方向并且与零磁场输出相对称，置位和复位电流带用来；2.3信号放大及模数转换；通常情况下，传感器的输出信号很弱，需要用信号放大；2.3.1信号放大电路及原理；本设计放大电路采用的放大器为AD623，AD62；图2-4AD623引脚图；RG1IN2IN3VS4AD；AD623通过提供极好的随增益增大而增大的交流共；号；由于磁敏电阻传感器的输出
方向并且与零磁场输出相对称，置位和复位电流带用来修正传感器灵敏度。在外场超过10*10-4T的磁场会打乱传感器内部磁畴的极化方向，改变传感器的输出特性，降低灵敏度。利用置位和复位电流带上施加脉冲，使内部磁畴的极化方向统一，提高灵敏度。 2.3 信号放大及模数转换 通常情况下，传感器的输出信号很弱，需要用信号放大电路予以放大，以便转换处理或驱动指示与控制机构。为了保证检测精度的要求，传感器输出信号要求放大电路具有如下特点：1、足够大的放大倍数和响应速度；2、输入阻抗高，输出阻抗低；3、高共模抑制能力；4、低温漂，低噪声、低失调电压和电安兴运算放大器具有上述特点，因而传感器输出信号的放大器一般是由线性云端放大器组成。 2.3.1信号放大电路及原理 本设计放大电路采用的放大器为AD623，AD623是一个集成单电源仪表放大器，,在单电源（+3V到+12V)供电的情况下，AD623就能提供满电源幅度的输出；不仅如此，它还能在使用单个增益设置电阻的情况下进行增益编程，以得到更好的灵活性。符合8引脚的工业标准配置。在无外接电阻条件下，AD623被设置为单增益（G=1）。在有外接电阻的条件下，AD623可编程设置增益，增益最高可达1000倍。AD623的引脚图如图2-4所示： 图 2-4 AD623引脚图 RG1IN2IN3VS4ADOUTPUT5REF AD623通过提供极好的随增益增大而增大的交流共模抑制比（AC CMRR）而保持最小的误差。线路噪声及谐波将由于CMRR在高达200HZ时仍保持恒定。它有较宽的共模输入范围，可以放大具有低于地电平150mv共模电压信号。它在双电源（2.5至6V）仍能提供优良性能。低功耗，宽电源电压范围，满电源幅度输出，使AD623成为电池供电的理想选择。在低电源电压下工作时，满电源幅度输出级使动态范围达最大。它可以取代分立的仪表放大器设计，且在最小的空间提供很好的线性度，温度稳定性很可靠性。 由于磁敏电阻传感器的输出电流很小，且负载能力差、内阻大，所以必须对其采集的电压信号进行放大处理，这样才能遍于处理基于信号的后续工作。为了减小放大后的信号的失真程度，就需要尽可能的增大放大电路输入端的输入阻抗值，相应的为了提高电路的负载能力，就要尽可能的减小放大电路输出端的输出阻抗值。 2.3.2比较器电路 对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较。 能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。 比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输 入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。因此，也可以将其当作一个1位模/数转换器（ADC）[2]。 本设计中所用的比较器是反相滞回比较器，滞回比较器从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路及传输特性如图。当输入电压VI从零逐渐增大，且VI上限阀值（触发）电平。当输入电压VI>VT时，VT'称为下限阀值（触发）电平。此处选好电阻RES2及RES4的电阻值，使得VT≈10V，如此，在VI>10V时，VOUT由高电平变成低电平。滞回比较器电路如图2-5： +12V10KΩINR1AR?VIVTOPAMP100KΩR410KΩR2DENER DOUBLERES45.1KΩOUTR3-12V 图 2-5 滞回比较器 比较器的性能指标有： 1. 滞回电压：比较器两个输入端之间的电压在过零时输出状态将发生改变，由于输入端常常叠加有很小波动电压，这些波动所产生的差模电压会导致比较器输出发生连续变化，为避免输出振荡，新型比较器通常具有几mV的滞回电压。滞回电压的存在使比较器的切换点变为两个：一个用于检测上升电压，一个用电压门限（VTRIP）之差等于滞回电压（VHYST），滞回比较器的失调电压是TRIP 和VTRIP-的平均值。不带滞回的比较器的输入电压切换点为输入失调电压，而不是理想比较器的零电压。失调电压一般随温度、电源电压的变化而变化。通常用电源抑制比表示电源电压变化对换调电压的影响。 2. 偏置电流：理想的比较器的输入阻抗为无穷大，因此，理论上对输入信号不产生影响，而实际比较器的输入阻抗不可能做到无穷大，输入端有电流经过信号源内阻并流入比较器内部，从而产生额外的压差。偏置电流（Ibias）定义为两个比较器输入电流的中值，用于衡量输入阻抗的影响。MAX917系列比较器的最大偏置电流仅为2nA。 3. 输出延迟时间：包括信号通过元器件产生的传输延时和信号的上升时间与下降时间，对于高速比较器，如MAX961，其延迟时间的典型值可对达到4.5ns，上升时间为2.3ns。设计时需注意不同因素对延迟时间的影响，其中包括温度、容性负载、输入过驱动等的影响。 4.超电源摆幅。 5.漏源电压。 