CN203084092U

CN203084092U - 智能化太阳能充放电调试仪

Info

Publication number: CN203084092U
Application number: CN 201220642736
Authority: CN
Inventors: 王大美; 李宝华; 金承业
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2022-11-29

Abstract

一种智能化太阳能充放电调试仪，属于电子技术领域，采用电源电路、微控制器电路、液晶显示电路、响声提示电路、按键输入电路、负载电阻电路和电压输出电路构成。本实用新型能够测量太阳能电池板给铅酸电池的充电电流大小，用来检测充电芯片是否正常工作，适用于采用太阳能电池板对铅酸电池进行充电和对铅酸电池电压进行放电监控的监控电路的调试。

Description

智能化太阳能充放电调试仪

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，涉及一种太阳能充放电装置的调试仪。

背景技术

本仪器为一种专用的太阳能充放电监控模块的调试仪。所调试的太阳能充放电监控模块专用于吉林省乐金电子公司的基于无线传感器网络的介质损耗在线测量项目中的介损测量节点，介损测量节点的供电方式为两节串联的铅酸电池。利用开路电压为5V，输出功率为3W的太阳能电池板对铅酸电池进行充电。监控模块则监控太阳电池板对铅酸电池的充电状态，避免过充，同时也监控铅酸电池的放电状态，避免铅酸电池过放。

图1为太阳能充放电监控模块的整体结构图，从图中可以得到该太阳能电池充放电监控电路主要有两方面功能。一方面，实现将太阳能电池板的输出能量给铅酸电池进行充电控制，避免电池过充；另一方面，在铅酸电池电压放电到人工设置的截止电压时,断开电池所接的负载电路，避免电池过放。上述的介损测量项目中太阳能通过转换电路，在经过CN3082芯片对铅酸电池进行充电管理，能实现采集太阳能，对铅酸电池实现两阶段的恒流充电和恒压充电，并且避免过充。采用CN1185电池电压监控芯片对铅酸电池电压进行监控，一方面，通过四个LED指示灯指示电池当前的电量大小；另一方面，当电池电压小于放电截止电压时，CN1185的OUT4脚变为高电平(CN1185的OUT1、OUT2、OUT3、OUT4采用开漏输出，输出高电平可以通过上拉电阻接外部电源正极)，控制MOS开关管Q1断开来切断电池的负载电路。在设计该电池充放电监控电路时，为了针对不同的应用时能有不同的放电截止电压，所以设计者通常设计通过一个电位器来调节放电截止电压，这就要求电路调试人员能在该电路的铅酸电池接口处输入线性变化的电池放电电压。为了调试方便，要求该线性变化的过程上限值大于电池满电电压，下限值小于电池放电截止电压，该线性变化的过程可以人工设置线性变化的速率。

现有的调试方式，则是通过一个线性稳压源，使其输出线性变化的电压通过铅酸电池接口输入给CN1185，当输出电压线性变化到放电截止电压时，通过灯灭可以判断CN1185关断了MOS管，调试人员查看灯灭瞬间的电压值，得到此时的MOS管关断电压后，调试人员再通过经验值调节电路中的滑动变阻器R16，使放电截止电压调节到目的电压。现有调试方式有很多弊端，调试起来根本不便利，在获取当前的放电截止电压时，调试人员需要一边查看电路中灯DS4的指示状态，放电截止电压时DS4灯灭，同时还需要一边查看当前电压示数值，这对于调试人员非常不方便，调试过程周期长，效率低。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能化太阳能充放电调试仪。

本实用新型解决技术问题的方案是采用电源电路、微控制器电路、液晶显示电路、响声提示电路、按键输入电路、负载电阻电路和电压输出电路构成智能化太阳能充放电调试仪，电源电路包括电源接口、3.3V稳压电路和2.5V参考电压电路，电源接口通过开关S1连接3.3V稳压电路的IN1脚，3.3V稳压电路的OUT脚连接2.5V参考电压电路的IN2脚，微控制器电路是LPC2136模块，微控制器电路的Vref脚连接2.5V参考电压电路的Vref脚，液晶显示模块为NOKIA5110液晶显示模块，其SCE，RST,D/C,MOSI,SCK脚与微控制器电路的SCE，RST,D/C,MOSI,SCK脚对应连接，响声提示电路通过I/O1脚与微控制器电路的I/O1脚连接，按键输入电路的I/O2、I/O3、I/O4、I/O5脚分别连接微控制器电路的I/O2、I/O3、I/O4、I/O5脚，负载电阻电路包括负载电阻接口，四个功率电阻R2、R3、R4、R5，一个分压电阻R7和多路模拟开关模块，微控制器电路的I/O6、I/O7、I/O8、I/O9脚连接多路模拟开关模块的I/O6、I/O7、I/O8、I/O9脚，多路模拟开关模块的1、2、3、4脚分别连接功率电阻R2、R3、R4、R5，分压电阻R7连接功率电阻R2、R3、R4、R5和负载电阻接口，分压电阻R7的活动触点连接微控制器电路的AD1脚，电压输出电路包括电压放大模块，功率放大模块，双刀双掷模拟开关模块和电流测量模块，微控制器电路的DA脚连接电压放大模块的IN3脚，电压放大模块的OUT3脚连接功率放大模块的IN4脚，功率放大模块的OUT4脚连接双刀双掷模拟开关模块的COM1端，双刀双掷模拟开关模块的NO2端连接电流测量模块的正极端，双刀双掷模拟开关模块的CD端连接微控制器电路的I/O10脚，电流测量模块的OUT5脚连接微控制器电路的AD2脚。

