冀友等
【摘 要】本文完成了直流屏电池故障检测系统方案确定、系统硬件设计等工作，并给出了切实可行的实现方案，通过步进方法将每节蓄电池切换到检测电路，通过将一定频率的交流信号注入电池，再将电池两端产生的弱信号通过前置放大滤波，送入ADC0804 进行模数信号转换，实现了蓄电池内阻的在线测量。检测系统用STC89C52作为主控芯片，完成信号采集与数据处理，通过显示电路显示每节蓄电池电压电池内阻等信息，同时根据处理结果进行故障判定及报警。
【关键词】直流屏；蓄电池内阻检测；放大滤波
【Abstract】This paper completed the project design of DC panel battery fault detection system and hardware design， and gives the feasible scheme. Through the step method， each battery switch to a detection circuit. Pouring the AC signal with certain frequency into the battery， then the weak signal generated at both ends of the battery will through preamplifier， filter into the ADC0804 to carry on analog to digital signal conversion， realizes the on-line measurement of battery internal resistance. Using STC89C52 as the main control chip detection system to collect signal and process data. Through the display circuit to display information of each battery voltage battery internal resistance.At the same time， according to the results analysis， the detecting system can make fault judgments and fault alarm.
【Key words】Direct current panel； Internal resistance detection of storage battery； Amplifying and filtering
0 引言
现今为发电厂和变电站的控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等供电的是电力工程直流电源，简称为直流屏。主要由蓄电池，充电模块和监控器三部分组成。它为发电厂和各种变电站中的信号设备、保护、自动装置、事故照明及断路器分、合闸操作提供直流电源，并在外部交流电中断的情况下，保证继续提供可靠直流电源[1]。直流屏蓄电池作为电力系统交流停电时的后备电源，其可靠性和安全性直接影响到电力系统供电的可靠性和安全性。因此要保证电网正常运行必须加强对直流屏蓄电池的检测和维护[2]。
1 系统设计总述
整个硬件电路有以下单元组成：MCU主控制单元、电池检测切换电路单元、检测信号处理单元、A/D转换单元、继电器驱动电路单元。如图1所示，系统采用模块式集散结构，能保证各单元功能的相对独立性，主控单元与各功能单元采用光电隔离芯片隔离，避免单元故障在整个系统中扩散，因而系统具有极高的可靠性[3]。主控芯片STC89C52是宏晶公司生产的一款低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片内自带8k bytes的在系统可编程Flash程序存储器和512 bytes的随机存取数据存储器，可直接使用串口下载程序。芯片兼容标准MCS-51指令系统，内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，可适用于本次电池故障检测任务。
2 检测系统硬件电路设计
2.1 电池电压信号处理电路设计
由于电池检测切换电路直接测得的U1、U2为弱信号，经比例运放滤波环节处理后送到ADC0804芯片才能保证测量灵敏度。我们采用AD620来处理输入信号U1、U2，经差分放大后的信号送到A/D。AD620为仪表放大器，放大器增益通过控制电阻RG控制[4]。
2.2 AD转换电路设计
根据设计需要，选定A/D芯片ADC0804。该芯片内部带输出数据锁存器，转换电路的输出口能直接连到主控芯片的数据总线上，不用再附加逻辑接口电路。
ADC0804的两个模拟信号输入端，能接受单极性、双极性和差摸输入信号。STC89C52芯片通过P3.6口经光电隔离控制启动ADC0804，同时ADC0804将转换结束后的电压信号经过隔离送到STC89C52的P0口，完成电压信号检测。
2.3 继电器驱动电路设计
通过继电器将电池逐个切换到信号注入和信号检测电路。继电器驱动电路如图2所示，STC89C52芯片P2口的控制信号通过光耦隔离后，由74LS145译码电路确定哪路继电器的通断，可顺序检测蓄电池内阻和蓄电池电压。
2.4 内阻测量方法与测量电路设计
2.4.1 内阻测量方法简介
通过交流注入法测量蓄电池内阻，实现在线检测，交流注入法存在易受谐波干扰，影响测量精度的弊端，在硬件电路中应添加抗干扰设计部分，来提高稳定性[5]。内阻测量的系统框图如图3所示。
图3中，R为阻值已知的参考电阻。交流信号发生器经耦合驱动电路向蓄电池中注入交流信号，交流信号频率为1kHz。采样电路分别将蓄电池两端和参考电阻两端的响应信号经过处理后，可以得到稳定的幅值电压[6]。因为蓄电池与参考电阻串联，所以电流是相同的。如果蓄电池两端的响应电压为U1，内阻抗为Z，参考电阻R两端得到的响应电压为U2，由欧姆定律可得：
2.4.2 内阻测量硬件设计
（1）交流信号发生电路如图4所示。交流信号发生器采用集成运放TL082构成文氏桥正弦波发生器[7]，其振荡频率为1kHz。
（2）耦合驱动电路如图5所示。利用音频集成功放LM386芯片的三级放大电路，其输入级为差分放大器能克服交流注入信号易受干扰的弱点，中间级有较高电压增益，能为输出级提供足够的信号电压，最后经输出级的互补对称功放电路输出足够大的功率。
（3）交流差分放大及滤波电路如图6所示。经过信号采集电路得到的电压信号很微弱，需放大滤波后才能满足下一级A/D处理电路的输入要求。采用AD620仪表放大器以及带通滤波器组成交流差分放大及滤波电路。
高性能的仪表放大器AD620的增益可以通过改变脚1和脚8之间的电阻RG值来调节。信号放大后，经过带通滤波器检测出0.4-3kHz的带通信号，送到乘法器的信号端[8]。采用高精度的运放OP27实现直流放大电路的程控增益放大，放大器反馈电阻由模拟开关CD4052来选择，通过STC89C52智能选择放大倍数，使信号保持在最佳A/D采集电压的范围内。
3 结束语
本文主要介绍直流屏蓄电池状态检测系统的构成和检测电路硬件电路，重点介绍了电压测量电路和内阻测量电路。经现场试验表明：本文论述的系统结构和测量方法测量电路可行有效。
【参考文献】
[1]郑贵林，李金召.一种新型直流屏蓄电池监控系统[J].电力自动化设备，2005， 25（1）： 40-42.
[2]马福州，杨顺江，徐莉，等.分散式直流屏蓄电池监控系统[J].电工技术，2008： 69-70.
[3]黄发雷.一种实用的光电隔离式串行通信方案[J].现代电子技术，2006：37-38.
[4]王树振，单威，宋玲玲.AD620仪用放大器原理与应用[J].微处理机，2008：38-40.
[5]刘登峰，邵天章.蓄电池内阻测试仪的设计[J].电源技术，2011，35（3）：305-307.
[6]蒋京颐，赵忖，刘秀峰.蓄电池内阻在线巡检与谱分的设计[J].科学技术与工程，2010，10（18）：4496-4498
[7]周宦银，房宗良，朱玲赞.文氏桥正弦波发生器的EWB 仿真研究[C]//第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集.2011.
[8]ANALOG DEVICES，AD620仪表放大芯片数据手册[Z].2006.
[责任编辑：曹明明]
2.4.2 内阻测量硬件设计
（1）交流信号发生电路如图4所示。交流信号发生器采用集成运放TL082构成文氏桥正弦波发生器[7]，其振荡频率为1kHz。
（2）耦合驱动电路如图5所示。利用音频集成功放LM386芯片的三级放大电路，其输入级为差分放大器能克服交流注入信号易受干扰的弱点，中间级有较高电压增益，能为输出级提供足够的信号电压，最后经输出级的互补对称功放电路输出足够大的功率。
（3）交流差分放大及滤波电路如图6所示。经过信号采集电路得到的电压信号很微弱，需放大滤波后才能满足下一级A/D处理电路的输入要求。采用AD620仪表放大器以及带通滤波器组成交流差分放大及滤波电路。
高性能的仪表放大器AD620的增益可以通过改变脚1和脚8之间的电阻RG值来调节。信号放大后，经过带通滤波器检测出0.4-3kHz的带通信号，送到乘法器的信号端[8]。采用高精度的运放OP27实现直流放大电路的程控增益放大，放大器反馈电阻由模拟开关CD4052来选择，通过STC89C52智能选择放大倍数，使信号保持在最佳A/D采集电压的范围内。
3 结束语
本文主要介绍直流屏蓄电池状态检测系统的构成和检测电路硬件电路，重点介绍了电压测量电路和内阻测量电路。经现场试验表明：本文论述的系统结构和测量方法测量电路可行有效。
【参考文献】
[1]郑贵林，李金召.一种新型直流屏蓄电池监控系统[J].电力自动化设备，2005， 25（1）： 40-42.
[2]马福州，杨顺江，徐莉，等.分散式直流屏蓄电池监控系统[J].电工技术，2008： 69-70.
[3]黄发雷.一种实用的光电隔离式串行通信方案[J].现代电子技术，2006：37-38.
[4]王树振，单威，宋玲玲.AD620仪用放大器原理与应用[J].微处理机，2008：38-40.
[5]刘登峰，邵天章.蓄电池内阻测试仪的设计[J].电源技术，2011，35（3）：305-307.
[6]蒋京颐，赵忖，刘秀峰.蓄电池内阻在线巡检与谱分的设计[J].科学技术与工程，2010，10（18）：4496-4498
[7]周宦银，房宗良，朱玲赞.文氏桥正弦波发生器的EWB 仿真研究[C]//第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集.2011.
[8]ANALOG DEVICES，AD620仪表放大芯片数据手册[Z].2006.
[责任编辑：曹明明]
2.4.2 内阻测量硬件设计
（1）交流信号发生电路如图4所示。交流信号发生器采用集成运放TL082构成文氏桥正弦波发生器[7]，其振荡频率为1kHz。
（2）耦合驱动电路如图5所示。利用音频集成功放LM386芯片的三级放大电路，其输入级为差分放大器能克服交流注入信号易受干扰的弱点，中间级有较高电压增益，能为输出级提供足够的信号电压，最后经输出级的互补对称功放电路输出足够大的功率。
（3）交流差分放大及滤波电路如图6所示。经过信号采集电路得到的电压信号很微弱，需放大滤波后才能满足下一级A/D处理电路的输入要求。采用AD620仪表放大器以及带通滤波器组成交流差分放大及滤波电路。
高性能的仪表放大器AD620的增益可以通过改变脚1和脚8之间的电阻RG值来调节。信号放大后，经过带通滤波器检测出0.4-3kHz的带通信号，送到乘法器的信号端[8]。采用高精度的运放OP27实现直流放大电路的程控增益放大，放大器反馈电阻由模拟开关CD4052来选择，通过STC89C52智能选择放大倍数，使信号保持在最佳A/D采集电压的范围内。
3 结束语
本文主要介绍直流屏蓄电池状态检测系统的构成和检测电路硬件电路，重点介绍了电压测量电路和内阻测量电路。经现场试验表明：本文论述的系统结构和测量方法测量电路可行有效。
【参考文献】
[1]郑贵林，李金召.一种新型直流屏蓄电池监控系统[J].电力自动化设备，2005， 25（1）： 40-42.
[2]马福州，杨顺江，徐莉，等.分散式直流屏蓄电池监控系统[J].电工技术，2008： 69-70.
[3]黄发雷.一种实用的光电隔离式串行通信方案[J].现代电子技术，2006：37-38.
[4]王树振，单威，宋玲玲.AD620仪用放大器原理与应用[J].微处理机，2008：38-40.
[5]刘登峰，邵天章.蓄电池内阻测试仪的设计[J].电源技术，2011，35（3）：305-307.
[6]蒋京颐，赵忖，刘秀峰.蓄电池内阻在线巡检与谱分的设计[J].科学技术与工程，2010，10（18）：4496-4498
[7]周宦银，房宗良，朱玲赞.文氏桥正弦波发生器的EWB 仿真研究[C]//第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集.2011.
[8]ANALOG DEVICES，AD620仪表放大芯片数据手册[Z].2006.
[责任编辑：曹明明]
