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1、基于单片机的车载超级电容测试系统设计提供的两组串联不对称电极双电层超级电容组件。1.2系统原理介绍超级电容治理系统可以实现对超级电容工作电流和电压的实时收集，超级电容治理系统整体构造框图如图1所示，系统共由3个主要模块组成：现场电压、电流、收集与调理模块即收集模块，信号隔离与MCU信号处理模块即中央处理模块，电源治理模块，收集模块内、霍尔电压、霍尔电流传感器分别为超级电容电压和电流进展现场收集，收集信号经过仪用放大、然后转化为4mA-20mA电流信号并发送到中央处理模块，中央处理模块内，收集模块发送的4mA-20mA电流信号，经过电流电压变换后，再进展隔离放大、AD转换并送到MCU，MCU将数
2、据处理后通过CAN接口传送到上位机，当检测到数据异常时MCU输出故障信号，以便工作人员能及时采取措施，电源治理模块为各功能模块提供稳定隔离的电压，增加RS232通讯串口，以便MCU程序烧录。IMG=系统原理/uploadpic/THESIS/2007/12/20071221104545470039.jpg/IMG1.3各主要模块的实现本测试系统分别采用四块电路板，以实现三大功能模块收集模块、中央处理模块和电源治理模块。即电压收集与初调理板、中央处理板和电源板，下边着重介绍电压、电流收集模块和中央处理模块的实现。1.3.1收集模块的实现收集模块包括总线电流的收集、总线电压的收集两个局部，图2即为
3、电流收集原理图，采用霍尔电流传感器隔离被测系统，比传统的基于电阻采样的电流分压电路精度高，平安性能好，抗干扰才能强，本文选用Honywell公司的基于磁补偿原理的霍尔闭环电流传感器CSNK591，测量范围1200A，线性精度到达0.1%，总体精度到达0.5%，响应速度小于1s，完全知足了系统的要求。收集信号经精细电阻转变为电压信号，再由仪用放大器放大为5V双极性电压信号，系统选用AD620BR仪用放大芯片，该芯片在增益较低时具有较大的共模抑制比G=10时，共模抑制比最小为100dB，能较强地抑制由于温度、电磁噪声等因素引起的共模干扰，放大信号通过OP27GS芯片抬升至0-10V单极性信号，经过
4、射极跟随器送至变送器XTR110KU，转为4mA-20mA的电流信号送到中央处理模块，之所以将收集信号转变为4mA-20mA电流信号，是考虑到与工业接口标准的统一，并采用电流传感抗干扰才能强。总线电压的收集同样选用基于磁补偿原理的闭环霍尔电压传感器VSM025A，实现原理与电流收集一样。IMG=收集模块的实现/uploadpic/THESIS/2007/12/2007122110455337429Q.jpg/IMG1.3.2中央处理模块实现中央处理模块是测试系统的核心局部，包括MCU和AD单元、模拟信号二次调理单元、故障输出单元和CAN接口单元等，如图3所示。IMG=中央处理模块实现/uplo
5、adpic/THESIS/2007/12/20071221104648720749.jpg/IMG收集模块输入的4mA-20mA电流信号首先经过模拟信号二次调理单元，进展信号的变送、隔离、滤波和放大。模拟信号的隔离方式很多，常用的方法为隔离放大器、线性光耦和电压频率转化，其中隔离放大器和线性光耦隔离电压高、抗干扰才能强、线性度高，但线性光耦隔离线路复杂，需要调整的参数较多，并且当输出电压比拟小时，线性度较差，故本文选用BB公司高精度ISO124U隔离运算放大器完成输入模拟信号的隔离，隔离后的信号经5阶Butterworth低通滤波MAX280电途经滤高频干扰，随后通过一射极跟随器送出。二次调理
6、后的收集信号，经过12位高速AD7891送至MCU，MCU对数据进展处理并将数据通过CAN接口传送到上位机，单片机选用STC系列8位高速单片机STC89C58RD+。该单片机具有强抗干扰性，4kV快速脉冲干扰EFT和高抗静电ESD，可通过6000V静电，很好地知足了超级电容高电压大电流的工作环境，该单片机可实现6时钟形式，在本系统采用24M晶振情况下，单片机工作频率可到达4MIPS，相当于普通51系列单片机运行速度的4倍。另外，测试系统设置3通道故障诊断输出，能显示欠压、过压、过流等状态，测试系统与上位机采用抗干扰才能强、稳定性好的CAN通讯方式，保证测试系统送入上位机数据的可靠性。实际系统有
7、模拟15V，数字5V，模拟12V供电需求，电源治理模块在提供系统各局部所需电压的同时，进展模拟、数字电路隔离，进而防止两类电压相互影响，各局部电源入口都增加了TVS保护，防止浪涌电压对系统的损坏，同时在众多电源入口处设置相应的滤波电路，如在AD供电入口处增加了形滤波电路，较好地消除电源信号对所供电路的干扰。另外，外部连线均采用屏蔽线，能较强地屏蔽线路传输中的电磁干扰，所有电流板使用型材铝盒包装，采用标准航空接头与外界联线，这样在保护电路板的同时隔离外界磁场。2测试系统实测结果比照及分析2.1测试内容实验选定以70A和150A两种形式对两组串联的超级电容组件进展充放电测试，首先，对电容进展恒流充
8、电，当总线电压到达300V时，转为恒压充电，当总线电流降低到10A时进展70A恒放逐电，如此循环测试5个周期。2.2实验结果及分析图4、图5、给出了两种情况下的测试曲线比照，其中，表示70A和150A的两种标准测试情况下，电流的变化曲线，图4、图5表示两种情况下，电压曲线特性，可以看出两者的匹配程度很好，电压测试精度高于电流测试精度，这是由于一方面充放电系统本身电压比电流控制精度要高，另一方面电流传感器安置在电容箱体内并且仅靠单体电容，电容充放电时产生的噪声干扰比拟严重，同时，霍尔电流传感器孔径较大，穿过电流总线后仍有一定空隙，在一定程度上影响了测试精度，比照各组电流曲线，可以看出随着电流的增
9、大，测试结果的相对误差减小，但绝对误差保持一致，不超过3A。IMG=70A电压曲线特性/uploadpic/THESIS/2007/12/2007122110542553884P.jpg/IMGIMG=150A电压曲线特性/uploadpic/THESIS/2007/12/2007122110543355806H.jpg/IMG本文给出一种车载超级电容测试系统，该系统采用基于磁补偿原理的霍尔闭环电流、电压传感器收集总线信号，以抗高压脉冲干扰的STC51高速单片机进展信号处理，并采用仪用放大、电流传输、模拟信号隔离、5阶低通滤波等措施，尽可能地减少信号传输经过的噪音，通过对超级电容组件充放电测试，说明本系统具有抗干扰才能强，检测精度高等优点，能很好的知足车载超级电容高电压大电流环境下的测试要求。0