电源接口连接9V电池输出或者连接220转9V稳压模块输出，用于该调试仪的供电电源。开关S1控制整个调试仪供电通断。3.3V稳压电路输入IN1为9V电源电压，输出OUT1为3.3V电压VCC。VCC电压用于该调试仪的微控制器LP2136模块，按键模块，液晶显示模块，响声提示电路等模块供电。VCC电压和地两端分别接数模隔离元件后得到模拟电压V3.3A和模拟地Vssa用于微控制器LPC2136的AD转换模块供电电源。数模隔离元件通常选取磁珠，电感，零欧姆电阻等元件。2.5V参考电压电路用于产生微控制器的AD转换模块进行模数转换需要的稳定的2.5V参考电压Vref，Vref连接微控制器的Vref引脚。

按键输入部分，包括多个按键，通过实现人工输入数字，对调试仪的参数进行设置，供电电源为VCC。

响声提示电路，响声提示电路通过一个I/O1引脚控制蜂鸣器，音乐芯片响声提示，用于提示调试人员。

负载电阻接口和太阳能充放电监控模块的负载接口相匹配，该电路通过4个I/O引脚控制多路模拟开关模块来控制四个功率电阻5.1欧姆，10欧姆，150欧姆，2K欧姆在负载电阻接口的连接，这样通过4个I/O控制模拟开关模块可得到负载电阻大小变化范围最小3.376欧姆，最大10K欧姆。用于测试太阳能充放电监控模块在不同的负载大小时是否能正常进行断开负载的控制，是否产生震荡的现象。电池负载接口两端连接一个10K的分压电阻，经过分压后输出电压连接到微控制器的AD1输入引脚，通过AD1引脚测量引脚电压的跳变来判断太阳能充放电监控模块断开负载的时刻。

电压输出电路，包括电压放大模块，功率放大模块，双刀双掷模拟开关模块，电流测量模块四部分。

DA输出电压经过电压放大模块进行电压放大，电压放大模块是由运放构成的同向放大电路。同向放大电路把DA输出的0-3.3V电压放大到0-9V范围。电压放大模块输出电压经过功率放大模块得到的输出电压经过双刀双掷模拟开关电路选通输出COM1到NO1到NO2到COM2给太阳能充放电监控模块的铅酸电池接口或COM1到NC1到太阳能电池板接口，选通控制引脚CB由微控制器的I/O10控制。

双刀双掷模拟开关选通COM1到NC1时电压输出连接到太阳能电池板接口，同时选通COM2到NC2，此时铅酸电池接口连接到充电电流测量电路。太阳能充放电监控模块输入为NC1的输出电压，太阳能充放电监控模块铅酸电池接口连接该仪器中的电流测量模块，电流经过电流测量模块的I+、I-引脚给3.3V的无电的Li离子电池充电，此处的Li电池用于模拟无电的铅酸电池。该电流测量模块将给无电的Li电池的充电电流转换成AD测量电压输出给微控制器的AD引脚， AD引脚测量得到的AD电压值和充电电流值有明确的线性数学关系。

该调试仪的工作过程：

该调试仪的工作过程如下，首先将需调试的太阳能充放电监控模块预留的接口和调试仪的三个接口（太阳能电池板接口、铅酸电池接口、电池负载接口）连接。连接后调试仪的工作过程如下：

第一步，调节放电截止电压：

1、通过液晶操作界面，选择调节放电截止电压选项，双刀双掷模拟开关模块控制引脚CB会控制模拟开关接通COM1到NO1，COM2到NO2。再选择电位器和截止电压定标选项。在每次调节太阳能充放电监控模块前，都有一个调节太阳能充放电监控模块前对电位器旋转角度和放电截止电压的定标过程。该过程用于确定电位器变化一定角度的变化量和所引起的放电截止电压的变化量这两者之间的线性比例关系。

