CN104734288A - 基于单片机控制的蓄电池供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单片机控制的蓄电池供电装置，属一种蓄电池供电装置，所述的蓄电池供电装置中包括单片机控制模块，所述单片机控制模块通过第一电压采集电路与第二电压采集电路分别接入至少两个电池组，所述单片机控制模块还接入输出电路，所述输出电路分别接入至少两个电池组，所述的单片机控制模块还分别接入弧压采集电路与充电电路，所述充电电路分别接入至少两个电池组与焊接电弧端。通过蓄电池供电的方式简化了自动焊接小车的外设，无需使用专门的电源线，有效拓宽了焊接小车的适用范围；采用弧压充电结合电池组间自充电方式，极大地提高了电池的有效工作时间及寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池供电装置，更具体的说，本发明主要涉及一种基于单片机控制的蓄电池供电装置。
背景技术
目前，市场上的自动焊接小车采用的供电方式主要有：AC220V或AC380市电的直接供电方式（再通过变压器或开关电源转换成所需的直流电源）、使用焊接电源的气阀电源的供电方式。市电直接供电方式存在主要问题有：电压超过安全电压，在复杂的焊接现场易产生安全事故，故许多作用场合（如船厂焊接平台）禁止使用，且需单独配置一根电源线，现场使用、移动不便。气阀供电方式存在的主要问题有：存在电压匹配问题，各不同焊接电源厂家使用的气阀电源不尽相同（常见的就有DC24V、AC36V之分），不利于小车电源的统一配置；须焊接电源先工作后小车方能启动，不利于小车对焊接过程的控制；且需要一根单独的电源线，现场使用、移动不便。
发明内容
本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种基于单片机控制的蓄电池供电装置，以期望解决现有技术中焊接小车的供电装置部分场合禁止使用，气阀供电方式不利于小车对焊接过程的控制等技术问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种基于单片机控制的蓄电池供电装置，所述的蓄电池供电装置中包括单片机控制模块，所述单片机控制模块通过第一电压采集电路与第二电压采集电路分别接入至少两个电池组，所述单片机控制模块还接入输出电路，所述输出电路分别接入至少两个电池组，用于由单片机控制模块分别控制至少两个电池组的供电输出状态；所述的单片机控制模块还分别接入弧压采集电路与充电电路，所述充电电路分别接入至少两个电池组与焊接电弧端，用于由弧压采集电路采集当前焊接电弧端的电弧电压，并由单片机控制模块控制充电电路导通，为至少两个电池组中的任意一个电池组充电。
作为优选，进一步的技术方案是：所述充电电路中还设有离线式变换器，所述离线式变换器与单片机控制模块中的PWM模块相连接，用于由单片机控制模块中的PWM模块驱动离线式变换器将电弧电压转换为充电电压对至少两个电池组进行充电。
更进一步的技术方案是：所述第一电压采集电路与第二电压采集电路的内部均设有A/D转换模块，用于由第一电压采集电路与第二电压采集电路分别采集至少两个电池组的实时电压。
更进一步的技术方案是：所述的蓄电池供电装置中还包括温度检测电路、过热保护电路与异常显示电路，所述温度检测电路、过热保护电路与异常显示电路均接入单片机控制模块，所述温度检测电路还分别接入至少两个电池组，所述过热保护电路还接入充电电路，用于由温度检测电路采集当前至少两个电池组的实时温度数据并反馈至单片机控制模块，由单片机控制模块根据当前温度数据判断是否需要通过过热保护电路断开所述充电电路，且通过异常显示电路进行报警显示。
更进一步的技术方案是：所述充电电路中还包括充电源选择电路与输出选择电路，所述至少两个电池组相互连接，用于由充电源选择电路根据焊接电弧端的当前电压在焊接电弧端与任意一个电池组之间选择充电源，由输出选择电路在任意一个电池组之间选择供电输出源。
本发明另一方面还提供了一种上述基于单片机控制的蓄电池供电装置的控制方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤A、单片机控制模块通过第一电压采集电路与第二电压采集电路分别采集至少两个电池组的当前电压，当电池组的电压均正常时，执行下一步骤，反之则通过异常显示电路进行报警；
