CN104931757A - 电动车智能充电测控万用表 - Google Patents

Abstract

电动车智能充电测控万用表，属于先进制造领域，能对电动车在智能仪表全程监控下进行充电，并具有万年历、万用表、温控器、定时器功能。机壳正面有三排数码管，每排四位。作充电器时，第一排显示时间，第二排显示充电电压，第三排交替显示充电电流和机内温度；作万年历时三排依次显示时间、月、日、星期、室温；作万用表时第一排显示测量数据，其余两排消隐。整机通过七个按键进行调节和设置。内部由智能三位半电压表、开关电源、电子时钟及相关控制机构组成。本发明制作的产品一机多用，置于案头是创意电子台历，需要时是电动车智能充电器，轻点按键变成智能万用表，再一切换变为智能时间控制器或温度控制器。摘要附图为充电显示界面。

Description

电动车智能充电测控万用表

技术领域

本发明属于先进制造领域，是一款新型创意家用电器。

技术背景

铅酸蓄电池自发明以来，一直都是由专业充电机在电压表、电流表的监测下进行充电，以确保充电安全和充电质量。电动车问世以后，因消费者绝大多数是非专业人士，与电动车铅酸蓄电池配套的傻瓜式充电器应运而生。通过市场调查得知，这种产品存在多种隐患和不足。

首先，傻瓜充电器的充电安全得不到保证。以发明人所在的武汉市为例，每年见诸报端的由电动车充电引发的火灾都有几起。轻者烧毁一个家庭的房屋，重则烧毁整个停车棚，烧毁上百辆电动车。究其原因，傻瓜式充电器接上不管的充电法，不能对充电过程进行精确监控。若遇充电器零件失效、温升过高等意外发生，充电器不能实时作出反应，因而引发火灾。在全国范围内由此而造成的财产损失是一个不小的数字。

其次，充电质量得不到保证。铅酸蓄电池的充电，一直以来都有着严格的操作规程。只有严格按照规章充电，才能确保电量充足，而且于蓄电池无损害。傻瓜式充电器一切按理想条件应对，以不变应万变，很多情况下不能保证既能充足电量，又无损于电池寿命。事实上，充电定时器及各类辅助装置不断见诸专业杂志，消费者四处求购充电定时器，以及普遍反映对当前市售充电器信心不足的状况，充分说明现行电动车充电器必须更新换代。

第三，综合效益低下。傻瓜式充电器采用低质低价战略，几十元一只的低值易耗品，消费者常常是一年一换，习以为常。这样以来，不仅造成消费者增加额外开支，而且浪费资源。电动车一组电池价格近千元。此种充电器因不能保证电量充足且无损于电池寿命，常常造成用户电池提前报废。从全国范围看，由此而产生的资金和资源浪费就更加不可小觑了。

据销售商反应，大多数品牌充电器价格相近，在每只60元上下。而南京某品牌的充电器，在产品设计和产品质量上下了功夫，顾客用该品牌充电器充足电，“电动车可以多跑几公里”。仅这一优点，就使该品牌充电器售价百元上下，仍大受欢迎，“卖得最好”。足见消费者对高品质充电器的渴求。

造成上述现象的根本原因是，在世界范围内普适性智能仪表尚未问世。而公知的数字仪表，只有肉眼读数功能，不能与智能产品配套，从而大大制约了智能产品的发展进程。

随着社会进步和社会科技发展进程，现代家庭的电气设备越来越多。当线路或电器出现问题时，及时用万用表进行检查判断或修理，已是现代家庭普遍存在的需求。专业仪表厂看到了这个商机，推出了“家庭款万用表”。思路是在数字万用表基础上压缩档位、降低售价。产品推出后因设计毫无新意，有限的降价反而使性价比更低，因而消费者反映平淡，收效远低于预期。

本发明将已申报发明专利并已公布的“智能万用安伏表”和“广域测控智能万用表”中的部分技术，应用于铅酸蓄电池充电过程智能测控，并加入万用表、万年历、智能测控功能，便产生了一款新型创意家用电器——电动车智能充电测控万用表。

发明内容

本发明由智能万用表、智能电子钟和开关电源充电器三大部分组成。面板上设有V\A\Ω、10A、COM三个输入插孔和H(置高位)、L(置低位)、M(复用键)、V(电压键)、A(电流键)、Ω(电阻键)和R(复位键)共七只按键。