2、通过液晶操作界面，设置太阳能充放电监控模块所需调节到的目标放电截止电压值，以及调试太阳能充放电监控模块时输出给太阳能充放电监控模块铅酸电池接口的线性下降电压的上限值，下限值和电压变化速率，用于调试太阳能监控模块的放电截止电压。在上一步的定标后，微控制器通过DA引脚和线性放大电路功率放大电路，输出给太阳能充放电监控模块的铅酸电池接口一个线性下降的电压，该线性下降的电压可通过液晶操作界面设置线性下降电压的上限值，下限值，电压变化速率。该电压输出给太阳能充放电监控模块铅酸电池接口，通过测量电池负载接口的10K电位器的电压输出值跳变时的电压值得到太阳能充放电监控模块断开负载电路时的放电截止电压，通过微控制器的AD接口检测到断开负载电路瞬间的10K电位器输出电压跳变，微控制器获得该跳变信号后，在响声提示电路中的三极管的基极引脚上触发一个负脉宽，负脉宽期间蜂鸣器响声报警，提示电路调试人员瞬时断开电池负载电路的时刻，同时在液晶上显示当前放电截止电压大小。得到当前的放电截止电压后，该调试仪会根据所需调节到的目标放电截止电压和定标时电位器旋转角度量和旋转前后放电截止电压变化量两者之间的比例关系，在调试仪的液晶显示界面上智能地给出电位器的推荐调节量，即调节到所需的放电截止电压时电位器应调节的方向和旋转角度的大小。调试人员借助于相应的工具，如螺丝刀，可迅速调节好该太阳能电池充放电监控模块的放电截止电压。

第二步，更换负载电阻测试：

通过液晶操作界面，选择一个比较小的负载电阻，点击确定后，微控制器会输出给太阳能充放电监控模块的铅酸电池接口上一步调节放电截止电压时设置的线性下降的电压，通过该放电过程来判断电池通过电源监控芯片CN1185连接一个较小负载时是否会产生自激震荡的现象，以验证该太阳能充放电监控模块在负载电路消耗电流较大的情况下仍然能正常工作。

第三步，充电电流测量测试：

通过液晶操作界面，选择充电电流测量选项，双刀双掷模拟开关模块控制引脚CB会控制模拟开关接通COM1到NC1，COM2到NC2。微控制器的DA模块输出电压通过运放电压放大和功率放大电路，输出给太阳能充放电监控模块的太阳能电池板接口，同时监控模块的铅酸电池接口通过一个1欧姆电阻连接到一个无电的3.3V的Li电池两端，此处用一个无电的Li离子电池充当一个过放电的铅酸电池。通过充电电流测量电路，将充电电流经过1欧姆两端的所产生的电压值放大4倍后转换成电压信号，输出给微控制器的AD测量引脚，通过测量电压大小来得到充电电流值，以此来判断太阳能充放电模块中的充电芯片对该Li离子电池进行恒流充电的电流大小是否是预设的600mA，由此来判断太阳能充放电监控模块的充电芯片是否正常工作。

本实用新型具有如下优点：

针对以前的调试方式的不足，本仪器具有调试方式迅速高效，操作简单，智能化，人性化等优点。

1、可人工设置调节太阳能充放电监控模块的放电截止电压时调试仪器输出的线性变化电压的上限值和下限值，电压变化速率大小，电压上升和下降时间值，提高调试人员调节监控模块放电截止电压的效率，可迅速调节太阳能充放电监控模块的电位器到当前设置的铅酸电池放电截止电压。

2、可由软件改变改变电池的充放电时铅酸电池所接的负载大小，验证该电源监控模块的输出接口在接重负载（电阻较小，电阻较大时，称为轻负载）时，节点电源监控电路能否正常工作，即不会因为重负载使监控模块电路产生震荡（电池放电后，内阻增大，当外接重负载时，重负载电流较大，容易通过电源监控模块电路把电池电压拉低，从而在电源监控电路内部产生震荡现象，而使电源监控电路以一定的频率产生震荡，周期性的出现断开、接通负载电路，从而使电源监控电路不能正常工作），使监控模块能在电池电压小于放电截止电压时正常断开所接负载电路。对于更换电池负载电阻通过软件来实现，轻松按键即可执行，调试起来非常方便。

3、测量并显示电源监控模块对铅酸电池进行正常充电时的充电电流大小，通过测量的充电大小来判断该电源监控模块中的充电芯片是否正常工作。

4、显示电源监控模块的各级指示灯亮由亮到灭时的电池瞬时电压值，并可同时进行响声提示。通过AD接口检测到关断MOS管瞬间的检测电池负载两端电压变化，MCU获得该信号后，在蜂鸣器引脚上触发一个负脉宽，负脉宽期间蜂鸣器报警，提示电路调试人员瞬时断开电池负载的时刻。

