一种电动两轮车自燃防控智能装置设计.pdf

-87-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024中国科技信息 2024 年第 9 期三星推荐本文针对电动两轮车自燃防控装置的开发与分析进行了研究。通过电动两轮车自燃原因分析，提出了电动两轮车的自燃防控智能装置设计思路，介绍了电动两轮车的自燃防控智能装置工作原理，以及实物测试结果。通过本文的研究，为电动两轮车的自燃防控智能装置的进一步开发与应用提供了理论基础和实践指导。研究背景近年来，随着全球环保事业的大力发展，动力电池起火自燃事故多由电池的热失控引起，所以这款装置设计了一种智能的自燃防控装置电动两轮汽车的消防神，通过改装两轮汽车，可以自主对锂电池的温度、压力信号进行实时监测，实现自动控制功能：当温度、压力超过阈值时，对车主进行警示；高压继电器在充电线路中断开，停止充电；自动启动电子喷雾器，在温度超过一定数值的情况下实施物理降温，使两个车轮的汽车自燃事故降低。系统设计以 STC89C52RC 单片机为核心的电动自行车防控自行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度图 1 系统流程图一种电动两轮车自燃防控智能装置设计杨 磊 陈立旦 王贝贝 江佳凌 缪振翔 王梦格 岳洪伟杨 磊 陈立旦 王贝贝 江佳凌 缪振翔 王梦格 岳洪伟浙江经济职业技术学院中国科技信息 2024 年第 9 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024-88-三星推荐燃智能装置研究监测系统。整个系统由四大模块组成，分别是：电源模块；控制模块；监测模块；执行模块组成，如图1 系统开发流程图。硬件设计STC89C52 单片机本设计采用 STC89C52RC 单片机作为控制核心。该单片机是一种低功耗、高性能的 CMOS8 位微控制器，并具备灵巧的 8 位 CPU 以及系统可编程 Flash。相较于传统的51 单片机，STC89C52 单片机的速度快了 8 12 倍，且整体性能表现相对较为稳定。因此，该微控制器提供了高灵活、超有效的解决方案，可用于众多嵌入式控制应用系统。传感器的选择根据软件的需求分析，检测模块的三个传感器需要实时检测动力电池是否发生热失控及动力电池热失控程度，并在检测到动力电池发生热失控时输出高电平信号。在传感器正常工作且没有接收到热失控信号时，其信号输出电压为一个高电位（大于 4.6 伏特），在其采集到热失控信号时，其信号输出电压为一个低电位（小于 0.1 伏特）。根据视动力电池热失控温度上升曲线，安装温度传感器的位置如下：第一传感器安装在动力电池表面，第二传感器安装在动力电池左侧中部，第三传感器安装在动力电池右侧底部。另外，气体压力传感器将被安装在动力电池舱内部。执行器的选择执行器被单片机程序控制接地，根据设计的功能需求不同，需要不同指示灯与不同语音音频配合来警示驾驶员；控制电动喷雾器工作，降低动力电池的温度。所需执行器如下：报警指示灯、语音报警器、电动喷雾器等。软件设计本系统使用 Keil C51 软件编写、编译、链接和运行源代码。当使用 Keil C51 软件编译程序时，编译过程可以细分为四个阶段，包括预处理、编译、汇编和链接。编译源程序以获得初始文件是目标文件（对象代码或*.obj），它已经是一条机器指令，但尚未运行，因为目标文件尚未解决函数调用问题。通过使用图 2 软件流程图链接器将目标代码、库代码和系统标准启动代码组合在一起，可以在操作系统下独立执行的完整程序称为可执行文件（英特尔的十六进制文件*hex）。使用模拟仿真软件进行在线仿真时，首先将生成的*.hex 文件加载到仿真器中。在仿真器设置中，选择STC89C52RC 单片机，并确保选择适用于项目的传感器和执行器型号。连接这些器件到 STC89C52 单片机相应的接口上，确保仿真环境完整。为了让计算机的 USB 端口正确识别下载器端口，需要下载并安装相应的电脑驱动程序，例如 ch341ser.ese。这一步骤至关重要，以确保硬件连接的稳定性和正常运行。准备好所有软硬件后，可以进行程序的烧录。将*.hex 文件成功写入单片机，这是将代码加载到目标设备的关键步骤。完成烧录后，将携带程序代码的单片机嵌入电动自行车的控制系统中，从而完成整个实车的装配。具体软件开发流程如图 3 所示。Keil C51 是专为 51 系列兼容微控制器设计的 C 语言软件开发系统，由Keil Software，Inc.提供。与汇编语言相比，Keil C51 具有显著的优势，包括功能性、结构性、可读性和可维护性。作为目前最优秀的微控制器软件开发工具之一，Keil C5.1 软件以其强大的软件调试功能而脱颖而出。它生成的程序代码速度快、紧凑，占用较少的存储空间，易于理解，完全可以与汇编语言媲美。仿真测试系统软件测试本设计主要选用 Keil uVision5 C 语言软件开发软件以及 Proteus 7 Professional 仿真软件进行模拟仿真测试。Keil uVision5 是一款集成开发环境（IDE），提供了编译器、调试器、安装包以及调试跟踪功能。除此之外，它还具备新增的包管理器功能，可以方便地进行程序试运行、实时报错和程序分段测试等操作。