CN204461472U - 一种基于无线传感网的超级电容测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于无线传感网的超级电容测试系统，包括监控主机、Zibgee网关以及多个测试节点；所述的测试节点将测试的数据通过Zigbee协议传送至Zigbee网关；所述的Zigbee网关通过以太网与监控主机相连接。本实用新型采用基于无线传感网的超级电容组测控技术，可在相同测试条件下对多路超级电容组进行同时测试，并能对测试数据进行存储记录，便于研发与生产人员进行分析；能通过以太网进行远程监控与管理设置，远程设定系统参数控制超级电容的测试过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及电容测试设备领域，尤其是一种基于无线传感网的超级电容测试系统。
背景技术
超级电容器又称电化学电容器,它具有良好的脉冲充电性能和大容量的储能性能,因其质量轻,存储能量大,可多次重复充电而成为一种新型的储能装置,受到越来越多的应用。
超级电容的额定电压很低,在应用中需要大量的串联。由于应用中需要大电流充放电,而过充则对电容的寿命有严重的影响,因此,串联中的各个单体电容器上电压是否一致是至关重要的，这要求不同批次不同时间制备出来的同一批号样品性能相差很小。另外，在对超级电容器在分组组装前进行检测,将充放电性能最接近的超级电容器分成一组,这将能够在很大程度上解决超级电容组的均压问题,这也需要对超级电容的性能进行一致性检测。
—个完整的超级电容包含电极、电解质、集流体、隔膜等部件。超级电容器的电极材料主要有四个方面：碳电极材料，金属氧化物及其水合物电极材料，导电聚合物电极材料，以及复合电极材料。电解质需要具有很高的导电性和足够的电化学稳定性，以便超级电容器可以在尽可能高的电压下工作。现有的电解质材料主要由固体电解质、有机物电解质和水溶液电解质。隔膜的适当使用也是十分关键的。有机电解质通常使用聚合物或者纸作为隔膜，水溶液电解质，可以采用玻璃纤维或者陶瓷隔膜。集流体则通常是选用导电性能良好的金属和 石墨等来充当。—个性能良好的超级电容器，需要以上的四个部件达到最佳优化。电解质和隔膜的离子电导高、隔膜具有高的电子隔离阻力，电极电子电导高、比表面积大，隔膜和电极尽量薄。因此，在生产超级电容过程中，如何选取适当的工艺，生产出一致性好的超级电容，是生产厂家急需解决的问题。
无线传感器网络是物联网应用推进的主要领域。无线传感器网络技术是通信技术、计算机技术、微机电技术等多学科的交叉领域，近年来成为国内外研究的热点，并被视为未来信息产业的支柱。无线传感器网络的一个重要特点是摆脱了传统传感器网络的连线限制，使用无线通信方式形成网络，具有安装方便、结构灵活等特点。
将无线传感器网络与超级电容测试技术相结合，可实现对多个超级电容的同时测试。对测量数据进行存储与分析，能对电压、充放电电流、当前环境温度湿度等参数进行准确检测，计算得到超级电容容量、ESR的动态数据，并对超级电容的充放电过程进行全程监控。主要具有以下优点：
1)可以使超级电容生产厂家更精确地控制投料，从而提高电容性能的一致性和产品质量，降低成本。因此，超级电容测试设备技术的提高可对其生产厂家提出更高的要求，促使其生产工艺的提高。
2)辨别不同超级电容的差异能力更强。特别是超级电容在串联使用中，能将一致性好的超级电容组合在一起充分发挥组合供电的功能，可以提高超级电容组的能量利用率和电容组的寿命。
总之，系统较好地解决了对同一生产批次相同测试条件下超级电容测试数据的存储记录问题，便于研发与生产人员进行分析，以改进超级电容的设计和生产方法，提供更高质量产品和更好的一致性。同时增加了生产厂家的竞争力，促进了超级电容行业的发展。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种基于无线传感网的超级电容测试系统，较好的解决了在相同测试条件下对多路超级电容进行同时测试，并对超级电容测试数据进行存储记录的问题，便于研发与生产人员进行分析，以改进超级电容的设计和生产方法，提供更高质量的产品和更好的一致性。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于无线传感网的超级电容测试系统，包括监控主机、Zibgee网关以及多个测试节点；所述的测试节点将测试的数据通过Zigbee协议传送至Zigbee网关；所述的Zigbee网关通过以太网与监控主机相连接；
所述的测试节点包括微处理器处理单元、A/D转换单元、电压与电流采集与调理单元、通信单元、温度及湿度传感器模块单元；所述的微处理器处理单元负责控制和协调整个传感器采集节点的工作，接收A/D转换单元和高速A/D所转换得到的数据；所述的通信单元通过Zigbee协议与协调器进行数据传递；温度及湿度传感器模块单元采集相应的信息，包括超级电容电压信号、电流信号、温度信号、湿度信号；所述的温度及湿度传感器模块单元包括温度传感器及调理电路和湿度传感器及调理电路；其中温度传感器及调理电路处理温度信号，湿度传感器及调理电路处理湿度信号；所述的电压与电流采集与调理单元处理超级电容电压及电流信号；所述的超级电容电压及电流信号经仪表放大器精密放大后由高速A/D转换为数字信号，送到微处理器处理单元进行处理与数据传递。
