电后进行初始化,参数设置完毕将结果送至上位机和液晶,实现数据的实时传输和显示。然后启动A/D转换,判定是否满足参数设定要求。若满足则停止测试,若不满足,则由微处理器控制算法分析处理,发出调节指令,循环返回。

图3 液晶典型应用

2.2 μC/OS-II的移植

μC/OS-II是源码公开的实时内核,具有可移植、可固化、可裁剪、可剥夺、多任务、稳定可靠等优点[5]。它的基本代码尺寸不到5 KB,对存储器容量要求低,满足于嵌入式系统对体积的苛刻要求。移植μC/OS-II到LPC2131主要实现以下功能:电池功能测试、上位机通信、液晶显示和键盘扫描。系统任务分配流程如图5所示。

2.3 上位机通信界面

系统采用Visual Basic 6.0(VB6.0)的窗体和控件对串口控制,实现终端监控。VB6.0的MSComm控件在串口编程时非常方便,使用它可以建立与串行端口的连接,通过串行端口连接到其他通信设备,实现发出命令、交换数据以及监视和响应串行连接中发生的事件和错误等功能。存档数据采用Access数据库,建立好数据库后,在编写好的程序中通过ADO数据库操作技术对数据库进行管理[6]。

结 语

本文设计的嵌入式锂离子电池测试系统,符合“GB/T 18287-2000蜂窝电话用锂离子电池总规范”对锂离子电池的测试要求,实现了对锂离子各项性能指标的测试,同时实现了数据的实时传输与显示。该系统外围电路简单、操作方便、稳定性好、精度高,可广泛应用于电池生产厂家、质检部门及电池用户,具有良好的发展前景。

[1]周立功,张华.深入浅出ARM 7[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[2]王海明,郑绳植,刘兴顺.锂离子电池的特点及应用[J].电器时代,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,刘江江,李杰.基于MSP430单片机的智能电池检测仪[J].仪器仪表学报,2008,29(5):1040-1043.

[5]任哲,潘树林,房红征.嵌入式操作系统基础μC/OS-II和Linux[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[6]王伟,杨海萌.用VB实现上位机与RFID控制器的串行通信[J].船电技术,2007(5):307-309.