CN107370218A - 一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置，包含依次连接的市电接入模块、EMI滤波模块、充电控制模块、蓄电池、放电控制模块，所述充电控制模块与蓄电池通过专用线束连接，蓄电池与放电控制模块也通过专用线束连接；还包含分别设置在所述专用线束上的电流检测模块，以及与所述电流检测模块连接的数据处理模块；所述数据处理模块包含微控制器模块、显示器模块、输入模块、报警模块、PWM驱动器；本发明通过对可充电蓄电池专用线束工作过程中电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命，本发明提供一种三级运算放大器，设计三重放大结构，显著提高放大器的转换速率，设计巧妙，值得推广。
Description
技术领域
本发明属于智能监控领域，尤其涉及一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置。
背景技术
蓄电池被广泛应用于多种工业领域和人们的日常生活当中，其使用寿命与欠充、过充以及过放密切相关。如何有效保证和提高蓄电池的使用寿命是蓄电池管理系统设计中急需解决的问题。
蓄电池管理系统的设计主要从充电和放电两个方面进行，不同的应用场景所采取的充放电控制策略也各有侧重。目前，充电策略主要采用三段式充电，研究较热的主要是脉冲充电，旨在避免蓄电池欠充与过充；放电策略主要采用设置门限电压的方式，旨在避免蓄电池过放。
开关电源以小型、轻量和高效率等特点被广泛应用于几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。原边反馈开关电源因省去光耦加TL431的结构，节省了系统板上的空间，降低了成本并且提高了系统的可靠性，在电源管理中得以快速发展并广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景的不足提供了一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置，通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置，包含依次连接的市电接入模块、EMI滤波模块、充电控制模块、蓄电池、放电控制模块，所述充电控制模块与蓄电池通过专用线束连接，蓄电池与放电控制模块也通过专用线束连接；还包含分别设置在所述专用线束上的电流检测模块，以及与所述电流检测模块连接的数据处理模块；所述数据处理模块包含微控制器模块、显示器模块、输入模块、报警模块、PWM驱动器；所述电流检测模块、显示器模块、输入模块、报警模块、PWM驱动器分别与微控制器模块连接；所述PWM驱动器还分别与充电控制模块、放电控制模块连接；
还包含一三级运算放大器，所述电流检测模块通过三级运算放大器连接微控制器模块；
三级运算放大器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管；
所述第一电阻为变阻器，所述第一电阻的滑动端连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端分别连接第二电阻的一端、第三电容的一端，第三电阻的一端、第一三极管的基极，所述第三电阻的另一端接地，所述第一三极管的发射极分别连接第五电阻的一端、第四电容的一端，所述第五电阻的另一端、第四电容的另一端均接地；
所述第一三极管的集电极分别连接第三电容的另一端、第四电阻的一端、第二三极管的基极；所述第二三极管的发射极连接第五电容的一端，所述第五电容的另一端接地；所述第二三极管的集电极分别连接第二电阻的另一端、第二电容的一端、第六电容的一端、第三三极管的发射极；
所述第二电容的另一端分别连接第六电阻的一端、第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端分别连接第三三极管的集电极、第七电容的一端，所述第七电容的另一端接地；所述第六电阻的另一端分别连接第一二极管的阳极、第三三极管的基极；所述第一二极管的阴极连接第四电阻的另一端；
其中，电流检测模块，用于检测线束中的充电电流参数和放电电流参数；
显示器模块，用于显示所采集的充电电流参数和放电电流参数；
输入模块，用于设定蓄电池的充放电电流正常阈值；
报警模块，用于当检测充电电流参数和放电电流参数不在正常阈值范围内时发出警报；
PWM驱动器，用于根据采集的充电电流参数和放电电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
作为本发明一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置的进一步优选方案，所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；
所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；
X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；
Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；
泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。
作为本发明一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置的进一步优选方案，所述蓄电池的端电压在10.5 V～14.0 V之间。
作为本发明一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置的进一步优选方案，所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明通过对充放电蓄电池工作过程中线束中的电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命；
本发明提供一种三级运算放大器的放大器电路，设计三重放大结构，显著提高放大器的转换速率，设计巧妙，值得推广。
附图说明
图1是本发明的三级运算放大器电路图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置，包含依次连接的市电接入模块、EMI滤波模块、充电控制模块、蓄电池、放电控制模块，所述充电控制模块与蓄电池通过专用线束连接，蓄电池与放电控制模块也通过专用线束连接；还包含分别设置在所述专用线束上的电流检测模块，以及与所述电流检测模块连接的数据处理模块；所述数据处理模块包含微控制器模块、显示器模块、输入模块、报警模块、PWM驱动器；所述电流检测模块、显示器模块、输入模块、报警模块、PWM驱动器分别与微控制器模块连接；所述PWM驱动器还分别与充电控制模块、放电控制模块连接；
还包含一三级运算放大器，如图1所示，所述电流检测模块通过三级运算放大器连接微控制器模块；
包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管；
所述第一电阻为变阻器，所述第一电阻的滑动端连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端分别连接第二电阻的一端、第三电容的一端，第三电阻的一端、第一三极管的基极，所述第三电阻的另一端接地，所述第一三极管的发射极分别连接第五电阻的一端、第四电容的一端，所述第五电阻的另一端、第四电容的另一端均接地；
