1方案介紹

燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高、負(fù)荷響應(yīng)快、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，已逐步被應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、輸配電網(wǎng)等領(lǐng)域。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃料電池的電壓和輸出功率，本方案設(shè)計(jì)了一套基于GD32F207的燃料電池實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)GD32F207的高性能主頻和高速ADC，可以實(shí)時(shí)采集燃料電池輸出的電壓、電流和環(huán)境溫濕度。系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送到上位機(jī)并實(shí)時(shí)顯示，以便深入分析燃料電池性能。

2方案框圖

3設(shè)計(jì)應(yīng)用描述及心得總結(jié)

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)通過(guò)置于燃料電池正極的直流電流互感器實(shí)時(shí)采集充放電電流信號(hào)。信號(hào)調(diào)理單元實(shí)現(xiàn)將燃料電池電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為GD32F207內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）單元可以接受的電壓信號(hào)形式。以GD32F207為核心的嵌入式系統(tǒng)接收該信號(hào)，同時(shí)接收環(huán)境傳感器發(fā)送的溫度、濕度信號(hào)，在進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理后，將電壓、電流以及環(huán)境信息通過(guò)433MHz無(wú)線(xiàn)模塊（UM402）傳輸至上位機(jī)作進(jìn)一步的處理和診斷。

GD32的程序移植也很方便，只是庫(kù)函數(shù)名稱(chēng)略有不同，后期會(huì)考慮采用GD32來(lái)替代應(yīng)用。

原理圖：

信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)燃料電池電流和電壓的采集，待測(cè)燃料電池的電壓為3V左右，連接跟隨器電路可直接輸入GD32F207的PA2，上圖中給出電流采集電路的設(shè)計(jì)。

電流采集電路實(shí)現(xiàn)將電流轉(zhuǎn)換為合適的電壓信號(hào)（0~3.3V）輸入GD32F207，使其滿(mǎn)足ADC采樣和后處理的要求。信號(hào)調(diào)理電路包括I-V轉(zhuǎn)換、低通濾波、程控放大和限幅電路。

需監(jiān)測(cè)的燃料電池輸出的電流為直流，1A以?xún)?nèi)。T1為霍爾直流電流互感器，其二次側(cè)電流經(jīng)U1構(gòu)成的I-V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓V1，C1主要起相位補(bǔ)償作用；V1經(jīng)由U2A構(gòu)成的二階低通濾波電路濾除交流成分；V2經(jīng)由U3構(gòu)成的程控放大電路轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)碾妷篤3，U3可由GPIO通過(guò)A0、A1控制，圖中下拉接地；V3經(jīng)過(guò)電壓跟隨器以減小輸出阻抗，連接到GD32F207的PA1。D5和D6對(duì)輸入GD32F207 ADC的電壓進(jìn)行限幅，以免損壞GD32F207。

實(shí)際中采用2個(gè)電位器代替上述電壓、電流轉(zhuǎn)換量信號(hào)。

DHT11為單總線(xiàn)數(shù)字溫濕度傳感器，其數(shù)據(jù)線(xiàn)直接連接到GD32F207的PG8口。

UM402為433MHz無(wú)線(xiàn)串口模塊，其RXD口連接GD32F207的PD5/TX口，可實(shí)現(xiàn)將GD32F207發(fā)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)出。PC通過(guò)另一塊UM402接收GD32F207發(fā)出的數(shù)據(jù)。

4作品實(shí)物圖+視頻