CN104375093A - 一种蓄电池性能测试仪及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄电池性能测试仪，解决了现有技术中蓄电池性能测试装置系统过于复杂、成本高、精度差的问题。该蓄电池性能测试仪，主要包括单片机，分别与该单片机连接的蓄电池深度控制与放电回路、计时回路、电压采集回路、液晶显示回路和控制按键。同时，本发明还提供了相应的实现方法，通过软硬件的结合，可以准确、稳定地测量蓄电池的总容量和使用过程中的当前电压和容量，成本低、精确度高，具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池性能测试仪及其实现方法。
背景技术
节能和环保是当今世界发展的两大主题，世界各国争相发展电动车等节能产品。与此同时，也带动了锂电池、燃料电池等环保型蓄电池的研究和发展。而蓄电池的性能好坏决定了节能环保的效果，因此，蓄电池的性能测试至关重要。
而现有的蓄电池性能测试装置其结构都虽然简单，但也由于太过简单，使得测试精度很难保证，误差很大，难以满足实际需要，比如:专利号为201120364251.X、200920208144.0所公开的专利，都属于结构很简单的技术，但其只注重了结构简单，却没有注意测试精确度的问题，造成该技术在设计思路上有些本末倒置了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓄电池性能测试仪，保证结构简化的同时，稳定、准确地实现蓄电池的监测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种蓄电池性能测试仪，包括单片机，分别与该单片机连接的蓄电池深度控制与放电回路、计时回路、电压采集回路、液晶显示回路和控制按键，其中：
所述蓄电池深度控制与放电回路包括三极管U7，与该三极管U7的发射极连接的二极管D8，连接在该二极管D8与所述三极管U7之间的电磁型继电器 U6，该电磁型继电器U6包括两个静触点、一个动触点和一个电磁线圈，其中电磁线圈与所述二极管D8并联，其一个静触点与三极管U7的集电极连接，另一静触点与电磁线圈连接，而其动触点则通过一LED支路与所述二极管D8连接，所述三极管U7的基极还通过电阻R6与所述单片机连接，所述蓄电池连接在所述三极管U7的集电极与发射极之间；
所述LED支路包括相互串联的LED和电阻R4，且该LED支路还并联有电阻R7；
所述电压采集回路包括AD转换器，连接在该AD转换器时钟输出端的电阻R2，与该电阻R2串联的电容C2，连接在该AD转换器的信号输入端与信号输出端之间的电容C3，以及连接在该AD转换器的电源端与接地端之间的电容C1；所述AD转换的信号输入端还与所述三极管U7的集电极连接；
所述液晶显示回路由LCD1602液晶模块构成；所述计时回路由定时器构成；
所述单片机还连接有上电复位电路与内部时钟振荡电路，所述上电复位电路包括相互串联的电容C18和电阻R36，以及与该电容C18并联的串联支路，该串联支路由按键S1和电阻R35串联构成；
所述内部时钟振动电路包括相互串联的电容C19和C20，以及与该电容C19和C20并联的晶体振荡器，该晶体振荡器的两端分别与单片机连接；
电容C1、C2、C3、C18、C19、C20分别为100nF、150pF、100nF、10μP、30P、30P，电阻R2、R4、R6、R7、R35、R36分别为10KΩ、5KΩ、2 KΩ、1KΩ、0.2 KΩ、10 KΩ。
以上述硬件系统为基础，本发明提供了下列蓄电池性能测试仪的实现方法，包括以下步骤：
（1）为电压采集回路中的模拟地和数字地分别设置引入端；
（2）将单片机、上电复位电路、内部时钟振荡电路、计时回路、电压采集回路、液晶显示回路和控制按键安装在同一个PCB板上，而蓄电池深度控制与放电回路安装在另一个PCB板上，形成两个完全独立的模块，两者之间通过导线连通；
（3）初始化电压采集回路、液晶显示回路和计时回路，判断控制按键是否闭合，若闭合，则执行步骤（4）；
（4）利用电压采集回路实时采集蓄电池的电压，并通过单片机与预设阀值进行比较，若采集的蓄电池电压大于或等于预设阀值，则继续采集工作，同时由电压采集回路将采集的模拟信号转换成数字信号，再通过液晶显示回路实时显示所采集到的蓄电池电压与电量，若采集的蓄电池电压小于预设阀值，则执行步骤（5）；
（5）关闭定时器和电压采集回路，拉低与电压采集回路连接的单片机接口的电平，使电磁型继电器动作，断开放电回路，同时由电压采集回路将采集的模拟信号转换成数字信号，再通过液晶显示回路实时显示所采集到的蓄电池电压与电量。
在上述实现方法中，本发明结合AD转换器的实际性能特点，利用将模拟地和数字地分别设置引入端的方式，有效地避免了数字电路的地电流对模拟信号回路产生干扰，防止了寄生耦合干扰的产生。另外，为了提高测试精度，减小测试误差，本发明将蓄电池的深度控制与放电回路和单片机及其他控制模块隔离开来，分别制成两个独立的模块，如此可有效避免相互干扰，保证了测试精度。
