蓄电池组在线监测仪
技术方案
2009年9月
本系统采取对单电池检测的方式，由数据采集单元（A/D和开关量输入）、数据存储单元（Flash）、控制单元（MPU）、人机接口单元（按键、指示灯和液晶显示）、电池防盗单元和通信单元六个基本单元组成。系统框图如图1所示。
液晶显示电池防盗按键指示灯GSM通信MPU开关量输入存储单元A/DA/DA/D……A/D……充放电 图1
本系统能对存在失效的蓄电池做出警报，并对需要激活（活化）的蓄电池做出预警，通过测试单个蓄电池充放电时的电压变化曲线的方法自动检查每节电池单体的状况，并可靠地预测出它们的性能。
设计分为两个阶段进行：
·第一阶段进行核心功能的设计，即各种数据信号采样与分析、存储和报警功能，按键、指示灯和液晶屏的设计以及通信功能的实现。
·第二阶段完成本系统剩余部分的开发，即防盗摄像头的设计，USB数据导出功能的设计以及系统可靠性的提升等。
1.系统功能简介
（1）检测功能
·可实现单个电池充放电电压的检测功能； ·可检测电池组的整组电压；
·可检测电池组和单个电池的容量； ·可检测蓄电池表面的环境温度。
（2）分析功能
·自动对所采集的蓄电池参数进行分析，所有分析功能由本系立完成，无需后台软件支持；
·能对以下内容进行分析并得出结果：
分析所测得单个蓄电池充放电时的电压变化曲线，找出失效蓄电池和需要激活（活化）的蓄电池，得出结论（电池是否需更换、还能用多长时间）；对浮充电压进行分析，判断充电电源电压是否过高或过低；对温度进行分析，判断是否超限。系统分析速度快，5分钟内可以得到分析结果。
（3）液晶屏显示功能
·液晶屏显示，全中文菜单提示，操作简便，智能化程度高；
·能显示所有所检测的内容，包括：失效电池号和需激活（活化）电池号及整组电压和电池温度是否超限（当前数据和历史数据），蓄电池充放电电压变化曲线。
（4）人机互交功能
可通过按键实现人机互交，操作简单方便。
（5）报警功能
·报警方式：GSM短信报警；
·报警内容：失效电池号、需激活（活化）电池号、整组电压及电池温度是否超限，盗窃事件发生时，给出报警。
（6）电池防盗功能
仪器箱体上装备有头，记录行窃人的面部特征，以便于失窃电池的追回。该功能为第二阶段开发任务，前期设计预留GPIO口，用于第二阶段开发。
（7）数据存储功能
记录检测得到的参数及一定时间内的历史数据，以便对每个蓄电池进行综合的评估；并对盗窃事件发生时摄像头采集的图像进行记录。
若存储器已满，可以间隔删除，以保证数据的可靠性。
（8）通信功能
通过短信的形式将需更换和需激活的蓄电池号、整组电压超限和电池温度超限的基站号发送至中心机房上位机，提示维护人员对故障电池和基站及时进行更换或维修。
系统设有RS485/422接口，以便于以后直接通过基站内现有的传输线路，将数据传至中心机房。系统还可以通过RS485/422接口与上位PC机相连，进行基站号的设置。
（9）数据导出功能
检测得到的结论及一定时间内的历史数据可通过GPRS模块传送至中心机房，以便后期的数据处理。系统第一阶段开发时预留USB接口，用于第二阶段开发。
（10）可靠性
系统内增加锂电池，在盗窃情况发生时，系统电源完全被切断的情况下，系统仍可以拍摄的照片。锂电池容量有限，只用于摄像头采集图像并将其存至闪存中。
2.系统特点
由于无线通信基站是不间断工作的，所以无法将蓄电池组进行退服检测，该系统的检测必须工作在主电源（市电）断电，蓄电池组工作放电时，对单个电池的电压进行检测，采集数据，对蓄电池的性能做出判断。
本系统的数据采集单元采用14位A/D转换器，成本较低，精度适中，完全可以达到技术指标的要求。
对电压、温度等数据信号的分析由本系立完成，无需后台软件的支持。 系统内部设有存储器，可以存放一定时间内的历史信息，便于维护人员对电池的性能进行综合的分析。
蓄电池充放电时电压变化缓慢，对于采集速度的要求不高，可以通过程序来设置数据采集的间隔时间。
本系统由所检测的蓄电池组进行供电，并配有备用锂电池，以防意外情况发生（如电源被盗贼切断等）。
3.系统技术指标
内容 可测量电池数 测量单体电池电压 单体电池电压测量精度 电池容量测量精度 电池温度测量范围 电池温度测量精度 测量时间间隔 内置存储器容量 通信方式 控制方式 供电方式 整机外形尺寸（预计） 防盗摄像头像素 工作环境温度 工作环境相对湿度 本产品符合以下标准：