2.4 信息采集模块 信息采集模块采用的是模仿点阵的设计，将没一个车位上的信息采集电路作为点阵中的一个阵点，每个阵点都包含一个磁阻传感器芯片、一个放大器及比较器。而阵点的两条引出线分别是信息采集电路的输出和放大器AD623的电源线。如图2-6所示为单个阵点的电路图： R1+12VJP?HEADER 5X2AVCCJP?86R210KΩAD623OPAMPR4100KΩAR?R35.1KΩOUTPUT1234535+C?CAPACITOR POLC?CAPGND-12V47GND+5V10KΩR5DENER DOUBLEGNDGND 图 2-6 单个采集电路图 每八个阵点组成一个阵点行列（简称阵列），横排中每一排都将八个阵点电路中放大器的电源（VCC）连接成一组行阵列，从上至下依次是1-8八行行阵列。竖排中每一列都是将八个阵点电路中最后的输出连接成一组列阵列，自左向右依次是A-H八列列阵列。 本设计中将1-8行行阵列连接至单片机AT89C52的P2.0-P2.7八个I/O接口，将A-H八列列阵列连接至单片机的P0.0-P0.7。系统工作时，利用软件编程，使P2.0-P2.7对1-8行行阵列进行依次单独获得电源供电（例如此时使P2.0对 OUTPUTABCDEFGHVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUT1VCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUT2VCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUT3VCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUT4VCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC5VCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUT6VCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUT7VCC8信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUTVCC信息采集模块OUTPUT 图 2-6 信息采集模块图 1阵列供电），在供电的前提下，P0.0-P0.7接口会检测到A-H八列列阵列的输出，而此时的输出即是A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1 八个阵点的情况，也使这八个阵点所对应的车位的情况；依次使P2.1对2阵列供电，这样P0.0-P0.7接口会检测到A2-H2 八列列阵列的输出。以上信息检测模块如图所示： 3 主电路 .0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESET/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1GNDEA/VPPALE/PROGPSENP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8VCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD32221 图 3-1 AT89C52引脚图 AT89C52，AT表示的是生产地公司名，89表示的是一个系列，C表示CMOS，52表示的是内部程序的存储空间大小为2*4=8K。该芯片属于总线型，有四组I/O口，分为并行I/0接口和串行I/0接口。此外还包括中央处理器(CPU）\\程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器、计数器和中断系统等等几大单元[1]。 本设计中用到的四组I/0接口，P0口连接的是信息采集模块的A-H阵列，P2口连接的是信息采集模块的1-8阵列，P1口中P1.5连接TC35模块的15（IGT点火线）引脚来控制TC35模块的启动与否。P3口中主要是P3.0（RXD）与P3.1（TXD）与串口芯片MAX232相连接来相互传输数据[5]。 4 GSM系统 GSM系统虽然是一种数字移动通信系统，但是从其传输数据的方式及传输特征来看，属于无线网络技术的进一步发展。而且GSM是一种典型的开放式结构，是一种面向未来的通信系统，可以依照用户的需要为用户提供各种形式的通信。三亿文库包含各类专业文献、生活休闲娱乐、外语学习资料、应用写作文书、幼儿教育、小学教育、中学教育、文学作品欣赏、93基于无线网络的车位管理系统等内容。　
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基于LPC236X单片机的电动汽车BMS的电流采集设计
发布时间： 11:13所属分类：浏览：1次
摘要：电流的采样是估计电池剩余容量（SOC）的主要依据，本文介绍了电池管理系统中基于LPC236X单片机的电流采集电路设计
摘要：电流的采样是估计电池剩余容量(SOC)的主要依据，本文介绍了电池管理系统中基于LPC236X单片机的电流采集电路设计。
关键词：电流采集;SMI300DCE-P1-O2/S30
