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基于ZigBee技术的蓄电池在线监测系统的研究与设计

作　者: 钟艮林
导　师: 詹林
学　校: 安徽理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 蓄电池 无线传感器网络 ZigBee SOC SOH
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 67次
引　用: 2次
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内容摘要


无线传感器网络具有低费用、能克服恶劣环境、布局简单方便等优势,已是目前国际上备受关注的新兴研究领域。在无线通信方面,目前已出现了蓝牙(Bluetooth)、Wifi、超带宽无线(UWB)和ZigBee等无线网络技术。但是,现在更多的工业应用和家庭控制需要一个低功耗、低成本、安全性高的无线通信技术,ZigBee技术就是在这种情况下诞生的。本文首先介绍了蓄电池和ZigBee技术相关基础知识,接着从ZigBee协议物理层、MAC层和网络层方面对ZigBee协议做进一步深入分析。根据系统功能需求,组建ZigBee星型网络拓扑结构,实现系统无线通信模块设计。其次,在综合分析目前蓄电池荷电状态的估计方法和系统具体功能要求的基础上,提出了蓄电池SOC预测方法——安时法。该方法具有简单易行的特点,它将蓄电池视为一个封闭的系统,只通过蓄电池的外部参数来预测电池SOC,而不去研究蓄电池内部各参数间的关系。安时法的这种特性,使它适合于各种蓄电池的SOC预测,这也满足本论文的要求。再次,设计一个可在线监测蓄电池劣化程度的模型。任何类型的蓄电池的劣化程度都无一例外地与其内阻相关。通过对电池内阻的分析,可以实现在线监测蓄电池劣化程度的模型。本文的硬件平台解决方案是：射频芯片CC2430和主控芯片S3C2410。在这个硬件平台上,实现了对蓄电池的电压、电流以及温度的采集。通过蓄电池自身供电,为电源模块设计带来方便。最后,对论文的工作进行了总结,对论文的后续工作提出了相关建议和展望。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-15
  1.1 常用蓄电池种类  11-12
  1.2 无线传感器网络及其发展现状  12-13
  1.3 课题研究的意义  13-14
  1.4 本文研究内容  14-15
2 ZigBee技术  15-24
  2.1 ZigBee技术概述  15-17
  2.2 ZigBee网络结构  17-19
  2.3 ZigBee栈体系结构  19-24
    2.3.1 ZigBee网络功能概述  20-22
    2.3.2 原语的概念  22-24
3 蓄电池荷电状态的估计方法研究  24-31
  3.1 影响蓄电池荷电状态的因素  24-25
  3.2 蓄电池SOC估计方法  25-27
    3.2.1 开路电压法  25
    3.2.2 安培小时法  25-26
    3.2.3 内阻法  26
    3.2.4 模糊推理和神经网络  26
    3.2.5 卡尔曼滤波法  26-27
    3.2.6 建立数学模型  27
  3.3 本文SOC估计方法  27-29
    3.3.1 铅酸蓄电池初始SOC预估  28-29
    3.3.2 镍氢蓄电池初始SOC预估  29
  3.4 内阻和SOH  29-31
4 系统硬件设计  31-38
  4.1 总体硬件设计概述  31-32
    4.1.1 系统整体结构  31-32
    4.1.2 子节点AD采集设计方案  32
  4.2 嵌入式处理器和射频收发器  32-33
    4.2.1 嵌入式处理器  33
    4.2.2 射频收发器  33
  4.3 蓄电池电压采集设计方案  33-35
  4.4 蓄电池电流采集设计方案  35-36
  4.5 蓄电池温度采集设计方案  36-37
  4.6 电源电路设计  37-38
5 系统软件设计  38-51
  5.1 嵌入式Linux简介  38-40
    5.1.1 Linux操作系统  38-39
    5.1.2 嵌入式Linux系统  39-40
  5.2 Linux开发环境  40-43
    5.2.1 Linux开发环境简介  40-41
    5.2.2 交叉编译环境的构建  41-43
  5.3 Bootloader的设计  43-45
    5.3.1 Bootloader概述  43
    5.3.2 U-Boot的移植  43-45
  5.4 嵌入式Linux的移植  45-47
    5.4.1 内核配置  45-46
    5.4.2 内核编译  46-47
    5.4.3 内核下载  47
  5.5 建立Linux根文件系统  47-48
  5.6 应用程序设计  48-51
    5.6.1 安时法预估SOC流程设计  48-49
    5.6.2 SOH预估流程设计  49-50
    5.6.3 通信模块流程设计  50-51
6 总结与展望  51-52
  6.1 总结  51
  6.2 展望  51-52
参考文献  52-55
致谢  55-56
作者简介及读研期间主要科研成果  56

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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