低压电器基本标准 GB 1497-1985 信息技术设备用不间断电源通用技术条件 GB-T 14715-1993 直流数字电压表通用技术条件 SJ-255-2314
参数 24节或48节 2V <5mV ≥90% -30℃-125℃ 0.5℃ 可编程 8Mb GPRS无线通讯/RS485/422 现场主机自动控制 市电/蓄电池组供电（锂电池备用） 400（mm）×300（mm）×50（mm） 30万（红外） -15~60℃ 5%~95% 4.各单元介绍
（1）数据采集单元
数据采集单元采用A/D模块，将所采集到的模拟量（电压信号）转换成数字量，送至MPU单元。
本系统采用14位A/D模块，精度、价格均适中，完全可以达到预期的效果。
（2）数据存储单元
数据存储单元采用的是FLASH模块。
Flash Memory（闪存）是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）的存储器，数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位，区块大小一般为256KB到20MB。闪存是电子可擦除只读存储器（EEPROM）的变种，EEPROM与闪存不同的是，它能在字节水平上进行删除和重写而不是整个芯片擦写，这样闪存就比EEPROM的更新速度快。
（3）控制单元
控制单元即系统框图中的MPU。
其作用是对系统中其它设备的工作进行控制，并对数据采集单元所采集的数据（数字量）进行处理与分析，判断出失效和需激活（活化）的蓄电池、整组电压超限的蓄电池组和电池温度超限的蓄电池组，给出报警和预警。
控制单元还负责数据通信，防盗信息等的控制。
本系统采用工业级ARM芯片，内嵌uC/OS或Linux操作系统，工作稳定。具体采用的芯片及操作系统待定。
（4）人机接口单元
人机接口单元起到人机互交的作用。 本系统预设五个按键。
<←>、<→>键：①光标移动键；
②手动切换显示屏显示每一块蓄电池充放电时的电压变化
曲线，<←>为上一块，<→>为下一块；
<返回>键：①按此键返回上一层菜单； ②参数设置后，用于取消参数设置； <确认>键：①按此键进入指定的项目；
②参数设置后，按本键确认，参数设置方能生效；
<复位>键：用于系统的复位。 按键可增加。
本系统预设两个指示灯（红色LED和绿色LED）。绿色LED点亮表明主电源（市电）正常供电，蓄电池组处于浮充状态。红色LED点亮表明主电源（市电）断电，蓄电池组处于供电状态。指示灯可增加。
液晶屏用于显示各级菜单和设置选项，显示每一块蓄电池充放电时的电压变化曲线，并显示失效的蓄电池号，提示维护人员及时更换。
（5）通信单元
通信单元采用GPRS模块，通过短信的形式将失效和需激活（活化）的蓄电池号及蓄电池组整组电压超限的基站号发送至中心机房上位机，提示维护人员对失效和需激活（活化）的蓄电池及时进行更换或激活（活化），并对电压和电池温度超限的基站进行维护。
系统设置RS485/422通信接口，可以与其他设备进行连接。
系统第一阶段设计预留USB接口，用于历史数据的导出。USB接口用于第二阶段开发。
（6）电池防盗单元
电池防盗单元在箱体上设置一个30万像素红外摄像头，便于隐藏，不易被发现，在无光情况下也可以使用（无光情况下所拍摄为黑白照片）。盗窃者作案时，可对其拍照，并存入闪存，便于后期的破案和电池的追缴。
若盗窃者切断系统供电电源，可用系统配备的备用锂电池供电。
此功能为第二阶段，前期开发预留GPIO接口。
6.开发成本
内容 电子元件材料费 制版费 工时费 差旅费 通讯费 培训费 其他费用 总计 金额（元） 五万 一万 一万五千 一万 五千 两万 一万 十二万 7.开发周期
时间 第一阶段： 核心功能的设计 第二阶段： 功能完善 第1周至第4周 第5周至第7周 第8周至第12周 第13周至第16周 第17周至第18周 第19周至第28周 附：开发周期自合同签订之日开始。
内容 查阅资料 硬件部分设计 程序及系统调试 查阅资料 硬件部分扩展设计 程序及系统最终调试 甲方： （签字或盖章）
乙方： （签字或盖章）