进一步的说，本实用新型所述的测试节点最多为15个。
再进一步的说，本实用新型所述的监控主机接收来自ZigBee网络的测量数 据，并可向Zigbee网络及测试节点发送控制命令和进行参数设置。
本实用新型的有益效果是，解决了背景技术中存在的缺陷，采用基于无线传感网的超级电容组测控技术，可在相同测试条件下对多路超级电容组进行同时测试，并能对测试数据进行存储记录，便于研发与生产人员进行分析；能通过以太网进行远程监控与管理设置，远程设定系统参数控制超级电容的测试过程。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型系统框图；
图2是本实用新型测试节点硬件框图；
图3是本实用新型直流恒流充电法超级电容电压的变化曲线；
图4是本实用新型Zigbee网关硬件结构图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1所示，系统由监控主机、Zigbee网关和测试节点组成。
测试节点对电容电压,充放电电流,温度湿度等参数进行精确检测,将测试的数据通过Zigbee协议传送到Zigbee网关，并可通过Zigbee协议接受从监控主机软件发送到Zigbee网关的控制命令和参数设置，本系统同时最多可支持15个测试节点同时测试。Zigbee网关的功能是作为协调节点管理各个测试节点，并把各个测试节点测得的测量数据通过以太网传送到上位机监控。监控主机接收来 自ZigBee网络的测量数据，并可向Zigbee网络及测试节点发送控制命令和进行参数设置。
本系统的Zigbee无线传感器网络采用星型网络，星形网络是一种发散状的网络，协调器负责组建网络并转发数据。星形网络的优点是：结构简单、设备成本低、没有路由管理。协调器是分布式处理的中心。星形网络适合于组成节点数量较少的网络，适合于本系统所面向的应用。
测试节点硬件原理框图如图2所示，测试节点由微处理器处理单元、A/D转换单元、电压与电流采集与调理单元、通信单元、温度及湿度传感器模块单元等组成,如图2所示。微处理器处理单元主芯片采用CC2530，负责控制和协调整个传感器采集节点的工作，接收A/D转换单元和高速A/D所转换得到的数据；通信单元负责通过Zigbee协议与协调器进行数据传递；传感器模块单元用来采集相应的信息,包括超级电容电压信号、电流信号、温度信号、湿度信号，其中温度传感器及调理电路处理温度信号，湿度传感器及调理电路处理湿度信号，电压与电流采集与调理单元处理超级电容电压及电流信号。超级电容电压及电流信号经仪表放大器精密放大后由高速A/D转换为数字信号，送到微处理器处理单元进行处理与数据传递。
电压与电流采集与调理单元包括电流的采集、电压的采集两个部分。采用霍尔电流传感器隔离超级电容,比传统的基于电阻采样的电流分压电路精度高,安全性能好,抗干扰能力强。这里选用Honywell公司的霍尔闭环电流传感器CSNK591,测量范围±1200A,线性精度达到0.1％,响应速度小于1us,完全满足系统要求。采集信号经精密电阻转变为电压信号,再由仪用放大器放大为±5V双极性电压信号。系统选用AD620BR仪表放大器,AD620具有高精度、低失调电压和低失调漂移特性，是传感器接口等精密数据采集系统的理想选择， 它还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性。
放大信号通过OP27GS芯片抬升至0～10V单极性信号,经过12位高速AD7891送至CC2530。CC2530接收高速A/D所转换得到的数据；对数据进行处理后，通过通信单元将数据通过Zigbee协议传递给协调器和Zigbee网关。超级电容电压的采集同样选用基于磁补偿原理的闭环霍尔电压传感器VSM025A,实现原理与电流采集相同。
超级电容容量和ESR是检测超级电容状态必要的参数，二者都可以通过测量得到的电压、电流数据经计算得到。超级电容容量测试目前主要有三种方法，即：时间常数法，恒流充电法，恒流放电法。本实用新型采用恒流充电的方式计算超级电容容量，进行恒流充电，利用得到的电压、电流数据通过式(1)计算得到容量值。
C＝IΔt/ΔV 式(1)
等效串联内阻(ESR)是超级电容器的主要电气参数之一，当一个电容器被模拟为包括电感、电容、电阻的等效模拟电路时，其中与电容串联的电阻部分即为等效串联电阻。超级电容器的ESR主要由电极物质内阻、电解液内阻、接触电阻等组成，代表电容器内部发热所消耗的功率，对电容器的充放电过程影响比较大。电容器的材料不同，ESR的大小也不同，降低ESR可以提高超级电容器电源的效率和可靠性。本系统可以提供交流恒流充电法和直流恒流充电法得到测量结果，测试前在充电电源的参数设置完成后，由网关通过协调器通知节点微处理器，设置所采用的测量方法进行测量。
