專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字式直流電量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利屬于單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用和電測(cè)儀表領(lǐng)域，涉及電力等行業(yè)用蓄電池組的充電或放電電流和電量的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，公知的模擬式直流電量計(jì)一般利用積分電路實(shí)現(xiàn)，調(diào)試復(fù)雜且精度較低。數(shù)字式直流電量計(jì)，例如美國(guó)MAXIM公司利用半導(dǎo)體集成制造技術(shù)，在一塊芯片(如DS2770)上集成了電壓-頻率變換器(VFC)等器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電量的測(cè)量，用于手持無(wú)線(xiàn)設(shè)備用電池的電量指示，但量程較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專(zhuān)利為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，以通用的VFC芯片(如LM331)和單片計(jì)算機(jī)(如AT89C52)技術(shù)，構(gòu)造一種大量程、高精度的直流電量計(jì)，用于電力等行業(yè)用蓄電池組核對(duì)性充電或放電電流和電量的測(cè)量。
本發(fā)明專(zhuān)利采用的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明電量計(jì)由帶方向判別的電流取樣電路1，電壓-頻率變換器(VFC)2，單片機(jī)(MCU)3，電流I、電量Q值共8位LED顯示器(LED×8)4，軟件監(jiān)控及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(X25C45)5和電源電路6組成。取樣電阻(分流器)R串聯(lián)在蓄電池組充(放)電回路中，R流過(guò)電流Iin，其上產(chǎn)生的電壓信號(hào)經(jīng)電壓比較器C1、C2，使晶體管T1、T2輸出到MCU之P1.0腿為低電平，P1.1腿為高電平，MCU判定為充電狀態(tài)，(若晶體管T1、T2輸出到MCU之P1.0腿為高電平，P1.1腿為低電平，則MCU判定為放電狀態(tài))使P1.2腿輸出低電平，經(jīng)反向器N控制的雙向模擬開(kāi)關(guān)S2、S4閉合，S1、S3開(kāi)斷(放電狀態(tài)時(shí)，則S2、S4開(kāi)斷，S1、S3閉合)，R上產(chǎn)生的電壓信號(hào)V總是對(duì)地為正，送VFC，轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)f后同時(shí)送MCU兩個(gè)內(nèi)置的計(jì)數(shù)器T1、T2。MCU同時(shí)作測(cè)頻和累加處理，MCU將測(cè)頻值乘以電流標(biāo)定常數(shù)Ki，得到充(放)電電流值I；將累加值q乘以電量標(biāo)定常數(shù)Kq，得到累計(jì)至此刻的電量值Q。MCU將各4位的I和Q值經(jīng)串行口送LED×8顯示。
本發(fā)明電量計(jì)在使用前先進(jìn)行軟件標(biāo)定利用一確定的電流(如30.00A)流過(guò)R，MCU內(nèi)置的16位定時(shí)器T0作1秒定時(shí)，計(jì)數(shù)器T1在此期間測(cè)得脈沖個(gè)數(shù)為Cs，則取得電流標(biāo)定常數(shù)Ki＝30.00/Cs(A/plus)和電量標(biāo)定常數(shù)Kq＝30.00/(3600×Cs)(Ah/plus)。將標(biāo)定參數(shù)Ki和Kq存入FlashROM中。MCU內(nèi)置的16位計(jì)數(shù)器T2作電量累計(jì)，216個(gè)計(jì)數(shù)值仍嫌不足。為此，本發(fā)明電量計(jì)在設(shè)計(jì)中采用軟件計(jì)數(shù)的方法，擴(kuò)展2個(gè)字節(jié)的單元(例如MCU內(nèi)RAM的[6EH]和[6FH]單元)作為高16位，將T2計(jì)數(shù)器擴(kuò)展至32位。每當(dāng)計(jì)滿(mǎn)低16位溢出時(shí)，擴(kuò)展的高16位計(jì)數(shù)單元(例如[6EH][6FH]單元)加1，復(fù)位中斷標(biāo)志位并修改中斷堆棧出口地址值，使中斷不返回?cái)帱c(diǎn)而返回固定的地址，即測(cè)量模塊的入口地址，此舉確保測(cè)量過(guò)程不受中斷干擾。
本發(fā)明專(zhuān)利的有益效果本發(fā)明電量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于利用通用的VFC器件和單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組充電或放電電流的數(shù)字化測(cè)量，同時(shí)完成充電或放電電量的準(zhǔn)確累計(jì)。將直流電量這一直觀(guān)參數(shù)引入電力行業(yè)用蓄電池組的充、放電管理。本發(fā)明的應(yīng)用有助于避免蓄電池組的過(guò)充、欠充以及深度放電，也有助于蓄電池組剩余電量的估計(jì)。


附圖是本發(fā)明實(shí)施例示意圖。
