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，已逐步被應(yīng)用于電動汽車、輸配電網(wǎng)等領(lǐng)域。為了實時監(jiān)測燃料電池的電壓和輸出功率，本方案設(shè)計了一套基于GD32F207的燃料電池實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過GD32F207的高性能主頻和高速ADC，可以實時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)通過無線模塊發(fā)送到上位機并實時顯示，以便深入分析燃料電池性能。

2方案框圖

3設(shè)計應(yīng)用描述及心得總結(jié)

在線監(jiān)測系統(tǒng)下位機通過置于燃料電池正極的直流電流互感器實時采集充放電電流信號。信號調(diào)理單元實現(xiàn)將燃料電池電壓、電流信號轉(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形式。以GD32F207為核心的嵌入式系統(tǒng)接收該信號，同時接收環(huán)境傳感器發(fā)送的溫度、濕度信號，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433MHz無線模塊（UM402）傳輸至上位機作進(jìn)一步的處理和診斷。

GD32的程序移植也很方便，只是庫函數(shù)名稱略有不同，后期會考慮采用GD32來替代應(yīng)用。

原理圖：

信號調(diào)理電路實現(xiàn)燃料電池電流和電壓的采集，待測燃料電池的電壓為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。

電流采集電路實現(xiàn)將電流轉(zhuǎn)換為合適的電壓信號（0~3.3V）輸入GD32F207，使其滿足ADC采樣和后處理的要求。信號調(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)測的燃料電池輸出的電流為直流，1A以內(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A0、A1控制，圖中下拉接地；V3經(jīng)過電壓跟隨器以減小輸出阻抗，連接到GD32F207的PA1。D5和D6對輸入GD32F207 ADC的電壓進(jìn)行限幅，以免損壞GD32F207。

實際中采用2個電位器代替上述電壓、電流轉(zhuǎn)換量信號。

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

UM402為433MHz無線串口模塊，其RXD口連接GD32F207的PD5/TX口，可實現(xiàn)將GD32F207發(fā)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成無線信號發(fā)出。PC通過另一塊UM402接收GD32F207發(fā)出的數(shù)據(jù)。

4作品實物圖+視頻