基于STM32的蓄电池状态检测系统设计

基于STM32的蓄电池状态检测系统设计

宋易，唐杰，刘白杨，李冬，张开炬，盛立春

(邵阳学院，湖南部阳，422000 )

摘要：针对蓄电池受温度影响，导致荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)测量精度低等问题。建立了蓄电池温度与蓄电池状态检测 误差之间的关系式，设计了基于STM32的蓄电池状态检测系统并制作了样机。实验测试结果表明,该检测方法在蓄电池状态检 测上具有较高的准确性和快速性，为后续蓄电池充电控制器的设计和提高充电使用寿命奠定了基础。关键词：蓄电池；状态检测；STM32 ;充电控制器

Design of battery status detection system based on STM32

Song Yi,Tang Jie, Liu Baiyang, Li Dong, Zhang Kaiju, Sheng Lichun

(Shaoyang University, Shaoyang Hunan, 422000)

Abstract: In view of the effect of the temperature on the storage battery, the charge state (SOC) and the

health state (SOH) measurement precision are low. Set up the temperature of the battery and the detection of the state of the batteryThe relationship between errors is designed, and a battery state detection system based on STM32 is designed and a prototype is made. The test results show that the detection method is detected in the state of the battery. The test has high accuracy and rapidity, which lays the foundation for the design of the battery charging controller and the improvement of the charging service life. Keywords: battery; state detection; STM32; charge controller

〇引言

如今蓄电池应用非常广泛，蓄电池检测技术是提高蓄电池使 用寿命，进一步推广应用的关键技术之一。采用先进的检测技术 能够准确地检测蓄电池电压、温度等状态参数，有效地提高蓄电 池的工作性能，延长使用寿命。

众多专家、学者从不同角度对蓄电池检查与控制技术开展 深入研究，取得了丰硕的成果。文献[1]提出了基于计算机的检测 系统,该系统检测参数较多，智能化程度较高。文献[2]提出了基于 STC2C5A60S2的检测系统，该系统可以检测电压、温度及内阻等物 理量,具有操作简便的特点。文献[3]提出了基于恒流放电-电压 估算法的剩余电量检测系统,该系统在误差允许范围内具有良好 的应用性。为了提高蓄电池电池荷电状态(SoC)检测精度，文献[4] 提出了基于神经网络的电池SoC的预测模型，但模型复杂，本文 通过直接建立蓄电池电压与SoC近似关系得到简单快速确定蓄 电池SoC方法。

本文在前人工作的基础上，建立了蓄电池温度和状态参数之 间的关系式，解决了蓄电池受温度影响，状态参数测量精度低的 问题，通过制作样机并测试，验证了本方法的可行性和有效性。

加了按键和报警功能。采集到的温度、电压、电流等数据可以通过 上位机软件在上位机上显示。系统框图如图1所示。

图1系统框图

2系统硬件电路设计2.1 STM32最小系统设计

选用STM32F103ZET6作为系统处理器，该芯片功能丰富，内 带A/D转换,使实验更方便且成本本降低。它采用集成技术制造， 将32位CRJ和可擦除存储器集成在一个芯片中，并且功耗低， 适用于弱电控制系统，还具有强抗千扰,体积小、计算速度快等特 点。最小系统主要用于数据的传送，接受和处理，是整个大系统的

1总体方案谢十

研宄和实验的内容包括STM32控制器、电压检测模块、温度 检测模块、液晶显示模块、按键模块、串行通信模块等。电压检测 电路检测出的模拟信号经过A/D转换变成数字信号，然后信号传 输到STM32处理器,最后在液晶上显示；温度检测模块直接检测 出数字信号传输给单片机，然后在液晶上显示。在此基础上还增

基金项目：2017年度湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（湘教通(2017〕205号)。

座 甲孑测ii!

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核心组成。

2.2电压检测电路

系统中对蓄电池的工作电压进行了监测。蓄电池的工作电压 体现了蓄电池的充放电特性,并且可以判断蓄电池是否过度充电 或者过度放电，有利于电池的长期使用。平均电压检测硬件电路 如图2所示，通过电阻分压，将蓄电池电压转换成MCU可检测的 微弱电压。分压电阻并联10uF的电容，保证电压波动变化小，中 间接电压跟随器之后，再接一级RC滤波，尽量保证输出的微弱电 压波动小。最终接入STM32F103ZET6的A/D 口，经转换后的值可 近似看作其蓄电池端电压的平均值。电压检测电路如图2所示。

2.3温度检测电路

DS18B20是常用的数字温度传感器，具有体积小，硬件开销 低，抗干扰能力强,精度高的特点，在蓄电池温度检测系统中得到 了广泛应用[5]。温度检测典型电路如图3所示。

2.4液晶显示设计

系统电压、电流、温度模块上的数据传送到MCU,再通过MCU 传送到液晶上显示。系统使用LCD显示电压、温度等数据，LCD 通过接口组连接至单片机，使整个系统直观的显示各项数据。

3系麵牛谢十

在硬件设计工作基础上进行程序设计，程序流程图如图4所 示，上电之后分别初始化A/D采样端口、LCD、定时器、串口通讯模 块、外部中断、按键扫描等。分别对、蓄电池电压、电流、温度、等信 息进行采集而后进行储存，然后进行数据显示和上传，并设置其数 据更新上传周期为ls»为了动态采集蓄电池工作信息，程序会一 直处于蓄电池从充满至完全放电再到充满的不断的循环过程。

SIMM

设计与研发图4主程序流程图

3.1电压麵部^獅

以下是ADC的I/O配置程序。电压是模拟信号，所以程序

还需配置为模拟输入。GPIO_InitStructure_ GPI0_Mode=GPI0_ Mode_AIN;//模拟输入

3.2酿翻部分酿

以下是DS18B20的复位程序。 void DS18B20_Rst(void)