步骤B、单片机控制模块通过充电电路中的输出选择电路选择其中一个电池组供电输出，并通过第一电压采集电路与第二电压采集电路继续采集当前两个电池组的电压值，当前其中一个供电输出的电池组的工作有效电压低于预设阈值时，由单片机控制模块切换另一个电池组继续供电输出；
步骤C、由弧压采集电路采集当前焊接电弧端的电弧电压，并由单片机控制模块控制充电电路导通，为当前处于非供电输出状态的电池组充电。
作为优选，进一步的技术方案是：所述的方法还包括步骤D、在其中一个电池组在充电时，如焊接电弧端的电压断电，由充电电路中的充电源选择电路切换另一个电池组作为当前电池组的充电源。
更进一步的技术方案是：所述步骤B中当第一电压采集电路与第二电压采集电路采集到至少两个电池组的均正常时，由单片机控制模块通过充电电路中的输出选择电路选择电压较低的一个电池组作为首发供电输出的电池组，如至少两个电池组输出电压相等，则默认选择第一电池组作为首发输出的电池组。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过蓄电池供电的方式简化了自动焊接小车的外设，无需使用专门的电源线，有效拓宽了焊接小车的适用范围；采用弧压充电结合电池组间自充电方式，极大地提高了电池的有效工作时间及寿命，可实现自动焊接小车的24小时全天不间断工作；并且采用了热保护电路设计，避免了恶劣焊接现场可能对电池组产生的过热损伤；同时本发明所提供的一种基于单片机控制的蓄电池供电装置结构简单，可在各类自动焊接小车上安装使用，应用范围广阔。
附图说明
图1为用于说明本发明一个实施例的装置结构框图；
图2为用于说明本发明一个实施例的主控电路原理图；
图3为用于说明本发明一个实施例的电压检测电路原理图；
图4为用于说明本发明一个实施例的输出电路原理图；
图5为用于说明本发明一个实施例的充电电路原理图；
图6为用于说明本发明一个实施例的温度检测电路及异常显示电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
参考图1所示，本发明的一个实施例是一种基于单片机控制的蓄电池供电装置，所述的蓄电池供电装置中包括单片机控制模块，所述单片机控制模块通过第一电压采集电路与第二电压采集电路分别接入至少两个电池组，所述单片机控制模块还接入输出电路，所述输出电路分别接入至少两个电池组，用于由单片机控制模块分别控制至少两个电池组的供电输出状态；
上述的单片机控制模块还分别接入弧压采集电路与充电电路，所述充电电路分别接入至少两个电池组与焊接电弧端，用于由弧压采集电路采集当前焊接电弧端的电弧电压，并由单片机控制模块控制充电电路导通，为至少两个电池组中的任意一个电池组充电。
进一步的，由焊接电弧的电压波动性较大，不利于充电，还易对蓄电池造成损坏，因此，在上述充电电路中还需设置离线式变换器，并将离线式变换器与单片机控制模块中的PWM模块相连接，用于由单片机控制模块中的PWM模块驱动离线式变换器将电弧电压转换为充电电压对至少两个电池组进行充电。
在本实施例中，通过蓄电池供电的方式简化了自动焊接小车的外设，无需使用专门的电源线，有效拓宽了焊接小车的适用范围；采用弧压充电结合电池组间自充电方式，极大地提高了电池的有效工作时间及寿命，可实现自动焊接小车的24小时全天不间断工作。
更加优选的是，上述第一电压采集电路与第二电压采集电路的内部均设有A/D转换模块，用于由第一电压采集电路与第二电压采集电路分别采集至少两个电池组的实时电压。
为防止在充电过程中焊接电弧端突然断电，而充电电池组尚未达到最高有效工作电压对蓄电池造成的损坏，因此在上述充电电路中还可增设充电源选择电路与输出选择电路，再将至少两个电池组相互连接，用于由充电源选择电路根据焊接电弧端的当前电压在焊接电弧端与任意一个电池组之间选择充电源，由输出选择电路在任意一个电池组之间选择供电输出源。
正如图1所示出的，在本发明的另一实施例中，为提升装置使用的安全性，在上述蓄电池供电装置中还可增设温度检测电路、过热保护电路与异常显示电路，所述温度检测电路、过热保护电路与异常显示电路均接入单片机控制模块，所述温度检测电路还分别接入至少两个电池组，所述过热保护电路还接入充电电路，用于由温度检测电路采集当前至少两个电池组的实时温度数据并反馈至单片机控制模块，由单片机控制模块根据当前温度数据判断是否需要通过过热保护电路断开所述充电电路，且通过异常显示电路进行报警显示。
