基于物聯(lián)網(wǎng)的鋰電池遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池遠(yuǎn)程智能監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于物聯(lián)網(wǎng)的鋰電池遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)。
[【背景技術(shù)】]
[0002]隨著傳統(tǒng)能源的不斷消耗以及開發(fā)成本的不斷提高，各行各業(yè)對(duì)新能源的需求越來越大。作為新能源的鋰電池的出現(xiàn)，大大減少了各行各業(yè)對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。當(dāng)越來越多的鋰電池投入到使用中，鋰電池的工作狀態(tài)的監(jiān)控就顯得尤為重要。鋰電池的狀態(tài)好壞直接會(huì)影響設(shè)備的工作效率，同時(shí)對(duì)鋰電池監(jiān)控價(jià)格也比較昂貴。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種方便、高效的基于物聯(lián)網(wǎng)的鋰電池遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明充分考慮到物聯(lián)網(wǎng)ZigBee無線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，目前ZigBee無線通訊的最大距離不超過100m，所以本發(fā)明采用了使用基站節(jié)點(diǎn)的方案，成功解決了距離問題。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于物聯(lián)網(wǎng)的鋰電池遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括信息采集模塊、信息處理及中轉(zhuǎn)模塊、監(jiān)控及數(shù)據(jù)中心模塊、信息發(fā)布模塊以及各模塊之間的無線傳輸?shù)取?br>[0006]所述信息采集模塊通過標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4無線電信道與所述信息處理及中轉(zhuǎn)模塊無線連接，所述信息處理及中轉(zhuǎn)模塊通過標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4無線電信道與所述監(jiān)控及信息中心模塊無線連接，所述監(jiān)控及信息中心模塊通過普通無線電信道與所述信息發(fā)布模塊無線傳輸連接，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間通過標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4無線電信道無線連接。
[0007]所述信息采集模塊包括:可編程數(shù)據(jù)選擇器、電壓傳感器、物聯(lián)網(wǎng)中繼節(jié)點(diǎn)；通過把可編程數(shù)據(jù)選擇器的輸入端與鋰電池輸出端相連接，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可編程數(shù)據(jù)選擇器加一個(gè)電壓傳感器和一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)中繼節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)對(duì)多個(gè)鋰電池進(jìn)行電壓信號(hào)的監(jiān)控。電壓傳感器可以通過有線的方式與物聯(lián)網(wǎng)中繼節(jié)點(diǎn)相連接，也可以把電壓傳感器直接嵌入到物聯(lián)網(wǎng)中繼節(jié)點(diǎn)當(dāng)中去，兩種方式要通過具體的情況去選擇。
[0008]所述信息處理及中轉(zhuǎn)模塊包括:DSP、ARM、物聯(lián)網(wǎng)基站節(jié)點(diǎn)；本模塊充分考慮到物聯(lián)網(wǎng)基站節(jié)點(diǎn)的能耗以及數(shù)據(jù)處理能力低。用強(qiáng)數(shù)據(jù)處理功能的DSP去代替物聯(lián)網(wǎng)基站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。其中包括DSP對(duì)物聯(lián)網(wǎng)基站節(jié)點(diǎn)接收到的電壓進(jìn)行采樣、濾波、FFT變換、計(jì)算SOC等一系列的操作。通過串口把經(jīng)過DSP處理的數(shù)據(jù)傳送到ARM中去，通過ARM對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這里通過對(duì)鋰電池的工作狀態(tài)的了解，用編程的方法，讓ARM去記錄數(shù)據(jù)的故障。這里用到的是模糊故障診斷的算法，使用了模糊故障診斷的算法精度大大提高了。ARM還可以把每次DSP所分析的數(shù)據(jù)在IXD顯示屏上進(jìn)行分通道顯示，這里可以用算法根據(jù)前面所述可編程數(shù)據(jù)選擇器的采樣時(shí)間分辨所采集信息的編號(hào)，把每個(gè)信道的信號(hào)顯示在LCD的不同行，這樣方便工作人員對(duì)每組數(shù)據(jù)的觀察。最后通過物聯(lián)網(wǎng)基站節(jié)點(diǎn)把故障數(shù)據(jù)發(fā)出；
[0009]所述模糊故障診斷算法如下:在建立規(guī)則庫時(shí)，先定義故障診斷系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的電池癥狀，有以下幾點(diǎn):充電時(shí)電池電壓上升快；放電時(shí)電池電壓下降快；充電時(shí)電壓極高，放電電壓極低；電池故障也是模糊集合，每一種故障都可以用隸屬度來表不。電池每一個(gè)故障與每一個(gè)癥狀之間都存在著模糊關(guān)系。模糊故障診斷方法就是首先建立起癥狀隸屬度與故障隸屬度的模糊向量集合，然后把每一個(gè)癥狀與每一個(gè)故障之間的模糊關(guān)系用隸屬度表示，構(gòu)成一個(gè)模糊關(guān)系矩陣，最后根據(jù)癥狀隸屬度模糊向量和模糊關(guān)系矩陣可以求得故障隸屬度的模糊向量，從而得到各種故障存在的傾向性，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池故障的正確判斷，以便及時(shí)的進(jìn)行補(bǔ)救。電池組故障模糊診斷系統(tǒng)以信號(hào)采集電路所采集到的電池電壓為依據(jù)，結(jié)合知識(shí)庫中保存的鋰電池使用和維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則，利用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中癥狀與故障之間的模糊關(guān)系以及設(shè)定的診斷規(guī)則，采用模糊綜合評(píng)判的方法對(duì)電池故障進(jìn)行診斷；本系統(tǒng)的規(guī)則庫的建立如下，把m種故障和η個(gè)癥狀的模糊關(guān)系矩陣保存在數(shù)組DIAG[a][b]中，這個(gè)數(shù)組里保存的是代表規(guī)則里各個(gè)癥狀因素對(duì)故障的作用和影響大小的加權(quán)修正值。
