基于TCP/IP协议的蓄电池监测系统的研究

罗拥军，罗一山

(广西职业技术学院计算机与电子信息工程系，广西南宁530226)

基于TCP/IP协议的蓄电池监测系统的研究

罗拥军，罗一山

(广西职业技术学院计算机与电子信息工程系，广西南宁530226)

蓄电池工作状态，直接影响着所供电设备的可靠运行，因此对蓄电池进行在线监测就具有其必要性。提出了一种基于S3C6410开发板和嵌入式Linux操作系统的蓄电池在线监测系统的设计方案。该系统可以提供蓄电池端电压、电池内阻、容量、温度等参数定时巡检并自动记录测试数据的功能，具有诊断电池故障及自动报警的功能。

蓄电池；系统监测；嵌入式；TCP/IP

Battery monitoring system study based on TCP/IP protocol

随着电力电子和计算机网络技术的快速发展，许多精密的仪器出现在生产和生活中。这些设备对供电电能的要求相对较高，因此，为了提高供电的可靠性，在许多生产场合均会使用蓄电池作为备用电源和不间断电源，特点是通信系统、重要的服务器、电力控制系统、各种计费系统等。而在这种情况下，蓄电池工作状态的优劣，对于所供电设备可靠运行具有重要的作用。

蓄电池，是一种以充电的方式使内部的活性物质以一定的形式储存为化学能，在需要放电时把化学能转换为电能的电气化学设备，其工作也存在一定的不稳定性，主要表现为电池干涸发热、漏液、过充过放、欠充欠放、内阻增大等方面，而这些方面的变化都会带来不能正常运行的恶劣后果。因此对蓄电池定期进行检查和检测是一项必需的工作。

过去蓄电池的定期检测是由人工来完成，费时费力。随着电力电子技术的发展，自动检查和集中控制成为可能。本设计就是利用现代技术所实现的蓄电池实时检测系统。的监测技术已基本成熟。本文主要研究的是蓄电池组的监测管理。

蓄电池组的在线监测系统是以蓄电池各单体内阻、连接内阻、各单体蓄电池端电压、蓄电组总电压、蓄电池组总电流、剩余电量和蓄电池组所在环境的温度和湿度为主要监测参数的监测系统，可以对电池的性能、状态进行实时监测并且依据相应的数据和一定的算法对电池性能的变化趋势进行分析判断的自动在线监测系统。其具体功能如表1所示。

表1 蓄电池自动监测系统功能表

1 蓄电池自动监测系统整体功能分析

蓄电池的自动监测主要可以包括单体电池的监测和蓄电池组的监测。目前市场上也有许多简单的蓄电池监测产品在出售，这些产品的主要监测对象是单体电池的电压、单体电池的电流及温度、充放电管理等监控内容。因此，关于单体电池

监测系统应能达到的技术指标有[1]：(1)所监测单体电压精度达到0.5%rdg+6 dgt；(2)所监测单体及电池组内阻范围及精度达到：范围0～200 Ω，精度2%rdg+6 dgt；(3)蓄电池组总体电压：范围0～100 V，精度0.5%rdg+6 dgt；(4)蓄电池组总体电流：范围0～150 A，精度1.0%rdg+6 dgt；(5)监测电池数量：24节；(6)通信方式：基于TCP/IP协议的以太网通信方式。

2 监测系统总体功能设计及硬件系统实现

根据以上功能分析，蓄电池的实时在线监测系统主要包括三部分组成：(1)单体电池及电池组采集层(SCDCM)；(2)通信层；(3)客户端应用层。具体结构如图1所示。

图1 监测系统整体结构图

如图1所示，单体电池及电池组采集层采用AVR系列的8位微处理器ATMEG128作为数据处理和采样控制芯片。ATMEG128是一个基于AVR的低功耗CMOS8位微控制器，具有六种省电模式，工作于16 MHz时工作频率可达16 MIPS，可提供2个8位及2个16位(扩展)的定时器，同时还有2个可编程的连续串口UART，一个无线接口模块，可以有效地作为底层数据处理的控制芯片。

单体蓄电池及电池组的电流及电压采用霍尔电流和电压传感器来完成，温湿度由DLT11来完成。采集数据的模数转换由AD976A负责。

底层的节点间数据通信采用无线射频的方式，利用ATMEG128上的无线接口模块，连接CC1100无线射频模块就可实现底层数据向通信层网关发送数据的功能。

通信层由嵌入式系统S3C6410来完成。S3C6410是一种32位的微处理器，可以移植Linux操作系统，具有丰富的外设接口。在本设计中，主控芯片扩展了CC1100无线通讯接口，以太网接口、串口等，同时以Linux操作系统为基础，开发出相应的现场报警系统。

嵌入式芯片的使用可以提高系统的工作可靠性和有效性。它具有三个作用：一是网关的作用，将各节点采集来的数据通过协议的变换，转换成符合TCP/IP协议，能够在以太网上进行传输的数据；另一个作用是构建现场报警系统；第三个作用是与服务器通过串口连接，从而构建出客户端控制接口。

3 精简TCP/IP协议设计

基于S3C6410的监测系统实现以太网通信，就需要在S3C6410上实现TCP/IP协议栈的设计。由于嵌入式系统的硬件资源的局限性，所以在本实例中，为了提高通信的速度，对于TCP/IP协议中不需要的协议做去除的处理。

TCP/IP协议模型具有四层体系结构，分别为网络接口层、IP层、传输层和应用层。作为一组专业化协议，TCP/IP协议包括IP、TCP、UDP、ARP、ICMP以及其它的一些被称为子协议的协议，具体如图2所示。

图2 TCP/IP协议栈

进行协议栈的精简具有两种方式[2]：(1)将无关于系统功能的协议削减掉，即保留必需的协议，而对其它无关协议进行裁剪；(2)对单独的协议进行简化。

在本设计中，利用以上两种方式设计如下：(1)网络接口层：主要实现了ARP应答协议设计，用于将IP地址映射成以太网的MAC地址；(2)网际层：IP、ICMP、ARP都要实现，但是对于ARP只实现了以太网的协议，去掉了其他的网络类型；ICMP协议中实现了Ping应答协议，以满足网络连通性的要求；(3)运输层：只实现UDP协议就可；(4)应用层：去掉HTTP、FTP、SMTP 等协议。

4 总结

本文从硬件和软件两个方面论述了实时在线蓄电池监测系统的实现。本系统是基于嵌入式系统的实时监测系统，为了提高系统工作的可靠性和及时性，本设计采用精简的TCP/IP协议栈来完成以太网数据的传输，对于其他项目也具有一定的借鉴意义。

[1]史相玲.蓄电池在线监测系统的研究[D].保定：河北农业大学，2009：36-39.

[2]唐富年.一种嵌入式TCP/IP协议栈的设计与实现[J].电脑知识与技术，2014(14):948-949.

TM 911

A

1002-087 X(2015)10-2201-02Abstract:The power supply equipment and reliable operation were directly influenced by the work state of battery.So making a online monitoring for the battery was necessary.A design scheme of the battery online monitoring system based on S3C6410 development board and Linux was proposed.The function of checking and automatically record test data regularly such as the voltage of the battery, the battery internal resistance, capacity and temperature parameters were provided by the system.Battery failure diagnosis and the automatic alarm function were owned by it. Key words:battery;monitoring system;embedded;TCP/IP

2015-07-04

罗拥军(1964—)，男，广西省人，硕士，高级实验师，主要研究方向为信息化技术、计算机网络、职业教育。