智能万用表是发明人已申报并已经公布的发明专利“广域测控智能万用表”的简化版。概括地说，所述万用表由单片机、12位A/D转换器、AC/DC转换器、模拟开关和继电器组成。点击V、A、Ω键，仪表分别进入电压自动档、电流自动档或电阻自动档。测量交流时，点击V或A键后，再点一下L(AC)键。选定测量档位后，第一次测量得到的数据被送入单片机。单片机根据数据大小判断是否需要换档及换入哪一档。由于是纯数字化分析判断，确保测量数据快捷准确地以最佳分辨率显示。在测量过程中，一旦发现电阻值过量程或电压、电流值为零立即返回自动待机档。自动待机档电压为400V档，电阻为4M欧姆档，电流为400MA档。大于400MA的电流从10A插孔输入。所有测量一键到位，智能换档。

智能电子钟由时钟芯片DS1302和单片机组成。本发明制作的产品在不充电时是一只可显示月、日、时、分、温度的电子台历。新颖而美观的造型，使产品可以方便地置于案头、床头或悬于壁上，不仅使用方便，而且赏心悦目。通过B键(位选键)、TU键(调节键)可以调节时间值，此二键与M键配合，可以作为倒顺计时和定时开机的定时器和温度控制器，实现万用表的广域测控功能。

充电器主体是一只标准的开关电源，其与智能万用表配合，对铅酸蓄电池充电的全过程在智能仪表监控下按程序进行。在充电过程中，初始的恒流充电和此后的涓流充电，实时充电电流和电池端电压以及仪表内部温度，都精确显示出来；当电池电压达到预定值后，自动从恒流充电切换到涓流充电；当充电已足时，充电电源断开，仪表显示电池的空载端电压；当仪表内部温度超限时，停止充电；蓄电池与充电插孔对接完毕，仪表即显示当时的电池端电压，若属于过低的不宜充电状态，充电器不启动充电程序。以48V铅酸蓄电为例，仅当电池电压大于40V以上的正常值时，充电才会开始。完善的保护机制和严密的数字化判断，使蓄电池既确保充电质量和充电安全，又大大地延长蓄电池的使用寿命。

本发明集智能万用表、智能控制器、电子台历、智能充电器于一身，旨在为人们提供一款安全、高效、便捷、新颖的创意电子产品。

与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

1.破解难题

现在市场公知的各种电动车充电器都是以开关电源加电压比较器的办法控制充电过程，其误差大、故障率高、安全隐患严重的缺陷众所周知。消费者强烈要求新一代智能充电器早日面市。本发明可以充分破解此难题，满足新需求。

2.市场巨大

电动车这一清洁能源驱动的交通工具，在我国是以亿辆级来计量的。新型优质充电器的面市，将会迅速占领这一巨大市场，是任何公知的充电器无法比拟的。

3.应用广泛

本发明的多功能性，将会受到广大消费者的青睐。一个家庭拥有本发明产品多只，无车家庭也会购买，或将使人有先得为快之感。

4.节省资源

电动车蓄电池以铅和硫酸为主要材料，用量巨大。在经济高速发展的今天，这些不可再生的资源尤为珍贵。而公知的充电器因性能缺陷，造成蓄电池欠电、过充，造成蓄电池提前报废，资源浪费巨大。本发明产品化以后，将扭转这一局面，大大延长蓄电池使用寿命，节省大量资源，并为消费者显著节省开支。

5.更加安全

消费者对公知的各种充电器信心不足，最大的担心是充坏电池和引发火灾。用本发明制造的产品所有测控实现数字化，判断智能化，极大地减少欠电、过充事故的发生。多种防范机制使充电过程安全系数大幅提高。

6.创意产品的典范

本发明构思新颖，创意奇特，为人类社会和亿万家庭提供一款史无前例的灵巧型多功能小家电，使现代家庭向智慧家庭又迈进了一步。

7.智能仪表普及的先驱

智能仪表研发受阻，普及更难。在工业领域尚未实现电工仪表智能化之前，智能电工仪表先在民用产品中广泛普及应用，无疑将为随之而来的工业智能化仪表的普及应用创造范例和积累经验。

8.促进电子技术普及和发展

在上世纪，半导体收音机的兴起曾造就了无数的无线电爱好者，同时为国家建设储备了大量的电子科技人才。本发明将神秘无比的智能仪表和最新测控设备送进千家万户，让青少年的技能在把玩中升级升华，本发明将催生出大批电子精英，这其中的巨大社会意义将无可估量。

9.为中华崛起增光添彩

有史以来，所有的家用电器和电子产品都原产外国。本发明产品的面市，将中国创造、中国智造的新概念电子产品推向国内外市场，彰显中华民族的创造精神。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明在充电时的显示图；

图3是本发明作电子台历时的显示图；

图4是本发明作万用表时的显示图；

图5是本发明作时控器时的显示图；

图6是本发明作温控器时的显示图；

图7是本发明的电子台历流程图；

图8是本发明的充电器流程图。

具体实施方式

机壳尺寸为160×90×50mm。正面设三排数码管，每排四位，通常作电子台历使用。第一排显示当前时刻，第二排的月、日透光彩指示灯配合显示月、日数。第三排前三位显示××C，为当前室温值。第四位配合“星期”透光彩，显示当天为星期几。电源输入输出插孔全部设在仪表背面。

上述功能，是由与单片机相连的时钟芯片DS1302、与单片机相连的温度芯片DS18B20和与单片机相连的显示器及指示灯共同完成的。单片机随时访问时钟芯片DS1302读取时间值。秒点每秒闪动一次，时间每分钟刷新一次，温度值每10秒更新一次。月、日、星期指示灯随时间值一起每分钟刷新一次。

机壳左上方有MODEL标志，下方设有秒表、倒计秒、倒计分、倒计时、正计时、定时开、温控7个透光彩指示灯。点击多功能键M，依次进入上述7个控制模式。点击H键设置高位值，点击L键设置低位值。V键此时为启停键，点击V键计时或测温开始。运行中点击V键，可暂停。运行结束，蜂鸣器响，进行提示。

所述发明一开机便进入万年历模式。在万年历模式点击V、A、Ω三键中的任意一个，单片机置7F＝1，便立即切换到万用表的相应模式。

电压档

测量信号从V\A\Ω插孔进入，经吸合的继电器JDQ4常开触点，再经10M电阻进入模拟开关1。此时分压电阻1K被接通，与A/D转换器构成400V直流电压表。转换后的测量数据进入单片机。单片机对测量值Vx进行判断，若400V＞Vx＞40V为本档，显示，测量继续；若Vx＞400MV，单片机切换到1000V档，再次测量，显示；若40V＞Vx＞4V，切换到40V档，再测量，显示；若Vx＜4V，切换到4V档，再测量，显示。显示后的再次测量值，若不为0，显示，测量继续；若为0返回自动档,待机。测量交流电压时，在点击V键后再点击AC[L]键。

电流档

选择直流电流档时，继电器JDQ1吸合，将输入口V\A\Ω与1Ω取样电阻联通，模拟开关2和模拟开关1将A/D转换器置400MV档。电流信号经1Ω电阻入地后，产生的取样电压经模拟开关1和模拟开关2进入A/D转换器，转换得到的数字信号进入单片机，此时测量得到的是电流经1Ω取样电阻后产生的毫伏电压值。若400MV＜Vx＞40MV是为本档，显示，再测量；若Vx＞400MV，继电器J1断开，蜂鸣器响，过量程警告；若40MV＞Vx＞4MV，切换到40MA档，再测量，显示；若4MV＞Vx，切换到4MA档，再测量，显示；。。显示后再测量，数据不为0继续测量；数据为0返回自动档。选10A档时，将正表笔改插10A插孔，点击A键切换到10A档。测交流电流时，在直流档时再点击一次AC键,AC指示灯亮了之后，再测量。

电阻档

电阻自动档设置在4MΩ档。在模拟开关3，2500MV标准电压通过1M电阻加在A/D转换器的1N端。此时A/D转换器满度为4000MV。假设依次将40M、4M、400K、40K、4K的电阻上端接1N，下端接地，则VIN依次为2440MV、714MV、96MV、10MV。测量时，待测电阻RX接在V\A\Ω端口和COM之间，上端经过继电器JDQ4的常闭触点与A/D转换器1N端口联通，Rx上的电压降即IN口对地的电压为Vx。若2440MV＞Vx＞2000MV，切换到40MΩ档；若2000MV＞VX＞714MV，适用4MΩ档，计算，显示，再次测量；若714MV＞VX＞96MV，切换到400KΩ档；若96MV＞Vx＞10MV，切换到40KΩ档；若Vx＜10MV，切换到4KΩ档。除符合4MΩ档的测量外，第一次测量不运算不显示。根据数据判断换档，一次到位。在新档位测得电压Vx后，进行运算，得出电阻值，显示。显示后再次测量，不过量程，运算、显示；过量程，返回自动档(4MΩ档)。