圖1是本發(fā)明數(shù)字式直流電量計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是電流方向判別及電流取樣原理圖。
圖3是LM331構(gòu)成的VFC和單片機(jī)AT89C52的接口原理圖。
圖4是本發(fā)明電量計(jì)工作程序流程示意圖，包含單片機(jī)主程序和定時(shí)器T2溢出中斷子程序流程框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明由帶方向判別的電流取樣電路1、電壓-頻率變換器(VFC)2、單片機(jī)(MCU)3、電流I、電量Q值8位LED顯示器(LED×8)4、軟件監(jiān)控及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(X25C45)5和電源電路6構(gòu)成。
使用前先將MCU的P1.7腿置為低電平，利用一確定的電流(如30.00A)通過(guò)R，電量計(jì)進(jìn)入自動(dòng)標(biāo)定狀態(tài)，MCU軟件編程完成電流標(biāo)定參數(shù)Ki和電量標(biāo)定參數(shù)Kq的測(cè)量與計(jì)算，并將結(jié)果存入Flash ROM X25C45中，并使LED閃爍提示標(biāo)定結(jié)束。
完成軟件標(biāo)定后，將P1.7腿置為高電平，電量計(jì)搭接到充(放)電回路，進(jìn)入使用狀態(tài)，以大約1秒一次間隔不斷進(jìn)行充(放)電電流和電量的測(cè)量和刷新顯示。
以上所述，僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做出限制。凡依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例進(jìn)行的任何簡(jiǎn)單修改、變更或等效變換，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字式直流電量計(jì)，由通用的電壓一頻率變換器(VFC)和單片計(jì)算機(jī)(MCU)構(gòu)成，其特征是被測(cè)電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后送VFC，MCU對(duì)VFC輸出的頻率f信號(hào)同時(shí)作測(cè)頻和累加計(jì)數(shù)處理，經(jīng)數(shù)值運(yùn)算得到被測(cè)電流值和電量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電量計(jì)，其特征在于，采用軟件標(biāo)定技術(shù)，即利用一確定的電流(如30.00A)作標(biāo)定，以獲得本電量計(jì)計(jì)算電流值和電量值的標(biāo)定比例常數(shù)，并作掉電不丟失貯存。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電量計(jì)，其特征在于，單片機(jī)和電壓比較器、電子模擬開(kāi)關(guān)以及晶體三極管等器件構(gòu)成電流方向判別電路，以確定系統(tǒng)工作于充電或放電狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電量計(jì)，其特征在于，利用軟件編程技術(shù)，可將單片機(jī)原16位內(nèi)置的硬件計(jì)數(shù)器進(jìn)行擴(kuò)展(如擴(kuò)展成32位)，以滿(mǎn)足大量程電量累計(jì)要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電量計(jì)，其特征在于，利用軟件編程技術(shù)，擴(kuò)展的計(jì)數(shù)器中斷溢出后不返回?cái)帱c(diǎn)，而是返回固定的程序入口地址，重新開(kāi)始電流的測(cè)量和進(jìn)行電量的累計(jì)，保證測(cè)量精度不受中斷干擾。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電量計(jì)，其特征在于，本發(fā)明電量計(jì)可同時(shí)顯示電流值和電量值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電壓—頻率變換器(VFC)和單片計(jì)算機(jī)(MCU)構(gòu)造的數(shù)字式直流電量計(jì)，屬于單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用和電測(cè)儀表領(lǐng)域。本發(fā)明主要特征是，將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后送VFC，MCU對(duì)VFC輸出的頻率f信號(hào)同時(shí)作測(cè)頻和累加計(jì)數(shù)處理，經(jīng)數(shù)值運(yùn)算得到被測(cè)電流值和電量值，并作實(shí)時(shí)顯示。本發(fā)明適用于電力等行業(yè)用大容量蓄電池組的充、放電管理。本發(fā)明的應(yīng)用有助于避免蓄電池組的過(guò)充、欠充以及深度放電，也有助于蓄電池組剩余電量的估計(jì)。本發(fā)明電量計(jì)簡(jiǎn)潔可靠，成本低廉。
文檔編號(hào)G01R31/36GK1920590SQ200510097759
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月27日
發(fā)明者葉丹 申請(qǐng)人:福建省福州電業(yè)局