本发明的另一个实施例是一种上述实施例中的基于单片机控制的蓄电池供电装置的控制方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤A、单片机控制模块通过第一电压采集电路与第二电压采集电路分别采集至少两个电池组的当前电压，当电池组的电压均正常时，执行下一步骤，反之则通过异常显示电路进行报警；
步骤B、单片机控制模块通过充电电路中的输出选择电路选择其中一个电池组供电输出，并通过第一电压采集电路与第二电压采集电路继续采集当前两个电池组的电压值，当前其中一个供电输出的电池组的工作有效电压低于预设阈值时，由单片机控制模块切换另一个电池组继续供电输出；
步骤C、由弧压采集电路采集当前焊接电弧端的电弧电压，并由单片机控制模块控制充电电路导通，为当前处于非供电输出状态的电池组充电。
优选的是，上述方法中还可增设步骤D、在其中一个电池组在充电时，如焊接电弧端的电压断电，由充电电路中的充电源选择电路切换另一个电池组作为当前电池组的充电源。并且，上述步骤B中当第一电压采集电路与第二电压采集电路采集到至少两个电池组的均正常时，由单片机控制模块通过充电电路中的输出选择电路选择电压较低的一个电池组作为首发供电输出的电池组，如至少两个电池组输出电压相等，则默认选择第一电池组作为首发输出的电池组。
上述单片机控制模块的工作原理为：通过AVR-ADC0采集充电电路的输出电压信号、AVR-ADC1口采集充电回路的电流信号、通过AVR-ADC2采集电池组1电压信号、AVR-ADC3采集电池组2电压信号、AVR-ADC4采集弧压信号、AVR-PD7采集温度信号；
经过对上述信号的采集、A/D转换及逻辑运算后产生以下控制信号：经AVR-PB3、AVR-PB4对输出电路进行控制；经AVR-OC1A、AVR-PC2、AVR-PC3对充电电路进行控制；经AVR-PD6对异常指示灯进行控制；
如图2所示，主控电路的电路特征为：电池组BT1正极连接D1阳极、BT2正极连接D2阳极，D1、D2阴极并联后连接电源开关-1，电源开关-2连接L1-1，L1-2连接C1、C2正极、W1-1，W1-2连接D3阴极、L2-1，L2-2连接W1-4及C3、C4、C5、C6正极作为+5V电源输出端；电池BT1负极连接BT2负极、L1输入2，L1输出2连接C1、C2、C3、C4、C5、C6负极及W1-3、W1-5，作为电源地；
U1-5、U1-17、U1-38脚连接电源+5V，并经C10、C11、C12接地，U1-6、U1-18、U1-30、U1-39连接电源地，U1-7连接Y1-1并经C8接地，U1-8连接Y1-2并经C9接地，+5V连接L3-1，L3-2接U1-27、U1-29并经C13接地；
弧压采集电路、第一电压采集电路、第二电压采集电路的工作原理为：弧压及电池的电压信号经过电阻分压，再经RC滤波后输入单片机，经单片机A/D转换、逻辑运算后生成：工作电池组选择信号、闲置电池组状态、充电源选择信号等控制信号。
如图3所示，弧压采集电路的电路特征为：弧压信号经电阻R9、R10分压，R10端电压经稳压二极管D6限幅后经电阻R11、C16组成的RC滤波网络后输入单片机AVR-ADC4口；
如图3所示，第一电压采集电路的电路特征为：第一电池组的电压信号经电阻R3、R4分压，R4端电压经稳压二极管D4限幅后经电阻R5、C14组成的RC滤波网络后输入单片机AVR-ADC2口；
如图3所示，第二电压采集电路的电路特征为：第二电池组电压信号经电阻R6、R7分压，R7端电压经稳压二极管D4限幅后经电阻R5、C14组成的RC滤波网络后输入单片机AVR-ADC3口；
输出电路的工作原理为：单片机根据工作电池组选择信号控制选定的工作电池组继电器吸合，使工作电池组与输出电路联通；
如图4所示，输出电路的电路特征为：
CJ1线圈-1连接D7阴极、+5V，CJ1线圈-2连接D7阳极、T1集电极，AVR-PB3连接R12-1，R12-2连接T1基极并经R13接地，T1发射极接地；
CJ2线圈-1连接D9阴极、+5V，CJ1线圈-2连接D9阳极、T2集电极，AVR-PB4连接R14-1，R14-2连接T2基极并经R15接地，T2发射极接地；
VBT1连接D8阳极，D8阴极连接CJ1开关-1，VBT2连接D10阳极，D10阴极连接CJ2开关-1，CJ1开关-2与CJ2开关-2并联后连接D11阴极、L4-1并经C17接地，D11阳极并联L4-2连接电池输出端-1、D12阴极并经C18接地，D12阳极、电池输出端-3接地；