运算方法是，标准电阻上产生的电压降，在数值上与标准电阻和待测电阻中的电流值相等，即I＝(2500-VX)MA，根据欧姆定律Rx＝Vx/I。用此法测量电阻值精度高、线性好、速度快。在40MΩ档，平均测量速率为0.3秒。而用比例法测电阻，测量19MΩ电阻并取得稳定数据，将耗时15秒以上。

由于本发明万用表部分采用了已公布的“广域测控智能万用表”发明专利的部分内容，叙述相对简要。

本发明的适用对象是家庭、居民、学生和非电子专业技术人员，使用力求简单便捷，故不设微安档和欧姆档[4k档分辨率为1欧]。在绝大多数情况下，本发明作为一款普及型智能万用表，是胜任愉快的。

万用表的测量和控制性能如下表。

电工测量功能表

自动控制功能表

智能充电器

智能充电器由开关电源和智能万用表组成。开关电源是标准的AC220V/DC59V开关电源。59V电压在通向充电插头之前串联一只大功率二极管VD2,防止电池接反和电流倒灌。不充电时，仪表用单独的5V开关电源工作，不开启59V开关电源。在万年历模式，当充电插头插入充电插座，40V以上的电池电压接入，使9013三极管饱和导通，将P1.7口的5V电压下拉为0V，P1.7＝0作为一个充电信号传给单片机。单片机立即响应，进入充电模式:置P1.6＝0,第二排数码管显示电池的端电压。此电压若低于40V，充电不会启动，蜂鸣器发声，提出警告。若电池电压大于40V，10秒后继电器JDQ5吸合，恒流充电开始。第二排数码管显示充电电压，第三排显示充电电流和机内温度，交替显示，每10秒切换一次。当充电电压达到44.5V时，恒流充电结束，P1.6口由0V变为5V，电压经VD2抬高TL431的比较电压，使开关电源降低输出电压，进行涓流充电。调节W2使涓流充电电流为500MA。涓流充电使蓄电池电压稳步升高，当充电电流降至50MA时，电已充足，单片机驱动继电器JDQ5断开，充电结束。此时显示的是蓄电池脱机的端电压，充电电流为0，温度逐渐降低。充电结束时，蜂鸣器发声提示。

为便于智能仪表对充电过程进行检测，充电过程中产生的41V-59V左右的电压，经1M和1K两个分压电阻，降至41.00MV-59.00MV；充电电流一般为2.0A以下，经0.1欧取样电阻降至200MV，这两个数据经模拟开关4送到A/D转换器IN脚。充电过程中，万用表被设置在DC400MV档，单片机实时显示充电电压值，按10秒的间隔轮流测量并显示充电电流和温度值。

通常，在室内作台历和万用表使用时，由220V市电供电。若将电子钟和万用表携带外出使用，需配备电池。仪表内部有4.2V锂电池和涓流充电器。电池4.2V经DC/DC转换器转换成5V电压。交流和直流开关分置于仪表两侧。

为确保充电安全，充电程序中有以下设置：充电电流意外加大，超过3A时，继电器JDQ5断开，充电停止；机内温度高于设定值，继电器JDQ5断开，充电停止。

从以上功能可以看出，智能充电器将充电过程中可以预见的各种意外和违规情况，都被有效地加以防止。

用法介绍

开机与校时

接市电时按下开关AK，用机内电池时按下开关DK，仪表进入万年历模式，显示月、日、星期、室温、时间五项信息，此时可置于案头作电子台历使用。在万年历模式，点击H键(B键，位选)，最下方的温度值一行变为20XX年，年数闪烁，点击L键(TU，调节键)校正年份；点击H键进入月份，点击L键校正。。。。。。直至将分钟数校正，最后点击H键，退出校时程序，开始闪秒，走时，温度值出现。

