蓄電池監控系統的以太網接口設計

1引言

　　蓄電池的化成充放電過程是一個在外加電壓下復雜的化學反應過程，需要監控系統對極板電流電壓值進行監視并對充放電參數不斷調整。一般一個蓄電池生產廠有上十臺甚至上百臺化成充電機在各自控制系統的控制下同時運行，而這些控制系統通常以RS485/CAN總線連接，通過串口與上位機實現主從式通信。隨著網絡化日益普及，出現了底層依然采用RS485總線連接，而留出以太網接口直接用于與企業內部網連接。這里重點講述以太網連接的實現過程。

　　2監控系統的組成及原理

　　該系統以AVR為主控制核心，由CS5460A實時采集電流電壓值發送到主控制器。主控制器根據實時數據，采取特定充放電機制，由D/A轉換器TLC5615通過電壓跟隨器輸出0～5 V電壓以控制外部電源電路，進而對蓄電池極板進行不同的充放電過程。選用RTL8019AS作為網卡，系統內嵌uIP協議棧，從而實現了監控系統與PC機的以太網連接。其基本結構如圖1所示。

　　3系統硬件設計

　　3.1主控制器的選擇

　　Atmega128采用RISC結構，128 Kb可在系統編程/應用編程Flash程序存儲器，4 Kb EEPROM，4 Kb SRAM，豐富的片內資源很方便運行一個小型的操作系統，如μC/OS-Ⅱ可以嵌入TCP/IP協議。

　　3.2數據采集電路設計

　　CS5460A器件負責采集極板的電流電壓瞬時值，它是一種帶有能量計算引擎的CMOS單芯片功率測量器件，可以測量瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、能量以及RMS電流和RMS電壓。它采用SPI接口與主機對應接口連接，具有4個I/O口，分別是片選CS、數據串入SDI、數據串出SDO和串行時鐘SCLK。為避免外部干擾，它與主控制器之間由光電隔離器件6N137進行隔離。數據采集電路如圖2所示。其中，VIN+，VIN-為電壓輸入端，用于檢測充放電回路中的瞬時電壓值;IIN+，IIN-為電流輸人端，用于檢測瞬時電流。豐控制器外擴并行存儲器AM29F040B及時保存采樣值，外接串行EEP-ROM AT24C04保存充放電參數。

　　3.3以太網接口電路設計

　　RTL8019AS是一種高度集成的10 MB以太網控制器，與NE2000兼容，支持8位、16位數據總線;內置16 KBSRAM緩存;可連接同軸電纜和雙絞線，并可自動檢測所連接的介質，其連接電路示意圖如圖3所示。

　　RTL8019AS的JP引腳決定網卡的工作方式。設計中JP引腳接高電平(VCC=+5 V)，即使用跳線方式，此時可省掉外部EEPROM。主機通過I/O模式訪問以太網控制器。RTL80-19AS工作在8位模式下，其引腳IOCS16B經電阻接地，所有的控制功能或數據傳輸都是通過訪問地址偏移為00H～1FH寄存器完成的，所以只需5條地址線(SA4～SA0)即中。在跳線方式下RTL8019AS的I/O地址由引腳IOS3～IOS0決定。將IOS3～IOS0對應引腳全部接低電平，SA8和SA9接高電平，這時RTL8019AS的I/O基地址為300H。8位數據線是SD0～DS7。PL0和PLl1地，采用雙絞線連接。AEN是地址使能端，低電平有效。