基于RS485的嵌入式電池化成充放電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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后臺任務(wù)1由系統(tǒng)定時器T0每100ms產(chǎn)生一次中斷，形成基本時鐘源，為控制和通信任務(wù)提供各類軟件計(jì)數(shù)器。主控調(diào)度程序根據(jù)定時器計(jì)數(shù)狀態(tài)調(diào)度各個任務(wù)，控制4路充電機(jī)的運(yùn)行。這些任務(wù)包括：每隔1秒掃描一次鍵盤，根據(jù)鍵盤輸入的命令激活相應(yīng)任務(wù)，如啟動或終止過程、顯示設(shè)置參數(shù)等；每隔1秒進(jìn)行例行數(shù)據(jù)采集與處理，分別采集4路充電機(jī)的電壓、電流量，并對轉(zhuǎn)換的結(jié)果作相應(yīng)的處理；每隔1秒循環(huán)顯示4路充電機(jī)的實(shí)時工作狀態(tài)參數(shù)，包括當(dāng)前工作階段、工作方式、運(yùn)行時間、電壓電流值、安時數(shù)等；每隔2秒分別計(jì)算4路充電機(jī)的安時數(shù)；每隔3秒進(jìn)行閉環(huán)反饋控制PI調(diào)節(jié)；每隔1分鐘分別累計(jì)4路充電機(jī)的安時數(shù)，同時備份相關(guān)的數(shù)據(jù)到E2PROM中。運(yùn)行過程中定時檢查電流、電壓信號，如遇異常、斷流、過流、過壓等故障則及時顯示故障類型和對應(yīng)的充電機(jī)號。
后臺任務(wù)2為串行通信中斷任務(wù)。由于采用主從式異步串行通信，通信中斷任務(wù)的優(yōu)先級比定時器中斷的優(yōu)先級高。通信中斷包括接收中斷和發(fā)送中斷兩種情況，并需根據(jù)需要進(jìn)行切換控制和處理。平時處于接收中斷允許狀態(tài)，當(dāng)收到上位機(jī)輪詢報(bào)文時即組織發(fā)送報(bào)文，將報(bào)文幀送到發(fā)報(bào)緩沖區(qū)，啟動發(fā)送中斷和發(fā)送計(jì)數(shù)器，在以后的發(fā)送中斷任務(wù)中按計(jì)數(shù)器發(fā)送一個字節(jié)直到發(fā)完該幀即禁止發(fā)送中斷。如收到上位機(jī)數(shù)據(jù)/命令報(bào)文頭則清理收報(bào)緩沖區(qū)，等待下次接收中斷字節(jié)。
4.2模塊化的軟件設(shè)計(jì)
本控制器的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序明晰簡潔。同時各模塊間相對獨(dú)立，可以單獨(dú)調(diào)試，程序擴(kuò)充時，不要更改原有的結(jié)構(gòu)，只需修改相應(yīng)的模塊。根據(jù)圖2中系統(tǒng)任務(wù)的劃分，程序模塊主要由主控程序及定時器中斷程序模塊、通信程序模塊、顯示及鍵盤處理模塊、輸入輸出及控制量計(jì)算模塊構(gòu)成。各模塊之間的聯(lián)系是采用單片機(jī)的邏輯處理功能，設(shè)置標(biāo)志位，通過查詢標(biāo)志位的操作進(jìn)行控制和調(diào)用。
由于篇幅的原因，就不詳細(xì)介紹各模塊工作的流程。
5通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本文的應(yīng)用對象是蓄電池工廠的極板或密閉電池充放電控制裝置，為了降低成本，便于管理并提高系統(tǒng)可靠性，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以采用小型的分散型控制系統(tǒng)，即兩層結(jié)構(gòu)：分散的多回路控制器配一個操作站（俗稱上位機(jī)和下位機(jī)）。通過低成本、高可靠的RS-485實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)十臺多回路控制器與PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的集中監(jiān)控操作。上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信包括數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)上裝、命令下發(fā)等。通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：
（1）系統(tǒng)物理層協(xié)議采用RS－485標(biāo)準(zhǔn)，為了在允許范圍內(nèi)盡量提高通信速率，波特率選擇了非標(biāo)準(zhǔn)的3125bps。當(dāng)上位機(jī)采用軟件輪詢方式與20個現(xiàn)場控制器逐個通信，通過適當(dāng)?shù)能浖O(shè)計(jì)，可基本滿足充放電過程操作的實(shí)時性要求。
（2）據(jù)鏈路層協(xié)議參考HDLC，采用短幀定長傳送，每幀有效字節(jié)為7個。應(yīng)用層要求實(shí)現(xiàn)即時數(shù)據(jù)上裝、歷史數(shù)據(jù)上裝、控制參數(shù)數(shù)據(jù)下載和命令下發(fā)等功能。
（3）本系統(tǒng)采用主站輪詢的主從方式，由主站發(fā)起通信，沒有網(wǎng)絡(luò)沖突；由主站選擇它要求通信的次站，各次站可以有不同的優(yōu)先級。相對于總線式控制網(wǎng)絡(luò)，這種方式易于理解和實(shí)現(xiàn)。
6結(jié)束語
實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行表明，該多回路化成充放電控制器具有較好的人機(jī)對話窗口，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，參數(shù)設(shè)置靈活，有較強(qiáng)的適應(yīng)性。系統(tǒng)軟硬件設(shè)備工作正常，功能齊全，穩(wěn)定可靠，具有完善的系統(tǒng)自診斷、故障定位功能。而且具有成本低、體積?。?0×160×100）的特點(diǎn)。
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