控制模式

在电子台历模式，点击多功能键M，依次点亮①—⑦个指示灯，进入不同的时间及温度模式。在各个不同模式，点击H键置高位，点击L键置低位，数据设置完毕点击V键(STA/STOP)开始运行或停止。

万用表模式

在电子台历模式，点击V、A、Ω中的任何一个按键，即进入万用表的对应模式，电流、电压值转换为0000，电阻档显示1.---，对应的V、MA、M三个指示灯中的一个发亮，表示进入某项测量自动档的待机状态，可以进行测量。再次点击一次V键,进入400MV档，在此档再点击V键，返回自动档。任何情况下，点击非同名键，即进入新的测量程序。

充电模式

在电子台历档，插入蓄电池充电插座，仪表自动切换至充电档，显示蓄电池的空载端电压，若≥40V，10秒后进入充电模式；若＜40V，蜂鸣器发声提示，不会进入充电状态。充电过程中，显示实时充电电压值，交替显示电流值和温度值；达到涓流充电临界点时，自动调整充电电流，进行涓流充电，初始为500MA。当涓流充电电流小于50MA时，充电结束，蜂鸣器发声提示，充电器断电，显示蓄电池的脱机端电压。时钟照常行走。抽出充电插座，恢复电子台历模式。

以上是本发明针对48V蓄电池的应用范例。产业化时将推出24V、36V、48V、60V等多种规格，并根据实际情况进行升级完善，相关内容均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动车智能充电测控万用表，其特征在于，整机由开关电源和智能测控万用表组成，并完成一体化组装、调节显示。

2.根据权利要求1所述电动车智能充电测控万用表，其特征在于，A/D转换器与模拟开关1以并联法与模准电阻1M、100K、10K、1K相连，在单片机控制下与10M输入电阻组成1/10、1/100、1/1000、1/10000的分压器，以测得的输入电压数值为基准进行智能换档。

3.根据权利要求1所述电动车智能充电测控万用表其特征在于，继电器JD1-JD3的动触点联通，JDQ1仅在选用电流档时吸合并接通VAΩ输入插孔。自动档接通1欧姆取样电阻，取样电压经模拟开关1送至A/D转换器，单片机读取取样值后再根据取样电压值智能化判断，是保留1欧还是切换10欧或100欧取样电阻，从而以最佳分辨率测得电流值。

4.根据权利要求书1所述电动车智能充电测控万用表其特征在于，欧姆档输入插孔VAΩ经JDQ4的常闭触点接通A/D转换器IN端口，A/D转换器为4V直流电压档，2500MV标准电压经模拟开关3接通标准电阻1M欧，将2500MV标准电压输入到A/D的IN端，待测电阻接入IN口与地之间后，单片机依实时电压VX判断此电压值对应哪一个电阻档，再以数据为根据判断是保留1M标准电阻，还是切换到10M、100K、10K、1K中的某一标准电阻，标准电阻确定后，根据再次测量得到的输入电压VX，按公式RX＝VX/[2500-VX]算出待测电阻值并显示。

5.根据权利要求书1所述电动车智能充电测控万用表其特征在于，4位LED显示器配合右方的V、MV、A、MA、M、K六个透光彩指示灯，切换到相应的电压、电流、电阻档，以指出当前的工作档位。

6.根据权利要求书1所述电动车智能充电测控万用表其特征在于，单片机和时钟芯片组成的万年历，月、日、星期及温度值采用公共显示器复用显示，并以月、日、星期指示灯指出数据含义。

7.根据权利要求书1所述电动车智能充电测控万用表其特征在于，单片机和时钟组成的时间控制器，由秒表、倒计秒、倒计分、倒计时、正计时、定时开关6个透光彩LED指示灯指出1-7个控制档位，通过M多功能键切换到其中一档，由透光彩指示灯指出当前的工作模式。

8.根据权利要求书1所述电动车智能充电测控万用表其特征在于，以透光彩指示灯显示温控档位和工作模式，4位LED显示器中，高两位设置高温值，低两位设置低温值，运行中以XX.0C的形式显示温度。

9.根据权利要求书1所述电动车智能充电测控万用表其特征在于，开关电源的输出电压和充电电流值，送给智能万用表进行全程测量、显示和监控。充电插头一插入充电器，仪表自动进入充电程序，充电结束，充电器自动断电。