【关键词】霍尔传感器；铅酸蓄电池；测试系统
弁言
铅酸蓄电池从其产生到发展已经有一百多年的历史，其具有价格低廉，利用上具有充分的可靠性，适用于大电流放电场合，但大电流放电韶光过长随意马虎造成对电池的破坏。
与此同时，铅酸电池在充电时，对充电电流大小也有严格哀求，基于此，本文提出一种基于霍尔传感器来对蓄电池充放电电流监测的系统，相较于一样平常利用检流电阻来检测充放电电流的系统，具有反应速率快，灵敏度高，检测电流范围大，无需考虑散热问题等优点。
霍尔传感器是根据霍尔效应制作出的一类传感器，具有对磁场敏感，构造大略，体积小，输出电压变革大，利用寿命长等特点，因此广泛被运用于工业自动化技能，信息处理以及检测技能。
霍尔传感器分为两种：
1.线性霍尔传感器，由霍尔元件，线性放大开关和射极跟随器组成。
2.开关型霍尔传感器，由稳压器，霍尔元件，差分放大器，施密特触发器和输出级组成。
本系统中采取的CS050E霍尔传感器，针对CS050E的性能开拓出一种实时检测铅酸蓄电池充放以及放电时电流大小。
一、系统硬件构成
系统的硬件紧张由电源电路，霍尔电流旗子暗记采样电路，蓄电池电压检测模块，主控模块，数码显示模块等组成。详细构造框图如图1所示。
1.主掌握系
主控芯片采取基于ARM-Cortex处理器的LCP1751，该芯片具有4路串行接口，2个SSP掌握器，8路仿照采集通道，可以完备实现对所有模块掌握。掌握系统事情流程如下：当铅酸蓄电池出于充电或者放电状态时，充电\放电电流经检流电阻后转换成电压输出，输出的电压经由仿照电压采集电路送至单片机AD口采集；而蓄电池组每节电压则是通过专门的电压采集模块采集到之后，通过串口发送到主控MCU被吸收。主控MCU在采集到充/放电流和每节电池的电压的值之后，将其发送到数码管显示。通过数码管，可以实时看到蓄电池各节电压，以及充\放电状态下电流的大小。全体系统的开始由上位机对其掌握。上位机通过串口发送开始旗子暗记给主控MCU，掌握全体系统开始事情。主掌握系统事理如图2所示。
图2主掌握系统
2.系统电源电路设计
在本设计中，系统须要两种事情电压：其一是用于霍尔传感器事情的正负15V电压，其二是微处理器事情的标准5V事情电压。为实现这三种电压的输出，同时又在基于节约PCB空间的考虑，选用了DC/DC升压转换器TPS61170，降压转换器SC4508IML，不可调三端稳压电源MC7805，分别构成正15V和负15V电压，以及标准5V电压输出电路，详细电路由下图3所示。
图3 电源模块电路
在TPS61170构成的升压电路中，如图3-1所示，根据输出电压和芯片基准电压之间的关系公式：Vout=1.229V(R3/R4+1)，通过打算R3和R4选取得当的阻值后输出正15V电压。
在SC4508构成的降压电路中，如图3-2所示，芯片参考电压VREF输出范例值为1.25V，通过打算R9、R12选取得当的值，即可在芯片偏差放大器输出端输出负15V电压。
在蓄电池供应12V电源供电状态下，通过MC7805稳压电源芯片即可实现5V电源输出。
3.旗子暗记采样电路设计
CS050E霍尔可拆卸电流传感器，是运用霍尔效应开环事理的电流传感器，能在电隔离条件下丈量直流，互换，脉冲以及各种不规则波形电流。当传感器上电事情之后，被测充电或者放电电流从传感器中穿过，即可在输出端测得同相或反相的电压值。根据此事理，在霍尔传感器输出端连上由LM324四运放集成电路构成电压捕捉电路，电路如图4所示。
图4 高低电压捕捉电路
Q1是传感器输出电压旗子暗记，通过U4构成的同相电压跟随器，输出旗子暗记Q+，并连接到U4构成的同比较较器输出端，以及反相电压跟随器输入端。当输入Q+为一个正的电压值时（对应为霍尔电流计丈量充电电流），4OUT输出低电平旗子暗记后作为开关的MOS管QP1打开，输出电压AD+；当输入Q+为一个负的电压值时（对应为霍尔电流计丈量放电电流），3OUT输出低电平旗子暗记，作为开关的MOS管QP4打开，输出电压值AD-。
电压采样电路是通过电阻分压办法采样输入电压，共有两路，分别实现传感器输出的两路电压的采样，电路如图5所示。
图5 电压采样电路
4.电池电压采样模块设计
蓄电池组由16节电池构成，电池电压采样电路因此四节为一个模块进行电压采集，每个模块统共有四路采集电路，实现对每一节电池电压的采集。采集电路通过分压电路实现对单节电压采集，单节电压采集电路如图6所示。
每个电池电压采集模块之间通过串行旗子暗记线连接，从上而下将测得的电压旗子暗记通报，下面的一个模块和主控板串口相连，将所有十六节电压旗子暗记通报给主控板处理并显示出来。
二、系统软件部分
本系统软件部分紧张功能：实现系统上电时，数码管显示蓄电池各节当前电压。当上位机发送开始检测充放电电流指令之后，MCU启动充放电电流检测模块，MCU对AD采集过的数据进行处理，送往数码管显示为实际的充放电电流值，当上位机发送停滞命令之后，关闭电流检测模块。图7为系统全体程序流程图。
图7 程序流程图
三、实验结果
将监测系统用于16组铅酸蓄电池，进行充放电电流测试。实验在室温下进行，测试10次后取均值，将采集的AD换算成电流数据后与实验电流进行比拟，实验数据如表1。
由测试数据剖析可以看出，测试电流偏差在100个毫安以内，完备知足一样平常测试对精度的哀求。
四、安科瑞霍尔型传感器的选型
1、概述
霍尔电流传感器紧张适用于互换、直流、脉冲等繁芜旗子暗记的隔离转换，通过霍尔效应事理使变换后的旗子暗记能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集，广泛运用于电流监控及电池运用、逆变电源及太阳能电源管理系统、直流屏及直流马达驱动、电镀、焊接应用、变频器，UPS伺服掌握等系统电流旗子暗记采集和反馈掌握，具有相应韶光快，电流丈量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗滋扰能力强等优点。
2、运用处合
霍尔电流传感器掌握从可再生能源系统发送到电网的能量的流量和波形。他们丈量电流以帮助风车，太阳能，光伏或其他类型的装置以较大效率事情。
3、安科瑞霍尔传感器产品选型解释
型号
产品图片
额定电流
额定输出
供电电源
丈量孔径(mm)
准确度
AHKC-BS
0～(50-500)A
5V/4V
DC±12V/±15V
20.5×10.5
1级
AHKC-F
0～(200-1000)A
5V/4V
DC±12V/±15V
4313
1级
AHLC-LTA
DC 0～(10mA-2A)
5V
DC±12V/±15V
φ20
1级
AHKB-2005-TS
0～(500-2000)A
400mA
DC±15V/±24V
Φ60
0.4级
AHBC-LT1005
0～1000A
200mA
DC±12V～±24V
Φ40.5
0.5级
AHBC-LF
0～2000A
400mA
DC±12V～±24V
Φ60.5
0.5级
五、结语
本文针对铅酸蓄电池充放电电流检测存在的一些问题，提出了基于霍尔传感器的铅酸蓄电池监测系统的设计。实验结果表明，该系统能够快速准确测得蓄电池充放电电流大小，能够适用于各种需监测蓄电池组大电流充放电场合。这种设计可有效掩护铅酸蓄电池，延长电池寿命。相信本文研究的掌握系统经由进一步的完善后，能够产生一定的经济和社会效益。
参考文献
[1] 郭正海.霍尔元件的几种检测方法[J].2007.
[2] 黄薇，李丽，曾兵，袁海林，李国仁.基于霍尔传感器的铅酸蓄电池监测系统的设计.
[3] 企业微电网设计与运用手册.2022.5版.
