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集成RFID的電池充放電參數(shù)采集節(jié)點設(shè)計

作者：陸鎮(zhèn)華,秦理

來源：電子技術(shù)

日期：2014-05-28 11:14:52

摘要：文中針對電磁干擾和遮擋非常嚴重的電池生產(chǎn)車間的復(fù)雜環(huán)境，設(shè)計一種集成RFID的電池充放電參數(shù)采集節(jié)點。在每一個電池上放置一個無線節(jié)點，能實時獲取每個電池在充放電過程的電流、電壓、溫度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集。全過程不需人工干預(yù)進行實時監(jiān)控，同時將充放電過程的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，以實現(xiàn)電池售后的質(zhì)量跟蹤和追溯。相對于傳統(tǒng)電池充放電方法，采集節(jié)點將充放電過程的監(jiān)控做到了自動化、專家化。

關(guān)鍵詞：RFID傳感器電子標簽

　　電池在出廠之前一般都要經(jīng)過一道充放電工序，對電池的性能進行檢測，這對于保證電源供電可靠性具有十分重要的作用。充放電過程需要檢測的參數(shù)一般包括：充放電電壓、充放電電流、電池溫度、內(nèi)阻、荷電狀態(tài)(SOC)、劣化狀況(SOH)，以便于處理極扳活性物質(zhì)凝結(jié)、測試電池性能、防止極板鈍化，保證電池質(zhì)量。根據(jù)中國郵電電信總局頒發(fā)的《電信電源維護規(guī)程》的要求，所有閥控式鉛酸(VRLA)蓄電池出廠前都要進行進行2～3次充放電試驗，考驗和檢測各相技術(shù)指標。

　　本論文設(shè)計一種集成RFID電子標簽的傳感器節(jié)點，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集，在采集的電壓、電流、溫度值之后將數(shù)據(jù)存儲在電子標簽中，由上位機上的讀卡器實時讀取。另外根據(jù)電池企業(yè)的特殊應(yīng)用背景，電池生產(chǎn)線上布置大規(guī)模、高密集度的RFID標簽，必須設(shè)計快速大批量讀取的RFID讀寫器，將RFID技術(shù)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行融合。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般不關(guān)心某一節(jié)點的位置，因此對節(jié)點一般都不采用全局標識，而RFID技術(shù)對節(jié)點的標示有著得天獨厚的優(yōu)勢，將兩者結(jié)合共同組成網(wǎng)絡(luò)可以相互彌補對方的缺陷，網(wǎng)絡(luò)既可以考慮到每一個電池的充放電過程的電流、電壓信息，也可以利用RFID的標識功能輕松的找到每一個電池的具體位置。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜合了傳感器、嵌入式計算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信、分布式信息處理等多領(lǐng)域技術(shù)，是工業(yè)控制的前沿技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣闊。本文設(shè)計的節(jié)點由集成RFID電子標簽的傳感器組成，兼有電子標簽和傳感器的功能。外形設(shè)計小巧，只有打火機體積大小，接在每只電池的兩個端子上。充放電機工作時，傳感器節(jié)點采集數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)存儲在電子標簽中，安裝在上位機上的讀卡器將采集數(shù)據(jù)實時讀取。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用自組織協(xié)議支持下的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，在電磁干擾和遮擋干擾都非常嚴重的生產(chǎn)車間，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運作，并且信息采集的可靠性也比有線采集提高了一個數(shù)量級。

　　1 集成RFID的智能節(jié)點的硬件設(shè)計

　　該智能節(jié)點由微控制單元、傳感器采集單元、射頻收發(fā)器、RF天線、內(nèi)部存儲器單元和供電單元6部分組成。集成RFID電子標簽的智能節(jié)點被放置在電池頂端，接口連接電池兩個極板，傳感器采集單元負責(zé)采集電池的電流、電壓、溫度等信息，采集的電量信息暫存在內(nèi)部存儲器中，微處理器在合適的時候?qū)?shù)據(jù)進行處理，由SPI接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到電子標簽，電子標簽中的信息通過射頻收發(fā)器發(fā)送出去，由上位機上的讀卡器實時讀取。整個節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。