通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中蓄電池監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)

其中300Hz信號(hào)發(fā)生電路由14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻器CD4060以及低通濾波電路組成，具體電路如圖4所示。恒流功放部分采用功率可達(dá)4W的音頻功率放大器。

圖4 300Hz信號(hào)發(fā)生電路

4 蓄電池單體電壓的測(cè)量

《通信電源與空調(diào)集中監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要求》中規(guī)定蓄電池檢測(cè)裝置必須測(cè)量每只蓄電池的單體電壓。由于蓄電池串聯(lián)起來為通信設(shè)備供電，每只蓄電池對(duì)地的電位都不相同，其最高的共模電壓可達(dá)60V,對(duì)于一般的多路模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器來說，難以承受。因此，要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，首先必須對(duì)浮地信號(hào)做共地處理或采取隔離措施。傳統(tǒng)的比較成熟的測(cè)試方法是用繼電器和大的電解電容做隔離處理，基本原理如圖5所示。

圖5 傳統(tǒng)的單體電壓測(cè)試方法

其基本的測(cè)試原理是：首先將繼電器閉合到A區(qū)，對(duì)電解電容充電;等到需要測(cè)該蓄電池的電壓時(shí)，把繼電器閉合到B區(qū)，將電解電容和蓄電池隔離開來，由于電解電容保持有該蓄電池的電壓信號(hào)，因此，測(cè)試部分只需測(cè)電解電容上的電壓，即可得到相應(yīng)的蓄電池電壓。這種方法無需采用線性光隔離等比較昂貴的器件，具有原理簡(jiǎn)單、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。但是由于繼電器存在著機(jī)械動(dòng)作慢，使用壽命低等缺陷，實(shí)踐證明，根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)裝置在速度、使用壽命、工作的可靠性方面都難以令人滿意。

4.1 硬件直接相減的方法的實(shí)現(xiàn)

硬件直接相減法的思想來源于數(shù)學(xué)上減法的概念。試想，如果用高差模增益的運(yùn)放將蓄電池上的高電位按比例壓縮，即：首先將n號(hào)蓄電池的高端電位按照Rn1/Rn2的比例壓縮至模擬電子開關(guān)可以承受的程度，測(cè)量得到壓縮后的電壓值，然后由軟件將壓縮系數(shù)乘回去，即可得到n號(hào)蓄電池的高端電位，同理可得到第n號(hào)蓄電池的低端電位，然后通過軟件將兩者相減，即可得到第n號(hào)蓄電池的單體電壓。從理論上分析這種方法是可行的，但在實(shí)際中卻難以實(shí)現(xiàn)。比如，40V的電位，通過測(cè)試精度為0.1%的測(cè)試系統(tǒng)，其絕對(duì)誤差為±40mv,而38V的電位，通過同樣測(cè)試精度的系統(tǒng)，其絕對(duì)誤差為±38mv,兩者之間的絕對(duì)誤差累積為±78mv,顯然，其相對(duì)誤差可達(dá)到8%,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)難以達(dá)到通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中的要求。因此，這種減法器的方法在工程上是不可能實(shí)現(xiàn)的，但其思想?yún)s十分具有參考價(jià)值：如果能夠解決誤差的連續(xù)累積問題，就有可能得到滿意精度的測(cè)量結(jié)果。為此我們用兩片高差模增益放大器設(shè)計(jì)了一種硬件直接相減的電路，其原理電路如圖6所示。

圖6 采用硬件直接相減法測(cè)量單體電壓的電路

圖6中，ICL7650是差模增益高達(dá)105/mV的運(yùn)算放大器，從而能夠保證運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端的電位相等，都等于地電位。Rnp為保證運(yùn)算放大器工作的平衡電阻。Vna為n號(hào)蓄電池的高端電位，Vnb為n號(hào)蓄電池的低端電位。

其基本原理如下：運(yùn)算放大器A構(gòu)成了一個(gè)反向放大器，即：

運(yùn)算放大器B構(gòu)成一個(gè)加法器，即：

由式(2)可以看出，只要合理的選擇Rn1、Rn2、Rn3、Rn4和Rn5的阻值，使其滿足條件：

則式(2)可以化為：

從而實(shí)現(xiàn)了硬件的直接相減，避免了誤差的累積。

4.2 元件參數(shù)的選擇

通信用蓄電池通常由24節(jié)單體電壓為2V的蓄電池組構(gòu)成。其最高的共模電壓可達(dá)60V左右，要將其移到2V左右的對(duì)地電壓，并保證運(yùn)算放大器的工作安全性。因此選擇在25~35之間比較合適，考慮到電阻的熱穩(wěn)定性等其他因素，在這里我們選擇Rn2、Rn3的電阻值為1.5kΩ，Rn1、Rn4和Rn5選擇為50kΩ，同時(shí)由于在這個(gè)數(shù)量級(jí)的電阻難以保證較高的精度，因此應(yīng)加入5kΩ的電位計(jì)加以調(diào)整。

5 蓄電池單體溫度的測(cè)量

蓄電池體的溫度是VRLA蓄電池的重要標(biāo)志參數(shù)，對(duì)于蓄電池的剩余容量、工作壽命都有著重要的影響。蓄電池體溫度的測(cè)量我們采用了Dallas公司的數(shù)字式溫度傳感器DS1620,它具有測(cè)溫范圍寬、讀數(shù)穩(wěn)定、與單片機(jī)接口方便等優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)溫分辨率可達(dá)到0.50C,如果經(jīng)過軟件調(diào)整，還可以達(dá)到更高的精度0.10C,對(duì)于蓄電池單體電池溫度的測(cè)量來說，十分適用。在此下文僅對(duì)軟件實(shí)現(xiàn)0.10C精度的方法加以說明。

5.1 測(cè)溫原理的進(jìn)一步分析

要獲得較高的測(cè)溫方案，除了需要知道由DS1620直接讀取的溫度值以外，還必須知道該溫度下計(jì)數(shù)器的值和該溫度下每增加10C的計(jì)數(shù)值，后者可以從非線性累加器讀入。非線性累加器電路用以補(bǔ)償溫度振蕩器的非線性作用，它有助于獲得較高的測(cè)溫精度。

用單片機(jī)控制DS1620,將經(jīng)過修正的溫度直接讀取值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)(以0.50C為單位)，記為temp_read.同時(shí)，讀取計(jì)數(shù)門關(guān)閉后保存在計(jì)數(shù)器中的值，記為count_remain.然后讀取非線性累加器中的值，作為該溫度下每攝氏度的計(jì)數(shù)值，記為count_per_c.以上幾個(gè)參數(shù)確定以后，可以用下式計(jì)算得到精度為0.10C的實(shí)際溫度T,即：