5、该调试装置可采用9V电池供电，属于便携式调试仪，可以随身携带到现场的无线传感器网络介损测量节点位置对其太阳能充放电监控模块进行现场调节与检测。

附图说明

图1为太阳能充放电监控模块的整体结构图；

图2为本实用新型电路图。

具体实施方式

本实用新型由电源电路1、微控制器电路2、液晶显示电路3、响声提示电路4、按键输入电路5、负载电阻电路6和电压输出电路7构成，电源电路1包括电源接口、3.3V稳压电路和2.5V参考电压电路，电源接口通过开关S1连接3.3V稳压电路的IN1脚，3.3V稳压电路的OUT脚连接2.5V参考电压电路的IN2脚，微控制器电路2是LPC2136模块，微控制器电路2的Vref脚连接2.5V参考电压电路的Vref脚，液晶显示模块3为NOKIA5110液晶显示模块，其SCE，RST,D/C，MOSI,SCK脚与微控制器电路2的SCE，RST,D/C,MOSI,SCK脚对应连接，响声提示电路4通过I/O脚与微控制器电路2的I/O1脚连接，按键输入电路5的I/O2、I/O3、I/O4、I/O5脚分别连接微控制器电路2的I/O2、I/O3、I/O4、I/O5脚，负载电阻电路6包括负载电阻接口，四个功率电阻R2、R3、R4、R5，一个分压电阻R7和多路模拟开关模块，微控制器电路2的I/O6、I/O7、I/O8、I/O9脚连接多路模拟开关模块的I/O6、I/O7、I/O8、I/O9脚，多路模拟开关模块的1、2、3、4脚分别连接功率电阻R2、R3、R4、R5，分压电阻R7连接功率电阻R2、R3、R4、R5和负载电阻接口，分压电阻R7的活动触点连接微控制器电路的AD1脚，电压输出电路7包括电压放大模块，功率放大模块，双刀双掷模拟开关模块和电流测量模块，微控制器电路2的DA脚连接电压放大模块的IN3脚，电压放大模块的OUT3脚连接功率放大模块的IN4脚，功率放大模块的OUT4脚连接双刀双掷模拟开关模块的COM1端，双刀双掷模拟开关模块的NO2端连接电流测量模块的正极端，双刀双掷模拟开关模块的CD端连接微控制器电路2的I/O10脚，电流测量模块的OUT5脚连接微控制器电路2的AD2脚。

Claims

1.一种智能化太阳能充放电调试仪，其特征在于；它由电源电路、微控制器电路、液晶显示电路、响声提示电路、按键输入电路、负载电阻电路和电压输出电路构成，电源电路包括电源接口、3.3V稳压电路和2.5V参考电压电路，电源接口通过开关S1连接3.3V稳压电路的IN1脚，3.3V稳压电路的OUT脚连接2.5V参考电压电路的IN2脚，微控制器电路是LPC2136模块，微控制器电路的Vref脚连接2.5V参考电压电路的Vref脚，液晶显示模块为NOKIA5110液晶显示模块，其SCE,RST,D/C,MOSI,SCK脚与微控制器电路的SCE，RST,D/C,MOSI,SCK脚对应连接，响声提示电路通过I/O1脚与微控制器电路的I/O1脚连接，按键输入电路的I/O2、I/O3、I/O4、I/O5脚分别连接微控制器电路的I/O2、I/O3、I/O4、I/O5脚，负载电阻电路包括负载电阻接口，四个功率电阻R2、R3、R4、R5，一个分压电阻R7和多路模拟开关模块，微控制器电路的I/O6、I/O7、I/O8、I/O9脚连接多路模拟开关模块的I/O6、I/O7、I/O8、I/O9脚，多路模拟开关模块的1、2、3、4脚分别连接功率电阻R2、R3、R4、R5，分压电阻R7连接功率电阻R2、R3、R4、R5和负载电阻接口，分压电阻R7的活动触点连接微控制器电路的AD1脚，电压输出电路包括电压放大模块，功率放大模块，双刀双掷模拟开关模块和电流测量模块，微控制器电路的DA脚连接电压放大模块的IN3脚，电压放大模块的OUT3脚连接功率放大模块的IN4脚，功率放大模块的OUT4脚连接双刀双掷模拟开关模块的COM1端，双刀双掷模拟开关模块的NO2端连接电流测量模块的正极端，双刀双掷模拟开关模块的CD端连接微控制器电路的I/O10脚，电流测量模块的OUT5脚连接微控制器电路的AD2脚。