Proteus 7 Professional 不仅具有图 3 单片机软件开发流程图 2 软件流程图-89-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024中国科技信息 2024 年第 9 期三星推荐EDA工具软件的模拟功能，还可以模拟微控制器和外围设备。软件仿真测试具有高度的真实性，从原理图布局、代码调试到微控制器和外围电路的协同仿真，真正实现了从概念到产品的完整设计。通过 Keil uVision5 进行需求功能的代码编写，再结合Proteus 7 Professional仿真软件，搭建模拟实物模拟仿真，以此测试软件功能的可实行性和完成性。仿真思路设计检测模块的构建：本设计主要由三个温度传感器以及一个气体压力传感器来采集信号，再传感器的电路仿真搭建中，由于 Proteus 7 Professional 仿真软件中缺少温度传感器和气体压力传感器部件，但结合本设计中传感器的工作原理（只判断高低电平的工作原理），在本次仿真中将用四个电路开关来代替三个温度传感器和一个气体压力传感器，以模拟三个温度传感器和一个气体压力传感器的功能实现。指令执行模块的构建：本设计的执行部分主要由包灯光报警系统（红与蓝两种报警指示灯）、语言报警器（三种语言音频）、一匹电动喷雾器三部分组成。以上部分均可在Proteus 7 Professional 仿真软件中找到（其中电动喷雾器根据工作原理，由直流电机代替）。程序编写及烧录：在本设计中四个传感器采集的信号，分别对应控制相应的指示灯、语言报警器以及电动喷雾器进行工作。在程序的编写中，定义 STC89C52 单片机的 P1端口位传感器的信号输入端，P2 端口为执行器的信号输出端，以此为基础在进行代码的编写。最后将生成的文件烧录至 Proteus 7 Professional 仿真软件的 STC89C52 单片机中，从而进行模拟仿真测试。软件流程（1）联调前期准备。首先从互联网上下载 VDM51.dll 应 用 扩 展 文 件，其 次 将 该 文 件 vdm51.dll 复 制 到Proteus 8 ProfessionalMODELS 与 keil/C51/bin 的文件夹下。最后找到并打开 KEIL 安装目录中的 TOOLS.INI 系统配置文件，在本文的 C51 行列下方加入一行代码：TDRV13=BINVDM51.DLL（“Proteus VSM Monitor-51 Driver”）。即 可 实 现 Keil uVision5 与Proteus 7 Professional 的联调。（2）具体联调步骤。打开 Keil uVision5 与 Proteus 7 Professional 的相应文件，将 Keil 生成的 hxe 文件下载到 Proteus 7 Professional 的单片机中。通过点击菜单栏Debug 中的 Start/Stop Debug session 选项，软件开始联动。通过点击断点（及红色按钮）调试程序，程序会在断点处停下，这时可以检查各种变量的值，然后按步调试运行，观察程序的流向。在调试运行中各个变量的变化数值可以Watch 窗口和 Registers 窗口查看。在结合实际情况，程序在运行过程中，主要运行以下四种情况：（一）第一温度传感器检测到信号；（二）第二温度传感器检测到信号；（三）第三温度传感器检测到信号；（四）气体压力传感器检测到信号。以第一温度传感器检测到信号为例：通过断点设置在 136行、145 行，查看程序运行状况。当程序开始运行到 136 行时，程序检检测到第一温度传感器（yt_sensor）、第二温度传感器（rt_sensor）、第三温度传感器（st_sensor），气体压力传感器=1（qy_sensor）的信号状态。当仅有第一温度传感器（yt_sensor）有信号时，程序继续运行，程序控制 LED_yellow、LS1 开始工作，直至代码运行至 145 行。程序刚刚检测到 yt_sensor 有信号至对应执行器全部开始工作，时间间隔为：0.000 452 998-0.000 438 998=0.000 014（s）=14（s）。当动力电池温度异常升高，达到第一温度传感器设置的安全阈值时，自燃防控智能装置约为 14s后，控制黄色报警指示灯点亮，语言报警器发出音频一：动力电池温度偏高，请驾驶员减速行驶。实现迅速可靠的语言播报和报警灯提示，并且告诫驾驶员动力电池目前状态，避免动力电池持续工作导致温度再次升高的现象。实物测试电动自行车防控自燃智能装置研究通过实物和仿真的双重测试，最终测试结果数据如下。（1）当动力电池温度超过第一温度传感器设置的安全阈值时，软件控制黄色报警指示灯点亮，语言报警器发出音频一。（2）当动力电池在超过第一温度传感器的阈值基础上继续升温，达到第二温度传感器设置的安全阈值时，软件控制黄色指示灯点亮，语言报警器发出音频二。（3）当动力电池在超过第二温度传感器的阈值基础上继续升温，达到第三温度传感器设置的安全阈值时，软件控制红色指示灯点亮，语言报警器发出音频三，电动喷雾器工作喷出液态水对动力电池进行物理降温。（4）当动力电池舱内部的气体压力超过气体压力传感器设置的安全阈值时，软件控制红色指示灯点亮，语言报警器发出音频三，电动喷雾器工作喷出液态水对动力电池进行物理降温。结语本项目在保证车辆尚未达到热失控过度无法控制的情况下，采取提醒驾驶员减速行驶或立即远离车辆等防控措施，从而保护了驾驶员的人身安全，减少因为电动自行车突发热失控现象而造成的财产损失。从而达到减少电动自行车热失控事件发生的次数。图 4 模拟仿真结构图