充电电路的工作原理为，单片机通过电压（第一电池组电压、第二电池组电压，弧压）信号采集经逻辑运算后经过AVR-PC4、AVR-PC5、AVR-PC6选择并连通第一电池组、第二电池组、弧压中一组作为充电源；通过AVR-ADC0对输出充电电压进行检测、逻辑运算后运用AVR-OC1A的输出PWM信号控制离线式变换器将充电源电压调整为合适的充电电压，并通过AVR-ADC1口对充电电路的电流进行检测，起限流保护作用；单片机通过AVR-PC2、AVR-PC3端口选择并连同电池组1或电池组2中的一组作为被充电电池组；
如图5所示，充电电路分为充电源选择电路、离线式变换器、输出选择电路；
再参考图5所示，充电源选择电路的电路特征为：
CJ3线圈-1连接D13阴极、+5V，CJ3线圈-2连接D13阳极、T3集电极，AVR-PC4连接R16-1，R16-2连接T3基极并经R17接地，T3发射极接地；
CJ4线圈-1连接D15阴极、+5V，CJ4线圈-2连接D15阳极、T4集电极，AVR-PC5连接R18-1，R18-2连接T4基极并经R19接地，T4发射极接地；
CJ5线圈-1连接D17阴极、+5V，CJ5线圈-2连接D17阳极、T5集电极，AVR-PC6连接R20-1，R20-2连接T5基极并经R20接地，T5发射极接地；
VBT1连接D14阳极，D14阴极连接CJ3开关-1，VBT2连接D16阳极，D16阴极连接CJ4开关-1，弧压连接D18阳极，D16阴极连接CJ5开关-1，CJ3开关-2、CJ4开关-2、CJ5开关-2并联后连作输出充电源电压VC，并经C19、C20接地；
如图5所示，离线式变换器的电路特征为：
充电源电压VC连接R25-1、B1-1、C22-1，C22-2、R25-2连接D20阴极，B2-2连接D20阳极、C26-1、T6漏极，AVR-OC1A通过R26连接T6栅极，AVR-ACD1连接R27-1并通过C25接地，R27-2连接T6栅极并通过R28接地，C26-2连接R29-1、D22阳极，R29-2、D22阴极接地；
B1-3连接D21阳极，D21阴极连接R24-1并通过C23、C24接地，R24-2连接隔离光耦U2-4，U2-3连接AVR-ADC0并经过R23接地；
B1-5连接D23、D24阳极，D23、D24连接L5-1并通过C27、C28接地，L5-2连接稳压管D19阴极并通过C29接地作为实际充电电压VOUT,D19阳极连接C21-1、隔离光耦U2-1，U2-2连接C21-2并通过R22接地；
如图5所示，输出选择电路的电路特征为：
CJ6线圈-1连接D25阴极、+5V，CJ6线圈-2连接D25阳极、T6集电极，AVR-PC2连接R30-1，R30-2连接T6基极并经R31接地，T6发射极接地；
CJ7线圈-1连接D26阴极、+5V，CJ7线圈-2连接D26阳极、T7集电极，AVR-PC3连接R32-1，R32-2连接T7基极并经R33接地，T6发射极接地；
实际充电电压VOUT连接CJ6开关-1、CJ7开关-1,CJ6开关-2连接电池组1充电端BIT1-IN，CJ7-2连接电池组2充电端BIT2-IN。
热保护电路及显示电路的工作原理为，单片机AVR-PD7口接收温度传感芯片DS18B20所采集的电池实施温度数字信号，经运算判断，如温度超标则自动切换电池的所有工作回路，并通过发光二极管显示报警；
如图6所示，热保护电路的电路特征为：U2-3连接+5V电源并经过C30接地，U2-1接地，U2-2连接AVR-PD7并通过R35上拉到+5V电源；
如图6所示，异常显示电路的电路特征为：AVR-PD6连接R34-1，R34-2连接LED2阳极，LED2阴极接地；
以下通过一个实施例说明本电路的实际工作过程：
打开电源开关后，单片机进入初始化程序，由于初次使用，两电池电压相同，故单片机通过AVR-PB3接通继电器CJ1时电池组BT1作为输出电池组；
随着电量降低，电池组BT1的电压降低到最低有效工作电压以下是，单片机通过AVR-PB3控制CJ1切断BT1回路，同时通过AVR-PB4控制CJ2导通电池组2与输出回路，电池组2作为输出电池组；
当单片机检测到电弧电压时，通过AVR-PC6控制CJ5选择弧压作为充电源电压，通过AVR-PC2控制CJ6选择第一电池组作为被充电电池组，同时通过AVR-OC1A启动离线试变换器将充电源电压转换为充电电压对第一电池组进行充电，直至第一电池组电压达到有效工作电压上线，停止充电;
