蓄电池参数无线采集系统的开发

论文摘要

蓄电池组作为船舶的动力电源或后备电源,在整个船舶供电系统中起着非常重要的作用。蓄电池组的良好工作状态是船舶正常运行的保证,这就要求对蓄电池组进行经常的、严格的监测。对蓄电池组各单体蓄电池的工作电压、充放电电流、温度等运行参数进行在线监测,可以及时发现性能下降的单体蓄电池并可以对蓄电池的剩余容量进行预测,这对提高蓄电池的性能、延长蓄电池使用寿命以及蓄电池开发有着重要意义。本论文所设计的蓄电池参数无线采集系统以船用铅酸蓄电池组为研究对象,以单片机AT89S52为控制核心,利用选择采样电路实现了对蓄电池组的各个单体蓄电池的循环选通,并对被选通的单体蓄电池进行电压、电流及电池温度等参数的测量。所测得的数据通过无线射频收发终端,实现了采集系统与PC机之间的数据传输。采用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW 8.2编写了PC机人机界面程序,实现了蓄电池参数的实时显示、报警,并利用基于Microsoft ADO与SQL语言的数据库访问工具包LabSQL实现了蓄电池参数的数据库存储与查询。通过对本采集系统的测试,本系统具有以下功能特性:(1)可实时监测充放电过程中所有单体蓄电池电压、电流及温度等参数:(2)避免了有线采集方式可靠性低、布线困难、易损坏等严重缺陷;(3)低成本。本系统采用虚拟仪器技术,取消了传统监测系统信号处理电路及显示电路,并利用低成本的基于单片机的数据采集电路代替价格昂贵的数据采集卡;(4)完善的人机界面。可实时显示测量数据及超限报警,并可实现历史曲线查询及指定时间段内历史记录查询;(5)蓄电池参数数据库直接保存在计算机硬盘,实现了数据记录的无限存储。本论文还针对蓄电池剩余容量预测这一难点问题,以本采集系统所采集的蓄电池运行参数为数据支持,对蓄电池剩余容量的BP神经网络进行了设计与仿真。对此神经网络的性能分析表明,该神经网络的误差满足工程应用中的精度要求,网络的仿真输出能够较为真实地反映蓄电池的状态,有着重要的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的意义
• 1.2 蓄电池监测及剩余容量预测方法的研究进展
• 1.2.1 蓄电池运行参数在线监测研究进展
• 1.2.2 蓄电池剩余容量预测方法研究进展
• 1.3 本论文的研究内容及本文结构
• 2 蓄电池参数采集系统的总体设计方案
• 2.1 铅酸蓄电池的基本概念介绍
• 2.1.1 铅酸蓄电池的基本工作原理
• 2.1.2 铅酸蓄电池的主要性能指标
• 2.2 系统的采集参数选择
• 2.3 系统的设计要求及结构
• 2.4 系统开发的硬件、软件选择
• 2.4.1 硬件型号选择
• 2.4.2 软件开发平台选择
• 2.5 小结
• 3 蓄电池参数采集系统的硬件设计
• 3.1 系统电路总体设计
• 3.2 选择采样电路
• 3.3 电压测量电路
• 3.4 电流测量电路
• 3.5 温度测量电路
• 3.6 射频通信电路
• 3.6.1 单片机端接口电路
• 3.6.2 PC机端接口电路
• 3.7 系统的抗干扰措施
• 3.8 小结
• 4 蓄电池参数采集系统的软件设计
• 4.1 单片机部分的编程
• 4.1.1 总体设计
• 4.1.2 A/D转换程序
• 4.1.3 温度测量程序
• 4.1.4 无线通信程序
• 4.2 PC机部分的编程
• 4.2.1 LabVIEW简介
• 4.2.2 VISA标准
• 4.2.3 LabSQL数据库访问工具包
• 4.2.4 人机界面总体框图程序
• 4.2.5 实时显示与添加数据记录子VI
• 4.2.6 历史曲线查询子VI
• 4.2.7 历史记录查询子VI
• 4.3 小结
• 5 蓄电池参数采集系统的测试结果
• 5.1 硬件测试
• 5.2 软件测试
• 5.3 小结
• 6 基于BP神经网络的蓄电池剩余容量预测
• 6.1 BP神经网络介绍
• 6.1.1 BP网络的结构
• 6.1.2 BP算法
• 6.1.3 BP算法的改进
• 6.2 蓄电池剩余容量的BP神经网络模型的建立
• 6.2.1 网络结构设计
• 6.2.2 样本的选择
• 6.2.3 MATLAB程序
• 6.2.4 训练函数的选取
• 6.2.5 隐层节点个数的选取
• 6.2.6 BP神经网络模型仿真结果
• 6.2.7 BP神经网络性能分析
• 6.3 对剩余容量在线监测的探讨
• 6.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 蓄电池参数采集系统电路原理图
• 附录B BP网络模型的MATLAB程序
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