进一步地，为了扩大蓄电池电压的测量范围，本发明通过巧妙地设计，在实际测试过程中，通过改变AD转换器的外围电路来实现，即：在执行所述步骤（4）之前，先判断电压采集回路中AD转换器的输入电压大小，当AD转换器的输入电压为0~+5V时，AD转换器的VREF/2端不外加任何电压；当电压范围超出5V时，而输入电压的范围可以通过调整VREF/2端的电压加以改变，AD转换器的VREF/2端外加电压为AD转换器输入电压的1/2。
再进一步地，在测量蓄电池的电池容量时，采用恒定电流、利用定时器全程测量实际放电时间的方式进行测量。通过这种测量方式，可以有效避免劣质电池放电前期电压稳定、中后期电压迅速下降带来的测量误差，大大保证了测量准确度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明首创将AD转换电路与信号采集电路融为一体的电路设计方式，并通过简单化的电路结构配合巧妙的电路布图方式和实现方法，不仅可以实时地测量蓄电池的当前电压和电量，还能准确测量蓄电池的总容量，而且电路结构简单，实现方便，成本低，测试精度高，非常适合大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明中上电复位电路的电路原理图。
图3为本发明中内部时钟振荡电路的电路原理图。
图4为本发明中蓄电池深度控制与放电回路的电路原理图。
图5为本发明中电压采集回路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1～图5所示，本发明公开的蓄电池性能测试仪，主要包括以下几个部门：单片机、蓄电池深度控制与放电回路、计时回路、电压采集回路、液晶显示回路、上电复位电路和内部时钟振荡电路。
其中，所述蓄电池深度控制与放电回路如图4所示，包括三极管U7，与该三极管U7的发射极连接的二极管D8，连接在该二极管D8与所述三极管U7之间的电磁型继电器 U6，该电磁型继电器U6包括两个静触点、一个动触点和一个电磁线圈，其中电磁线圈与所述二极管D8并联，其一个静触点与三极管U7的集电极连接，另一静触点与电磁线圈连接，而其动触点则通过一LED支路与所述二极管D8连接，所述三极管U7的基极还通过电阻R6与所述单片机连接，所述蓄电池连接在所述三极管U7的集电极与发射极之间；所述LED支路包括相互串联的LED和电阻R4，且该LED支路还并联有电阻R7。
所述电压采集回路如图5所示，包括AD转换器，连接在该AD转换器时钟输出端的电阻R2，与该电阻R2串联的电容C2，连接在该AD转换器的信号输入端与信号输出端之间的电容C3，以及连接在该AD转换器的电源端与接地端之间的电容C1；所述AD转换的信号输入端还与所述三极管U7的集电极连接。
所述液晶显示回路由LCD1602液晶模块构成；所述计时回路由定时器构成。
所述单片机还连接有上电复位电路与内部时钟振荡电路，所述上电复位电路如图2所示，包括相互串联的电容C18和电阻R36，以及与该电容C18并联的串联支路，该串联支路由按键S1和电阻R35串联构成。
所述内部时钟振动电路如图3所示，包括相互串联的电容C19和C20，以及与该电容C19和C20并联的晶体振荡器，该晶体振荡器的两端分别与单片机连接。
具体地说，上述电路中，电容C1、C2、C3、C18、C19、C20分别为100nF、150pF、100nF、10μP、30P、30P，电阻R2、R4、R6、R7、R35、R36分别为10KΩ、5KΩ、2 KΩ、1KΩ、0.2 KΩ、10 KΩ。只有通过这样具体的元器件选择，才能达到本发明的测试精度，最大程度地减小误差。
以上述硬件系统为基础，本发明提供了下列蓄电池性能测试仪的实现方法，包括以下步骤：
（1）为电压采集回路中的模拟地和数字地分别设置引入端；
（2）将单片机、上电复位电路、内部时钟振荡电路、计时回路、电压采集回路、液晶显示回路和控制按键安装在同一个PCB板上，而蓄电池深度控制与放电回路安装在另一个PCB板上，形成两个完全独立的模块，两者之间通过导线连通；
（3）初始化电压采集回路、液晶显示回路和计时回路，判断控制按键是否闭合，若闭合，则执行步骤（4）；
（4）利用电压采集回路实时采集蓄电池的电压，并通过单片机与预设阀值进行比较，若采集的蓄电池电压大于或等于预设阀值，则继续采集工作，同时由电压采集回路将采集的模拟信号转换成数字信号，再通过液晶显示回路实时显示所采集到的蓄电池电压与电量，若采集的蓄电池电压小于预设阀值，则执行步骤（5）；
（5）关闭定时器和电压采集回路，拉低与电压采集回路连接的单片机接口的电平，使电磁型继电器动作，断开放电回路，同时由电压采集回路将采集的模拟信号转换成数字信号，再通过液晶显示回路实时显示所采集到的蓄电池电压与电量。
在上述实现方法中，本发明结合AD转换器的实际性能特点，利用将模拟地和数字地分别设置引入端的方式，有效地避免了数字电路的地电流对模拟信号回路产生干扰，防止了寄生耦合干扰的产生。另外，为了提高测试精度，减小测试误差，本发明将蓄电池的深度控制与放电回路和单片机及其他控制模块隔离开来，分别制成两个独立的模块，如此可有效避免相互干扰，保证了测试精度。
进一步地，为了扩大蓄电池电压的测量范围，本发明通过巧妙地设计，在实际测试过程中，通过改变AD转换器的外围电路来实现，即：在执行所述步骤（4）之前，先判断电压采集回路中AD转换器的输入电压大小，当AD转换器的输入电压为0~+5V时，AD转换器的VREF/2端不外加任何电压；当电压范围超出5V时，而输入电压的范围可以通过调整VREF/2端的电压加以改变，AD转换器的VREF/2端外加电压为AD转换器输入电压的1/2。
再进一步地，在测量蓄电池的电池容量时，采用恒定电流、利用定时器全程测量实际放电时间的方式进行测量。通过这种测量方式，可以有效避免劣质电池放电前期电压稳定、中后期电压迅速下降带来的测量误差，大大保证了测量准确度。
通过上述软硬件结合，不仅可以准确测量蓄电池的总容量，还能测量使用过程中蓄电池的当前电压和当前容量，系统简单，稳定可靠，成本低，具有很高的实用价值和应用价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种蓄电池性能测试仪，其特征在于，包括单片机，分别与该单片机连接的蓄电池深度控制与放电回路、计时回路、电压采集回路、液晶显示回路和控制按键，其中：
所述蓄电池深度控制与放电回路包括三极管U7，与该三极管U7的发射极连接的二极管D8，连接在该二极管D8与所述三极管U7之间的电磁型继电器 U6，该电磁型继电器U6包括两个静触点、一个动触点和一个电磁线圈，其中电磁线圈与所述二极管D8并联，其一个静触点与三极管U7的集电极连接，另一静触点与电磁线圈连接，而其动触点则通过一LED支路与所述二极管D8连接，所述三极管U7的基极还通过电阻R6与所述单片机连接，所述蓄电池连接在所述三极管U7的集电极与发射极之间；
所述LED支路包括相互串联的LED和电阻R4，且该LED支路还并联有电阻R7；
所述电压采集回路包括AD转换器，连接在该AD转换器时钟输出端的电阻R2，与该电阻R2串联的电容C2，连接在该AD转换器的信号输入端与信号输出端之间的电容C3，以及连接在该AD转换器的电源端与接地端之间的电容C1；所述AD转换的信号输入端还与所述三极管U7的集电极连接；
所述液晶显示回路由LCD1602液晶模块构成；所述计时回路由定时器构成；
所述单片机还连接有上电复位电路与内部时钟振荡电路，所述上电复位电路包括相互串联的电容C18和电阻R36，以及与该电容C18并联的串联支路，该串联支路由按键S1和电阻R35串联构成；
所述内部时钟振动电路包括相互串联的电容C19和C20，以及与该电容C19和C20并联的晶体振荡器，该晶体振荡器的两端分别与单片机连接；
电容C1、C2、C3、C18、C19、C20分别为100nF、150pF、100nF、10μP、30P、30P，电阻R2、R4、R6、R7、R35、R36分别为10KΩ、5KΩ、2 KΩ、1KΩ、0.2 KΩ、10 KΩ。
2.一种蓄电池性能测试仪的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）为电压采集回路中的模拟地和数字地分别设置引入端；
（2）将单片机、上电复位电路、内部时钟振荡电路、计时回路、电压采集回路、液晶显示回路和控制按键安装在同一个PCB板上，而蓄电池深度控制与放电回路安装在另一个PCB板上，形成两个完全独立的模块，两者之间通过导线连通；
（3）初始化电压采集回路、液晶显示回路和计时回路，判断控制按键是否闭合，若闭合，则执行步骤（4）；
（4）利用电压采集回路实时采集蓄电池的电压，并通过单片机与预设阀值进行比较，若采集的蓄电池电压大于或等于预设阀值，则继续采集工作，同时由电压采集回路将采集的模拟信号转换成数字信号，再通过液晶显示回路实时显示所采集到的蓄电池电压，若采集的蓄电池电压小于预设阀值，则执行步骤（5）；
（5）关闭定时器和电压采集回路，拉低与电压采集回路连接的单片机接口的电平，使电磁型继电器动作，断开放电回路，同时由电压采集回路将采集的模拟信号转换成数字信号，再通过液晶显示回路实时显示所采集到的蓄电池电压与电量。
3.根据权利要求2所述的一种蓄电池性能测试仪的实现方法，其特征在于，执行所述步骤（4）之前，先判断电压采集回路中AD转换器的输入电压大小，当AD转换器的输入电压为0~+5V时，AD转换器的VREF/2端不外加任何电压；当电压范围超出5V时，而输入电压的范围可以通过调整VREF/2端的电压加以改变，AD转换器的VREF/2端外加电压为AD转换器输入电压的1/2。
4.根据权利要求3所述的一种蓄电池性能测试仪的实现方法，其特征在于，在测量蓄电池的电池容量时，采用恒定电流、利用定时器全程测量实际放电时间的方式进行测量。
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