随着人们环保意识的日益提高和石油价格的持续上涨，电动汽车技术的研究已蓬勃发展开来。动力电池组是电驱动上重要的能量组成部件，它既能配合发动机-发电机组微电机驱动系统提供电能，又能吸收再生制动能领，并在整车能量系统中起到重要的功率均衡作用，因此，其状态好坏和寿命长短在很大程度上决定了整车性能的优劣。作为电动汽车的主要能量源，动力电池的荷电状态SOC(state-of-charge)对于混合动力汽车的电池管理系统来说是一个非常重要的参数，对预测车辆剩余行驶里程，避免电池出现过放电、过充电有着十分重要的影响。
2.动力电池组电流采集电路设计
2.1工作原理
该电路对动力电池的电流信号进行采集，通过片外A/D、D/A传给单片机，单片机将测得的单体电流与其他数据(单体电压、单体温度等)作为参数通过算法估算电池的荷电状态，通过RS485接口把数据传给控制单元做出蓄电池的工作状态判断。
由于本系统用于移动设备，对单片机的各项性能要求较高，在本设计中单片机采用ARM7_LPC236X芯片，作为主控制器：该芯片主频可达72M;含有高达512KB的片内Flash和58KB的片内SRAM存储器;功能接口丰富;接口分布均匀，插拔方便;PCB尺寸：长13.00cm，宽10.00cm，体积小巧，便于携带以及安装;输出电流大、输出点电压精度高、稳定性高等特点使它更好的服务于电动汽车。
2.2电流采集方法
电流的采样是估计电池剩余容量(SOC)的主要依据，因此对其采样的精度，抗干扰能力，零飘、温飘和线性度误差的要求都很高。因为电动汽车上电机一般采用的PWM控制电流是脉动的;其次在助力和能量回馈两种模式间的切换时电流正负数值从几安到数百安培，且变化率较大，因此必须选用响应速度快，具有优良线性度的高精度霍尔传感作为电流采集单元。
2.3 传感器的选择
由于电流采样电路对采样的精度，抗干扰能力，零飘、温飘和线性度误差的要求都很高，所以对传感器的选择主要这几方面性能进行考量。
SMI系列电流变送器的特点：国际标准电流信号输出，直接连接PLC等，输出电流与负载无关;一体化电流变送器，可省去电流互感器，节约用户成本，提高精度;电流输出，高过载能力，抗干扰能力强; 适合于远距离传输;最高的性能价格比;快速响应，无击穿现象;初级与次级高度隔离;外形小巧，安装方便。
SMI电流变送器精度高，稳定可靠，安装形式分为导轨式和螺孔安装;是符合国际标准的电流变送器，具有极高的性价比。为便于现场安装选择SM开口式电流变送器(开合式、可拆卸式变送器) 。
产品选型：SMI300DCE-P1-O2/S30直流电流变送器输入：DC 0～300A;辅助电源：DC 24V&15% ;输出：DC 0～20mA;外形：S30。
2.4采集电路与单片机接口设计
本系统因为应用与汽车中，周围信号干扰强，最好系统使用尽可能少的外围扩展芯片，提高系统运行的可靠性，所以要求使用的单片机具有片内足够大的ROM和RAM。目前ARM7系列单片机是应用最广的单片机之一，它具有很高的性价比。本文采用了LPC236X作为主控芯片
2.5电流采样设计
采用电流传感器SMI300DCE-P1-O2/S30，该电流传感器是基于霍尔原理的闭环(补偿)电流传感器，具有出色的精度、良好的线性度和最佳的相应时间，同时也具有很好的抗干扰能力。其原边的额定电流为300A，满足系统设计的要求;副边的额定电流为150mA，其转换率为1:2000;供电电源为正负12V或正负15V。其测量电路示意如图1所示。
图1电流采样信号调理电路
SMI300DCE-P1-O2/S30的输出采样信号电流首先经过IILC滤波电路，然后R48，R49分压后后得到电压信号，进入前级仪表放大器。可调电阻VAR5调节仪表放大器AD623的放大倍数，用于调节电流与其对应的电压之间的比例关系。由于从SMI300DCE-P1-O2/S30过来的电流是双向的，因此其转换得到的电压是以地(GND)为中心变化的一个正负电压，而我们选用的模数转换器是单向的，为了将其电压提供至OV以上，可以设计一个加法器(前端的运算放大器)，将以OV为中心的正负电压提升至以2.5 V为中心的正电压。在实际中舍弃了这方案。主要原因是：为了提高采样精度，外部A/D转换器采用的参考电压为2.5V，在仪表放大器AD623，和精密运放LT1014采用双电源供电的情况下，调节AD623的放大倍数，使AD623调理出的由采样信号电流转换成的电压信号Vin在-2.5V~2.5V之间，在2.5V的参考电压输入下，经过LT1014的两路运放的加减法运算后，输出两路模拟电压信号：2. 5+Vin与2.5-Vin，最终进入外部A/D的2个输入通道，任一时刻只有其中一路的电压在0~2.5V之间，而另外一路大于2.5~5.0V。大于2.5的信号电压将被A/D识别为满量程电压信号。在软件上完全可以识别。至此在保证较高的采样精度的前提下，采取两级运放，增加一路采样通道的措施，实现了电流的双向检测。
网络标号Vref+2.5代表的2.5V的参考电压是通过稳压器件调整得到的，它的稳定性关系到系统零点的稳定，对电流采样有重要的意义。我们采用高精度的电压参考源TL431，其输出精度为2.500V，士0.4%完全满足设计要求。
本文的电池管理系统以单片机ARM7_LPC236X为核心，实现了电动汽车动力电池的电流的采集，该设计已通过试验测试，经过验证，该电路的一致性和线性较好，性能稳定，对电动汽车动力电池组的荷电状态SOC(state-of-charge)的估算有很大的帮助。
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