关于GD32F207ZE的燃料电池监测系统的介绍和应用分析

1方案介绍

燃料电池具有能量转化效率高、负荷响应快、环境污染少等优点，已逐步被应用于电动汽车、输配电网等领域。为了实时监测燃料电池的电压和输出功率，本方案设计了一套基于GD32F207的燃料电池实时监测系统，通过GD32F207的高性能主频和高速ADC，可以实时采集燃料电池输出的电压、电流和环境温湿度。系统将采集的数据通过无线模块发送到上位机并实时显示，以便深入分析燃料电池性能。

2方案框图

3设计应用描述及心得总结

在线监测系统下位机通过置于燃料电池正极的直流电流互感器实时采集充放电电流信号。信号调理单元实现将燃料电池电压、电流信号转换为GD32F207内部模数转换（A/D）单元可以接受的电压信号形式。以GD32F207为核心的嵌入式系统接收该信号，同时接收环境传感器发送的温度、湿度信号，在进行初步数据处理后，将电压、电流以及环境信息通过433MHz无线模块（UM402）传输至上位机作进一步的处理和诊断。

GD32的程序移植也很方便，只是库函数名称略有不同，后期会考虑采用GD32来替代应用。

原理图：

信号调理电路实现燃料电池电流和电压的采集，待测燃料电池的电压为3V左右，连接跟随器电路可直接输入GD32F207的PA2，上图中给出电流采集电路的设计。

电流采集电路实现将电流转换为合适的电压信号（0~3.3V）输入GD32F207，使其满足ADC采样和后处理的要求。信号调理电路包括I-V转换、低通滤波、程控放大和限幅电路。

需监测的燃料电池输出的电流为直流，1A以内。T1为霍尔直流电流互感器，其二次侧电流经U1构成的I-V转换电路转换为电压V1，C1主要起相位补偿作用；V1经由U2A构成的二阶低通滤波电路滤除交流成分；V2经由U3构成的程控放大电路转换为适当的电压V3，U3可由GPIO通过A0、A1控制，图中下拉接地；V3经过电压跟随器以减小输出阻抗，连接到GD32F207的PA1。D5和D6对输入GD32F207 ADC的电压进行限幅，以免损坏GD32F207。

实际中采用2个电位器代替上述电压、电流转换量信号。

DHT11为单总线数字温湿度传感器，其数据线直接连接到GD32F207的PG8口。

UM402为433MHz无线串口模块，其RXD口连接GD32F207的PD5/TX口，可实现将GD32F207发出的数据转成无线信号发出。PC通过另一块UM402接收GD32F207发出的数据。

4作品实物图+视频