[0010]如果電池的癥狀隸屬度依次為:a = [ μχ1, μ χ2, μ χ3...μχη]Τ;
[0011]故障隸屬度依次為β = [μν1, μν2, μ ν3...μ J'
[0012]則一個(gè)具體故障的隸屬度μ it可用以下公式表示:
[0013]yit= (DIAG[a] [1]*μ χ1) + (DIAG[a] [2]* μ χ2+...(DIAG[a] [η]* μ χη))
[0014]數(shù)組DIAG中各元素的大小是規(guī)則的關(guān)鍵部分，不斷用試驗(yàn)驗(yàn)證，不符合的反復(fù)調(diào)整，直到結(jié)果與電池的故障狀態(tài)符合為止。
[0015]所述監(jiān)控及數(shù)據(jù)中心模塊包括:PC、物聯(lián)網(wǎng)基站節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫；本模塊通過物聯(lián)網(wǎng)基站節(jié)點(diǎn)接收到上一模塊物聯(lián)網(wǎng)基站節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的數(shù)據(jù)，通過PC顯示故障數(shù)據(jù)，由PC前的工作人員對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析。PC把每次故障的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。
[0016]所述信息發(fā)布模塊包括:手機(jī)、平板電腦等其他無線通訊設(shè)備；本模塊不定期的接收數(shù)據(jù)庫發(fā)出的信息。
[0017]所述可編程數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)的是多路數(shù)據(jù)輸入，單路數(shù)據(jù)輸出的功能。本可編程數(shù)據(jù)選擇器可以根據(jù)需要監(jiān)控的鋰電池的具體數(shù)量去選擇內(nèi)部的具體功能，由于單片機(jī)的I/o 口數(shù)量有限，所以可編程數(shù)據(jù)選擇器的內(nèi)部設(shè)置兩種方式，當(dāng)需要監(jiān)控的鋰電池?cái)?shù)量小于24個(gè)時(shí)，選擇用單片機(jī)的I/O 口直接去接繼電器模塊；當(dāng)需要監(jiān)控的鋰電池?cái)?shù)量較多時(shí)，選擇用74LS377模塊去擴(kuò)展單片機(jī)的I/O 口，通過此方法，可以一次性監(jiān)控N路鋰電池。下面是具體可編程數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)一種功能，本功能接入了 74LS377模塊。
[0018]可編程數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端可以根據(jù)用戶的需要，自定義輸入電壓的路數(shù)，與電壓輸入端直接相連的是可編程數(shù)據(jù)選擇器的繼電器模塊。通過單片機(jī)接入74LS377模塊間接對(duì)繼電器模塊進(jìn)行控制，具體如下:當(dāng)N路電壓輸入到可編程數(shù)據(jù)選擇器時(shí)，通過繼電器模塊分別給N路電壓輸入分配單元，然后通過單片機(jī)分配通道，通過LCD顯示屏顯示當(dāng)前采樣通道數(shù)。
[0019]下面是具體的一種實(shí)現(xiàn):當(dāng)電壓輸入時(shí)，用單片機(jī)接入74LS377模塊對(duì)繼電器模塊進(jìn)行控制，對(duì)輸入I進(jìn)行采樣，采樣時(shí)間可以自己設(shè)定，輸出；然后對(duì)輸入2進(jìn)行采樣，輸出，當(dāng)?shù)阶詈笠粋€(gè)輸入η時(shí)進(jìn)行采樣，輸出，并返回到輸入I。當(dāng)不出現(xiàn)故障時(shí)，一直循環(huán)此操作。LCD實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前采樣通道數(shù)，而這里的采樣時(shí)間是由單片機(jī)中的定時(shí)器進(jìn)行控制的。
[0020]當(dāng)后續(xù)數(shù)據(jù)處理過程中遇到數(shù)據(jù)有故障時(shí)，可通過無線通訊模塊對(duì)單片機(jī)進(jìn)行指令，單片機(jī)通過接入74LS377模塊使所述故障的那一路信號(hào)一直導(dǎo)通，(相當(dāng)于此路I/O 口控制的繼電器一直置“I”)，這樣就可以一直采集數(shù)據(jù)達(dá)到分析故障的目的。當(dāng)故障排除時(shí)，可以通過無線通訊模塊使可編程數(shù)據(jù)選擇器恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。還有一種方式，工作人員可以現(xiàn)場通過對(duì)IXD的選擇通道，使單片機(jī)接入74LS377模塊一直導(dǎo)通所選擇的I/O 口通道，這里用到了 IXD的觸屏功能。
[0021]本可編程數(shù)據(jù)選擇器模塊中IXD具體有兩種工作模式:模式I為顯示當(dāng)前的通道數(shù)；模式2為可以通過觸摸屏選擇所需導(dǎo)通的通道數(shù)。
[0022]通過此可編程數(shù)據(jù)選擇器主要有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):
[0023]I)大大減輕了后續(xù)數(shù)據(jù)的處理量，因?yàn)橐话闱闆r下鋰電池的工作狀態(tài)是正常的，那么就不需要一直進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。因?yàn)閷?duì)數(shù)據(jù)一直采集，后面的數(shù)據(jù)處理量會(huì)相當(dāng)?shù)拇螅@然效率降低了，同時(shí)存在著很多的無用功。通過可編程數(shù)據(jù)選擇期即可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)采樣的功能，還不影響后續(xù)對(duì)故障的分析。
[0024]2)通