通信電源監控系統中蓄電池監控模塊的設計

其中300Hz信號發(fā)生電路由14位二進(jìn)制串行計數/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4W的音頻功率放大器。

圖4 300Hz信號發(fā)生電路

4 蓄電池單體電壓的測量

《通信電源與空調集中監控系統的技術(shù)要求》中規定蓄電池檢測裝置必須測量每只蓄電池的單體電壓。由于蓄電池串聯(lián)起來(lái)為通信設備供電，每只蓄電池對地的電位都不相同，其最高的共模電壓可達60V,對于一般的多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉換器來(lái)說(shuō)，難以承受。因此，要對其進(jìn)行測試，首先必須對浮地信號做共地處理或采取隔離措施。傳統的比較成熟的測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 傳統的單體電壓測試方法

其基本的測試原理是：首先將繼電器閉合到A區，對電解電容充電;等到需要測該蓄電池的電壓時(shí)，把繼電器閉合到B區，將電解電容和蓄電池隔離開(kāi)來(lái)，由于電解電容保持有該蓄電池的電壓信號，因此，測試部分只需測電解電容上的電壓，即可得到相應的蓄電池電壓。這種方法無(wú)需采用線(xiàn)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(zhù)機械動(dòng)作慢，使用壽命低等缺陷，實(shí)踐證明，根據這一原理實(shí)現的檢測裝置在速度、使用壽命、工作的可靠性方面都難以令人滿(mǎn)意。

4.1 硬件直接相減的方法的實(shí)現

硬件直接相減法的思想來(lái)源于數學(xué)上減法的概念。試想，如果用高差模增益的運放將蓄電池上的高電位按比例壓縮，即：首先將n號蓄電池的高端電位按照Rn1/Rn2的比例壓縮至模擬電子開(kāi)關(guān)可以承受的程度，測量得到壓縮后的電壓值，然后由軟件將壓縮系數乘回去，即可得到n號蓄電池的高端電位，同理可得到第n號蓄電池的低端電位，然后通過(guò)軟件將兩者相減，即可得到第n號蓄電池的單體電壓。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。比如，40V的電位，通過(guò)測試精度為0.1%的測試系統，其絕對誤差為±40mv,而38V的電位，通過(guò)同樣測試精度的系統，其絕對誤差為±38mv,兩者之間的絕對誤差累積為±78mv,顯然，其相對誤差可達到8%,這遠遠難以達到通信電源監控系統中的要求。因此，這種減法器的方法在工程上是不可能實(shí)現的，但其思想卻十分具有參考價(jià)值：如果能夠解決誤差的連續累積問(wèn)題，就有可能得到滿(mǎn)意精度的測量結果。為此我們用兩片高差模增益放大器設計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量單體電壓的電路

圖6中，ICL7650是差模增益高達105/mV的運算放大器，從而能夠保證運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為保證運算放大器工作的平衡電阻。Vna為n號蓄電池的高端電位，Vnb為n號蓄電池的低端電位。

其基本原理如下：運算放大器A構成了一個(gè)反向放大器，即：

運算放大器B構成一個(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(mǎn)足條件：

則式(2)可以化為：

從而實(shí)現了硬件的直接相減，避免了誤差的累積。

4.2 元件參數的選擇

通信用蓄電池通常由24節單體電壓為2V的蓄電池組構成。其最高的共模電壓可達60V左右，要將其移到2V左右的對地電壓，并保證運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)數量級的電阻難以保證較高的精度，因此應加入5kΩ的電位計加以調整。

5 蓄電池單體溫度的測量

蓄電池體的溫度是VRLA蓄電池的重要標志參數，對于蓄電池的剩余容量、工作壽命都有著(zhù)重要的影響。蓄電池體溫度的測量我們采用了Dallas公司的數字式溫度傳感器DS1620,它具有測溫范圍寬、讀數穩定、與單片機接口方便等優(yōu)點(diǎn)，其測溫分辨率可達到0.50C,如果經(jīng)過(guò)軟件調整，還可以達到更高的精度0.10C,對于蓄電池單體電池溫度的測量來(lái)說(shuō)，十分適用。在此下文僅對軟件實(shí)現0.10C精度的方法加以說(shuō)明。

5.1 測溫原理的進(jìn)一步分析

要獲得較高的測溫方案，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數器的值和該溫度下每增加10C的計數值，后者可以從非線(xiàn)性累加器讀入。非線(xiàn)性累加器電路用以補償溫度振蕩器的非線(xiàn)性作用，它有助于獲得較高的測溫精度。

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