{ DS18B20—10—OUT (); \"SET PAO OUTPUT DS18B20_DQ_0UT=0; //拉低 DQ delay_us(750); //拉低 750us DS18B20_DQ_0UT=1; //DQ=1 delay_us(15); //15US }

3.3纖部

以下是对按键的部分定义程序。

ttdefine KEY1 GPIO_ReadInputDataBit(GPI0E,GPI0_ Pin_4) //读取按键1

ttdefine KEY2 GPIO_ReadInputDataBit(GPI0E, GPI0_ Pin_5) //读取按键2

ttdefine KEY3 GPIO_ReadInputDataBit(GPI0E, GPI0_ Pin_6) //读取按键3

4 果和分析

图5为系统电路图，包含电压采样电路、温度检测电路等。实

物图如图6所不，图7为状态显7K。

经验证，本系统能够实现对电压、电流、温度的检测，系统精 度较高，且适用范围较广，结构简单，使用起来比较方便，能使用于 人不能到达的环境。系统实现对电压、电流、温度的参数的实时监 控，能够更全面的了解蓄电池的荷电状态S0C和健康状态S0H。

(下转第73页）

11 I

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网络与信息工程改为向上插入，并在外侧设置可打开关闭的防护盖，有效的减小 了接线插头的占用空间，并且防止碰撞掉落。

在终端面板上加装单独控制各种信号的开关，在不使用时将 其他信号关闭，只需打开使用的信号即可，可以有效的防止干扰， 减小辐射。

多种移动通信合路信号通过馈线与合路器相连，然后馈入到 CATV线缆中，通过CATV线缆传输到用户室内，根据需求再经过 分配器分成N路信号，经CATV线缆传输到不同室内区域的面板 式分离器或一体化终端，由面板式分离器或一体化终端将CATV 线缆中的移动通信信号分离并提取出来完成移动通信的室内深 度覆盖。

基于CATV系统的移动通信网络，它利用现有的CATV线缆 作为无线信号的传输媒介，实现室内移动通信网络的深度覆盖， 具体工作原理如下：（1)将已经合并的移动通信信号和CATV信 号进行合路；（2)将合路后的信号通过现有的CATV网络传输至 各房间；（3)在各房间通过一体化无源终端将移动通信信号和 CATV信号进行分离；（4)分离后的CATV信号连接电视机，移动 通信信号通过一体化无源终端内置的天线将信号发射至空间，实 现CATV信号传输和移动通信信号覆盖。

本方案采用无源设备，是一种纯介质网络，避免了外部有源 设备引入的干扰，减少了对前端移动通信设备的影响。

通过低通滤波器将有线电视信号通过CATV线缆接头连接 至有线电视。通过高通滤波器将移动通信信号通过美化贴片天线 发射到无线空间。增加移动通信信号射频开关，用户可根据自己 的需求关闭移动通信信号发射与否。该面板还提供了以太网信号 接头，满足用户的个性化需求。本一体化终端在底盒中加装了固 定架，面板与底盒卡接,在平时拆装时不需要拧螺丝，即可方便拔 插，并且增大了天线面板的面积,在面板上设置TV，网络，电话等 多种接口。

一体化终端面板上的各种接口为垂直向下设计，连接线插头

3结语

我们对于此类方案，建议用于结构复杂、各类网络均有需求 且对于网络要求较高，再者此类场景不存在太多的资源归属纠 纷，对于网络实施来讲更加便利。且由于高档酒店，对于内部装饰 要求较高，通过融合终端能够减少各类终端数量，不改变原有酒 店环境。

在实际试验中，我们在唐山万达洲际酒店进行了现场的使 用，由于该场景对于网络信号要求较高，由于楼宇内部结构复杂 对于各类信号的阻碍损耗较大。另外，由于该场景为酒店，各种资 源的产权由万达集团所有，在项目实施阶段不存在产权纠纷。在 方案场景中，通过CATV同轴电缆传输信号，能够有效的减少信号 在传输过程中的损耗，从而达到有效覆盖的目的。且对于酒店的 环境未造成美学影响。

参考文献

[1]韩斌杰.GSM原理及其网络优化（第2版）[M].机械工业出

版社,2009.1.1.

[2]郭宝，张阳，李治文.21世纪移动通信技术丛书：TD-

LTE无线网络优化与应用[M].机械工业出版社，第1 版，2014.11.1.

(上接第11页)

表1参数偏差量表

参数

电压温度

标准值

5V20°C

实际值

4. 5V19. 5°C

偏差量

0.50.5

参考文献

[1]

胡旦，孙佳，杜灵根，李俊.基于STM32的蓄电池检测系统设计[J].船电技术,2017,37(04):77-80•

[2] 彭育强 ，张薇琳 .基于 STC 单 片机的蓄电池检测系 统设计 [J].

工业设计,2016(09): 167-168.[3] [4]

季国栋.蓄电池性能及剩余容量检测仪设计[D].河北大学，2015.

刘明忠，崔弘，羊行，余岷，李迅波，于文杰.嵌入式蓄电池SoC检测系统研究与设计[J].电子技术应 用，2014,40(09):58-61.[5]

李佳怡.基于单片机的蓄电池温度检测系统设计[J].电子技术与软件工程,2014(21):262-263.

作者简介

宋易（1997.2-),男，汉族，籍贯湖南岳阳，本科生，研究方向：

电气自动化控制系统分析与设计。

唐杰（1975.9--),指导教师，男，汉族,籍贯湖南邵阳，教授，研究

方向：电力电子技术。

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