节点中采用交流恒流充电法测量ESR时,测量时设置充电电源的额定电流为I，将交流恒流源频率设为1kHz，电容对交流电相当于短路，但由于ESR的存在，超级电容会在ESR上有电压降Uc0，通过测量记录超级电容两端的电压， 电流，则ESR＝Uc0/I
直流恒流充电法的原理为：当用一直流恒流源给超级电容器充电时，电容器两端的电压是直线上升的。在理想情况下，电压从零开始，但是由于ESR的存在，电压并不是从零开始，而是在充电瞬间有一个跃变U0，这个跃变值就是ESR的压降。记录超级电容电压的变化曲线如图3所示，就可以得到ESR。充电电流较小时，电压的变化是直线的，当电流较高时，电压曲线有偏离，这是因为超级电容的容量随着充电速度的升高而减小。
对于温度湿度的测量，A/D转换单元负责将传感器及调理电路输出的模拟信号转换为数字信号，传送给微处理器处理单元进行处理。由于要测试的信号动态范围大,变化比较缓慢,因此测试节点设计中选用了ADI公司的16位模数转换器AD7708；所有信号均采用浮置输入,AD7708输入方式设置为完全差分、双极性、斩波方式、输入缓冲方式。
Zigbee网关连接Zigbee网络和以太网两个相互独立的网络。所有测试节点数据均发送给网关，并由其进行地址、协议转换，提取出有效信息数据重新封转成TCP/IP数据包后发送给以太网；反之，以太网数据也需由网关进行地址、协议转换后，才发送给Zigbee网络；嵌入式网关是以太网数据与Zigbee无线网络数据交换的中转站。
按硬件模块划分网关主要由以太网模块、供电模块、主控模块、存储模块、LCD显示模块和Zigbee模块组成，如图4所示。本系统中供电模块5V DC输入，通过电平转换芯片为系统提供3.3V，1.8V两种电压；主控模块为整个网关的核心模块，负责Zigbee网络及以太网数据的收发、网间协议转换、网间地址解析等。选取基于ARM920T内核的S3C2410芯片，配置64M字节SDRAM和256M字节NAND Flash,以太网控制器选取DM9000。
嵌入式网关软件主要由硬件设备底层驱动、Linux操作系统与协议栈的裁剪与移植和网关应用程序三大部分构成。通过系统的软件设计可以完成系统控制及Zigbee网络和以太网通信等。
监控主机接收来自ZigBee网络的测量数据，并可向Zigbee网络及测试节点发送控制命令和进行参数设置。监控主机软件采用C/S架构进行设计，由客户端即ZigBee节点负责向服务器发送测试数据，服务器对数据进行存储、显示等。监控主机软件包括前台应用软件和后台数据库软件，前台应用软件用于数据的显示、管理和网络传输等，利用Powerbuilder进行开发。后台数据库软件进行数据记录的存储、管理等功能，利用SQL Server进行开发，测试节点数据记录以报表的形式存储在数据库中。
以上说明书中描述的只是本实用新型的具体实施方式，各种举例说明不对本实用新型的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离实用新型的实质和范围。
Claims (3)
1.一种基于无线传感网的超级电容测试系统，其特征在于：包括监控主机、Zibgee网关以及多个测试节点；所述的测试节点将测试的数据通过Zigbee协议传送至Zigbee网关；所述的Zigbee网关通过以太网与监控主机相连接；
所述的测试节点包括微处理器处理单元、A/D转换单元、电压与电流采集与调理单元、通信单元、温度及湿度传感器模块单元；所述的微处理器处理单元负责控制和协调整个传感器采集节点的工作，接收A/D转换单元和高速A/D所转换得到的数据；所述的通信单元通过Zigbee协议与协调器进行数据传递；温度及湿度传感器模块单元采集相应的信息，包括超级电容电压信号、电流信号、温度信号、湿度信号；所述的温度及湿度传感器模块单元包括温度传感器及调理电路和湿度传感器及调理电路；其中温度传感器及调理电路处理温度信号，湿度传感器及调理电路处理湿度信号；所述的电压与电流采集与调理单元处理超级电容电压及电流信号；所述的超级电容电压及电流信号经仪表放大器精密放大后由高速A/D转换为数字信号，送到微处理器处理单元进行处理与数据传递。
2.如权利要求1所述的一种基于无线传感网的超级电容测试系统，其特征在于：所述的测试节点最多为15个。
3.如权利要求1所述的一种基于无线传感网的超级电容测试系统，其特征在于：所述的监控主机接收来自ZigBee网络的测量数据，并可向Zigbee网络及测试节点发送控制命令和进行参数设置。
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| CN112379186A (zh) * | 2019-07-29 | 2021-02-19 | 致茂电子(苏州)有限公司 | 电容测试装置 |
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| CN113311282A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-27 | 贵州电网有限责任公司 | 一种电容器的无线测量方法 |
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