基于模糊控制的矿灯充电管理系统
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摘要
目前锂离子(Li-ion)电池矿灯、镍镉(NiCd)电池矿灯、镍氢(NiMH)电池矿灯已经成为大多数煤矿的主要矿灯。它们的充电制式不同,造成它们的充电器不能相互之间进行充电,否则将导致电池不能充满,或电池过充,甚至发生危险。
     随着充电电池新技术的不断涌现,智能控制技术的成熟应用,电子控制技术的进一步发展,使矿灯充电管理系统的智能化、信息化成为必然趋势。因此,设计一种新型的基于模糊控制的矿灯充电管理系统具有十分重要的现实意义和理论价值。
     首先,本文对矿灯充电管理系统的硬件电路作了深入的分析。以Atmel公司的AVR单片机ATmega128为微处理器,设计出充电电池的智能控制系统,此系统先进行充电电池端电压数据采集、经过放大滤波后送入单片机的A/D转换器、再经过模糊控制器的控制回路处理后输出PWM信号、通过调理电路调节充电电流;同时设计了RS485通信回路实现了与监控计算机的数据传输;最后给出了基于MAX846A控制芯片的的矿灯充电电路设计。
     其次,本文给出了系统的软件设计,主要有数据采集软件、充电模糊控制器软件、实时时钟软件以及采用MODBUS协议的RS485通信软件等设计。实时时钟软件利用了单片机内部的定时器来设计,简化了硬件电路设计。本文对AVR单片机ATmega128的开发环境、高级编程语言、编程器和ATmega128单片机的熔丝位配置也做了一定的研究。
     最后,经过硬件设计和组装、软件调试,系统运行良好,符合设计要求,提高了矿灯充电电池的充电效率。随着控制技术和充电电池技术的不断进步,所设计的充电管理系统也能够得到及时的升级。
     该充电智能管理系统可靠性较以前有很大的提高,延长了电池的使用寿命,降低了充电故障和运行成本,并且实现了系统信息数据的科学化管理。
Now Li-ion battery, Ni-Cd and Ni-MH batteries have been used in most coal miner’s lamps. The dissimilarities of the three kinds of chemical charteristics result in the chargers of the three lamps can’t refresh the other two lamps, otherwise it may lead to the batteries can’t be full charged, or overfull charged, even the danger will take place.
     With the appearance of the new charging technology, the mature application of intelligent control and the further development of electronical control technology, the intelligentizing and informatization of the charge supervised system of coal miner’s lamps is a inevitable trend. Therefore, the design of a new charge supervised system of coal miner’s lamps based on fuzzy control has very important practical significance and theoretical value.
     Firstly, the dissertation focuses on the hardwired design of the charge system. Using AVR monolithic processor ATmega128 of Atmel Company as microprocessor, the paper designs the intelligent control system of the charged battery. First of all, the system carries on the data sampling of the battery’s terminal voltage, sends to the monolithic processor’s A/D converter after amplifying and filtering, then outputs the PWM signal through the processing of the fuzzy controller’s control loop, and adjusts the charging current through adjusting circuit ,also the paper designs RS485 bus communication circuit and realizes the data transmission with the supervisory computer, lastly, the thesis gives the circuit design of the coal mine’s lamps based on the chip MAX846A.
     Secondly, the dissertation introduces the software design of the system, including data sampling software, fuzzy controller of charging software, the real time clock software and the RS-485 communication software under the circumstance of MODBUS protocol, etc. The program of real time clock applies the microprocessor’s internal 8-bit timer/counter and the advantage lies in that it makes the system circuit simplification. Furthermore, this paper does some research on the development environment, the high-level programming language, the programmer and the fuse bits configuration of the AVR 8-bit microcontroller ATmega128.
     Finally, the product runs well through a set of hardware design and assembling, software debugging and testing, meets the needs of users, and improves the charging efficiency of the coal miner’s lamp batteries. With the continuous progress of control and charging technology, the product can be upgraded in time.
     The product is more reliable than the former, makes the battery natural life longer, reduces the charging malfunction and production cost and realizes scientific management in information data of the system.
引文
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