所述第一三极管的集电极分别连接第三电容的另一端、第四电阻的一端、第二三极管的基极；所述第二三极管的发射极连接第五电容的一端，所述第五电容的另一端接地；所述第二三极管的集电极分别连接第二电阻的另一端、第二电容的一端、第六电容的一端、第三三极管的发射极；
所述第二电容的另一端分别连接第六电阻的一端、第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端分别连接第三三极管的集电极、第七电容的一端，所述第七电容的另一端接地；所述第六电阻的另一端分别连接第一二极管的阳极、第三三极管的基极；所述第一二极管的阴极连接第四电阻的另一端；
其中，电流检测模块，用于检测线束中的充电电流参数和放电电流参数；
显示器模块，用于显示所采集的充电电流参数和放电电流参数；
输入模块，用于设定蓄电池的充放电电流正常阈值；
报警模块，用于当检测充电电流参数和放电电流参数不在正常阈值范围内时发出警报；
PWM驱动器，用于根据采集的充电电流参数和放电电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号；
所述EMI滤波模块通过AC/DC转换装置连接高频变压器，用于将输入的交流电转换成直流电，进而经过高频变压器完成变压；
所述环路补偿模块分别与高频变压器的输出端和AC/DC转换装置的输入端连接，用于高频变压器的输出电压进行环路补偿；
所述充放电控制模块包含充电控制电路、蓄电池、放电控制电路、充电电流检测模块、端电压检测模块、微控制器模块、放电电流检测模块、人机交互模块、PWM驱动器；
反激式开关电源通过充电控制电路连接蓄电池，用于控制蓄电池充电；
蓄电池与放电控制电路，用于控制蓄电池放电；
EMI滤波模块：开关电源产生的电磁干扰（EMI）主要以传导干扰和近场干扰为主，包括共模干扰和差模干扰2种状态。EMI滤波器可以有效滤除电网中的共模与差模干扰。EMI滤波电路主要由共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻组成。共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；泄放电阻用于消除在滤波器中可能出现的静电积累。
高频变压器：高频变压器设计是开关电源设计中最重要的环节，变压器性能的优劣直接影响开关电源的工作稳定性和使用性能。
12 V蓄电池在工作过程中端电压在10.5 V～14.0 V之间变化，单片机AD转换参考电压为5 V，因此需要对采样信号进行线性调理。本设计采用阻值为400 kΩ和100 kΩ，精度为1%的电阻进行分压采样，分压系数k=0.2。
蓄电池充放电电流采用霍尔传感器获取。由于传感器的输出存在2.5 V直流偏置，为消除偏置电压，减少单片机转换与计算时间，使用LM358构建差分电路，获取实际的电流转换电压进行AD采样。
电路噪声和外界干扰的存在使得AD采样信号中混有各种噪声，为提高采样信号信噪比，本文采用巴特沃斯低通滤波器设计方法设计了通带截止频率为100 Hz，阻带截止频率为500 Hz，输出增益为1的二阶有源低通滤波器对信号进行滤波处理。
系统采用PWM方式实现对蓄电池充放电过程的统一管理。根据场效应管的伏安特性可知，在MOS管的饱和区，当VGS固定时，VDS的变化对IDS的影响不大，具有恒流源特性。因此，通过数字PI控制器自适应调整场效应管的栅源电压可以得到设定的恒流输出，实现多段式恒压限流充电管理。放电过程中，蓄电池端电压会从13.1 V逐渐下降至工作截止电压10.5 V，使得蓄电池的输出不稳定。因此，采用PWM脉宽调制的方式对直流负载进行供电，使蓄电池稳定输出。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替代，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置，其特征在于：包含依次连接的市电接入模块、EMI滤波模块、充电控制模块、蓄电池、放电控制模块，所述充电控制模块与蓄电池通过专用线束连接，蓄电池与放电控制模块也通过专用线束连接；还包含分别设置在所述专用线束上的电流检测模块，以及与所述电流检测模块连接的数据处理模块；所述数据处理模块包含微控制器模块、显示器模块、输入模块、报警模块、PWM驱动器；所述电流检测模块、显示器模块、输入模块、报警模块、PWM驱动器分别与微控制器模块连接；所述PWM驱动器还分别与充电控制模块、放电控制模块连接；
还包含一三级运算放大器，所述电流检测模块通过三级运算放大器连接微控制器模块；
三级运算放大器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管；
所述第一电阻为变阻器，所述第一电阻的滑动端连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端分别连接第二电阻的一端、第三电容的一端，第三电阻的一端、第一三极管的基极，所述第三电阻的另一端接地，所述第一三极管的发射极分别连接第五电阻的一端、第四电容的一端，所述第五电阻的另一端、第四电容的另一端均接地；
所述第一三极管的集电极分别连接第三电容的另一端、第四电阻的一端、第二三极管的基极；所述第二三极管的发射极连接第五电容的一端，所述第五电容的另一端接地；所述第二三极管的集电极分别连接第二电阻的另一端、第二电容的一端、第六电容的一端、第三三极管的发射极；
所述第二电容的另一端分别连接第六电阻的一端、第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端分别连接第三三极管的集电极、第七电容的一端，所述第七电容的另一端接地；所述第六电阻的另一端分别连接第一二极管的阳极、第三三极管的基极；所述第一二极管的阴极连接第四电阻的另一端；
其中，电流检测模块，用于检测线束中的充电电流参数和放电电流参数；
显示器模块，用于显示所采集的充电电流参数和放电电流参数；
输入模块，用于设定蓄电池的充放电电流正常阈值；
报警模块，用于当检测充电电流参数和放电电流参数不在正常阈值范围内时发出警报；
PWM驱动器，用于根据采集的充电电流参数和放电电流参数，进而驱动充电控制电路及放电控制电路场效应管的PWM信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置，其特征在于：所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；
所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；
X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；
Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；
泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。
3.根据权利要求1所述的一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置，其特征在于：所述蓄电池的端电压在10.5 V～14.0 V之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置，其特征在于：所述充电电流检测模块和放电电流检测模块均采用霍尔传感器。
5.根据权利要求1所述的一种基于三级运算放大器的专用线束的智能监控装置，其特征在于：所述PWM驱动器的芯片型号为IR4427。
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