当电弧异常停止且第一电池组充电未完成时，单片机通过AVR-PC5口控制CJ4选择第二电池组作为充电源，点电弧重燃时，再断开第二电池组，直至充电完成。
实际使用效果：本发明的自动焊接小车蓄电池供电装置的HCD500-6全位置自动焊接有效减少了现场接线，提高了设备的适应性及使用效率。
除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (8)
1.一种基于单片机控制的蓄电池供电装置，其特征在于：所述的蓄电池供电装置中包括单片机控制模块，所述单片机控制模块通过第一电压采集电路与第二电压采集电路分别接入至少两个电池组，所述单片机控制模块还接入输出电路，所述输出电路分别接入至少两个电池组，用于由单片机控制模块分别控制至少两个电池组的供电输出状态；
所述的单片机控制模块还分别接入弧压采集电路与充电电路，所述充电电路分别接入至少两个电池组与焊接电弧端，用于由弧压采集电路采集当前焊接电弧端的电弧电压，并由单片机控制模块控制充电电路导通，为至少两个电池组中的任意一个电池组充电。
2.根据权利要求1所述的基于单片机控制的蓄电池供电装置，其特征在于：所述充电电路中还设有离线式变换器，所述离线式变换器与单片机控制模块中的PWM模块相连接，用于由单片机控制模块中的PWM模块驱动离线式变换器将电弧电压转换为充电电压对至少两个电池组进行充电。
3.根据权利要求1或2所述的基于单片机控制的蓄电池供电装置，其特征在于：所述第一电压采集电路与第二电压采集电路的内部均设有A/D转换模块，用于由第一电压采集电路与第二电压采集电路分别采集至少两个电池组的实时电压。
4.根据权利要求1所述的基于单片机控制的蓄电池供电装置，其特征在于：所述的蓄电池供电装置中还包括温度检测电路、过热保护电路与异常显示电路，所述温度检测电路、过热保护电路与异常显示电路均接入单片机控制模块，所述温度检测电路还分别接入至少两个电池组，所述过热保护电路还接入充电电路，用于由温度检测电路采集当前至少两个电池组的实时温度数据并反馈至单片机控制模块，由单片机控制模块根据当前温度数据判断是否需要通过过热保护电路断开所述充电电路，且通过异常显示电路进行报警显示。
5.根据权利要求1或2所述的基于单片机控制的蓄电池供电装置，其特征在于：所述充电电路中还包括充电源选择电路与输出选择电路，所述至少两个电池组相互连接，用于由充电源选择电路根据焊接电弧端的当前电压在焊接电弧端与任意一个电池组之间选择充电源，由输出选择电路在任意一个电池组之间选择供电输出源。
6.一种权利要求1至5任意一项所述基于单片机控制的蓄电池供电装置的控制方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤A、单片机控制模块通过第一电压采集电路与第二电压采集电路分别采集至少两个电池组的当前电压，当电池组的电压均正常时，执行下一步骤，反之则通过异常显示电路进行报警；
步骤B、单片机控制模块通过充电电路中的输出选择电路选择其中一个电池组供电输出，并通过第一电压采集电路与第二电压采集电路继续采集当前两个电池组的电压值，当前其中一个供电输出的电池组的工作有效电压低于预设阈值时，由单片机控制模块切换另一个电池组继续供电输出；
步骤C、由弧压采集电路采集当前焊接电弧端的电弧电压，并由单片机控制模块控制充电电路导通，为当前处于非供电输出状态的电池组充电。
7.根据权利要求6所述的基于单片机控制的蓄电池供电装置的控制方法，其特征在于：所述的方法还包括步骤D、在其中一个电池组在充电时，如焊接电弧端的电压断电，由充电电路中的充电源选择电路切换另一个电池组作为当前电池组的充电源。
8.根据权利要求6或7所述的基于单片机控制的蓄电池供电装置的控制方法，其特征在于：所述步骤B中当第一电压采集电路与第二电压采集电路采集到至少两个电池组的均正常时，由单片机控制模块通过充电电路中的输出选择电路选择电压较低的一个电池组作为首发供电输出的电池组，如至少两个电池组输出电压相等，则默认选择第一电池组作为首发输出的电池组。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150624 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |