基于STM32的电池不正确使用检测装置设计.pdf

第4 4 卷第6 期 2 0 1 4 年1 1 月 航空计算技术 A e r o n a u t i c a lC o m p u t i n gT e c h n i q u e V 0 1 4 4N o 6 N O V 2 0 1 4 基于S T M 3 2 的电池不正确使用检测装置设计 籍芳1 ，温浩2 ，王宏2 ，邓耀池1 ( 1 江门出入境检验检疫局，广东江门5 2 9 0 0 0 ；2 五邑大学信息工程学院，广东江门5 2 9 0 2 0 ) 摘要：鉴于电池错误使用检测中，存在燃烧和爆炸的危险，为了测试人员和设备的安全，采用了S T M 3 2 F 1 0 3 V E T 6 微控制器平台作为下位机，个人电脑作为上位机，在电流检测中采用霍尔电流传感器，设计了一种的分离式电池错 误使用数据采集处理装置，上位机通过串口通讯，对下住机发送过来的检测的电压、电流数据进行采集和处理，在 上位机中显示各个电池通道的数据并进行存储。通过软硬件设计制作，实现了装置功能，保证了测试人员的安全。 关键词：电池；S T M 3 2 ；霍尔传感器；串口通讯 中图分类号：T P 2 7 4 3文献标识码：A文章编号：1 6 7 1 6 5 4 X ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 1 0 0 0 3 D e s i g no faD e t e c i o nD e v i c eo fB a t t e r yI n c o r r e c tU s eB a s e do nS T M 3 2 J IF a n 9 1 ，W E NH a 0 2 ，W A N GH o n 9 2 ，D E N GY a o c h i l ( 1 a n g m e nE n t r y E x i tI n s p e c t i o na n dQ u a r a n t i n eB u r e a u ，J i a n g m e n ，5 2 9 0 2 0 ，C h i n a ； 2 I n s t i t u t eo fI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ，w u y iU n i v e r s i t y ，J i a n g m e n ，5 2 9 0 2 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h ed a n g e ro fb u r na n de x p l o d ec o u l db eh a p p e n e d ，i nt h et e s t i n go nb a t t e r yi n c o r r e c tu s e I n o r d e rt op r o t e c tt h es a f e t yo ft e s t i n gp e r s o n n e la n de q u i p m e n t ，as e p a r a t e dt y p ed a t aa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gd e v i c eo fb a t t e r yi n c o r r e c tu s ew a sd e s i g n e d I tw a sc o n s i s t e do fu p p e rc o m p u t e ra n dl o w e rc o m - p u t e r ，t h eu p p e rc o m p u t e ru s eo fp e r s o n n e lc o m p u t e r ，a n dt h el o w e rc o m p u t e rw a su s e dS T M 3 2 F 1 0 3 V E T 6 M C Up l a t f o r m T h eh a l lc u r r e n ts e n s o rw a su s e di nc u r r e n tm e a s u r i n g T h em e a s u r e dd a t ao fv o l t a g ea n d c u r r e n tc o m ef r o ml o w e rc o m p u t e rw a sa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gb yu p p e rc o m p u t e r ，i tW a st r a n s m i t t e d t h r o u g hs e r i a lp o a s T h ed a t ao fd i f f e r e n tb a t t e r yc h a n n e l sw e r ed i s p l a y e da n ds t o r e do nu p p e rc o m p u t e r A tl a s t ，t h ed e v i c ec o m p l e t e dt h r o u g ht h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e F u r t h e r m o r e ， t h es a f e t yo ft e s t e r sw a sa s s u r e d K e yw o r d s ：b a t t e r y ；S T M 3 2 ；h a l lc u r r e n ts e n s o r ；s e r i a lc o m m u n i c a t i o n 引言 现代社会的发展，使得电池已广泛应用于人们E t 常生活和各行各业中，而电池产品属于高风险类产品， 在其生产、储存、检测、运输和使用过程中，都存在发生 燃烧和爆炸等安全事故的可能性，轻则造成财产损失、 设备损坏，重则造成人员伤亡。近几年国内就发生了 多起手机电池爆炸的事故，仅仅2 0 0 7 年6 月2 7 日，广 州就发生了两起手机电池爆炸事件。因此电池的安全 性能受到了各方面的广泛关注。电池的检测标准 G B 8 8 9 7 5 、I E C 6 0 0 8 6 5 ，镍镉、镍氢、锂电池检测标准 I E C 6 2 1 3 3 、锂电池检测标准U L 2 0 5 4 、U L l 6 4 2 ，均规定了 电池要进行不正确使用( 或短路、过充电) 的测试。 这些测试过程中存在燃烧和爆炸风险，从安全角度的 考虑，需要测试人员应当与测试设备隔离，需要设计分 离式的电池不正确使用检测装置。 电子测试的快速发展，传统的指针式刻度电压、电 流表等仪表已经向数字化、远程化发展，对长时间周期 的测试和有危险性的测试，数字化、远程化的现代电子 测试就体现了其独特的优势。与计算机相结合，其远 程的操作可以通过网络或者串口进行对远程机器的控 制。数据的传输也可以通过网络和各种串口进行通 讯，远程测试所得的数据可以在计算机上直观灵活显 示和存储。利用计算机可以使测试的频率更快，响应 时间更短，实时性就更强，大大提高了测试的效率。因 此，设计了一种以单片机为下位机，计算机为上位机的 分离式电池电压和电流检测装置。 收稿日期：2 0 1 4 0 6 1 2修订日期：2 0 1 4 0 7 2 5 基金项目：广东省出入境检验检疫局科技计划项目资助( 2 0 1 2 G D K 2 2 ) 作者简介：籍芳( 1 9 7 9 一) ，女，山东德州人，工程师，硕士研究生，主要从事电池、机电、轻工产品的检测工作。 万方数据 2 0 1 4 年1 1 月 籍芳等：基于S T M 3 2 的电池不正确使用检测装置设计 1 0 1 1 系统的硬件设计 1 1 总体方案 根据电池数据采集的功能实现要求，本装置主要 包括上位机和下位机两部分，其中上位机为通用的个 人电脑P c 机，主要实现的功能是对下位机控制、测试 数据显示、数据通讯采集和存储等。下位机实现的功 能是电池电压、电流检测和数据传输，采用控制芯片为 意法半导体公司基于A R MC o d e x M 3 内核的 S T M 3 2 F 1 0 3 V E T 6 微控制器平台。电池的数据采集中， 利用S T M 3 2 单片机的内部A D 转换功能对电池的电 压和电流数据进行采集。通讯模块使用了P r o l i f i c 公 司生产的高度集成的R S 2 3 2 转U S B 接口转换器，只需 要一条U S B 线就可以与计算机进行通讯。上位机对 计算机与下位机的通讯串口号和波特率进行相应的设 置，上位机会自动处理下位机发送过来的数据，进行显 示和存储。图1 为下位机的基本结构框图。 计算机 f 电阻分压式电池 。 1 千 崎 l D M A 控制器 纠1 1 2 3 u 3 申口 I 通讯模块 I 复住电路l 厂、 电池电流感 S T M 3 2 F 1 0 3 一 l 宴源模块 = 今 V E T 6 l 应信号放大 T r L 霍尔传感器 l 时钟电路 A D C 控制器 A C S 7 1 2 0 5 电源 检测模块 图1电池电压和电流检测框图 1 2 系统的硬件设计 本设计上位机采用个人电脑，主要硬件设计为下 位机的单片机数据测试采集处理部分。 1 2 1S T M 3 2 F 1 0 3 V E T 6 单片机 设计中使用了S T M 3 2 F 1 0 3 V E T 6 开发平台作为系 统的主控板，主控板的核心微控制器是3 2 位的 S T M 3 2 F 1 0 3 V E T 6 处理器。S T M 3 2 是基于C o d e x M 3 内核专为高性能和低功耗的系统而设计，同时由于该 微控制器的性价比极高，S T M 3 2 系列控制器中，如果是 “增强型”控制器最高C P U 时钟可达7 2M H z ，该系列 的不同版本中引脚功能和应用软件上都是兼容的。最 大1 2 8K B 的内置F l a s h ，可达2 0K B 的S R A M 足以应 付一般应用。当外接时钟7 2M H z 时，使用内存方式执 行代码，该控制器的最低功耗只有3 6m A ，相当于0 5 m A M H z 。 1 2 2S T M 3 2 功能模块 设计中主要用到了S T M 3 2 的A D 转换模块、 D M A 模块和U S A R T 模块。S T M 3 2 具有1 6 个规则的 A D 转换通道和2 个U S A R T 串口通讯模块。 A D 转换器是S T M 3 2 F 1 0 3 V E T 6 平台的M C U 内 部的1 2 位逐次逼近型A D 转换器。该A D 转换器是 一个由比较器、A D 转换器、存储器和控制电路组成。 它的基本原理是利用内部的寄存器从高位到低位依次 开始逐位试探比较。分辨率为1 2 位的高精度A D 转 换为我门提供了很好的检测基础。 D M A ( 直接内存存取) 模块可以节约C P U 的资源， 为C P U 除去了繁重的数据搬运的工作。通过D M A 的 传输方式大大提高了C P U 的工作效率，A D 转换的大 量数据就由D M A 处理，C P U 只负责串口传输模块。 使用D M A 传输模式将大大减轻C P U 的工作。只需要 设置D M A 的人口，U S A R T 就会自动发送该地址的数 据。不仅如此，使用D M A 方式传输数据，还可以实现 高速数据通讯。 U S A R T 一通用双工同步异步串行收发器，该收发 器接口是高度灵活的串行通讯设备，它使用工业标准 的N R Z 异步串行数据格式外部设备进行全双工通讯。 U S A R T 收发器包含三大部分：时钟发生器，接收器和 发送器。S T M 3 2 开发平台已经配备了一块P L 2 3 0 3 的 R S 2 3 2 一U