CN203149024U

CN203149024U - 一种电池欠压报警装置

Info

Publication number: CN203149024U
Application number: CN2013201199598U
Authority: CN
Inventors: 樊巧玲; 周锡华; 段乐颖
Original assignee: China Aero Geophysical Survey & Remote Sensing Center For Land And Resources
Current assignee: China Aero Geophysical Survey & Remote Sensing Center For Land And Resources
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2023-03-15

Abstract

一种电池欠压报警装置，连接于一外部电池，包括：电池电压采样模块、欠压临界点生成模块、压差放大模块、电压比较模块以及压频转换报警模块；本实用新型的电池欠压报警装置可以在电磁干扰恶劣的不间断供电的场合，使用硬件电路，巧妙地将带有增益的减法运算放大器和锁相环结合，既能辨识电池的欠压程度，又提高了报警器的抗干扰能力。同时，该电池欠压报警装置还提示人们及时更换电池，使电池不致过放电损坏，延长了电池寿命。

Description

一种电池欠压报警装置

技术领域

本实用新型是关于电池欠压报警的领域，尤指一种电池欠压报警装置。

背景技术

在航空物探仪器作业与非作业期间，为了保证内部传感器恒温工作，必须要求不间断供电。因此，在不间断供电的场合，当停电或者其他供电设备出现故障时，为了确保仪器正常工作，必须配备电池供电。

当供电的电池电压下降到一定程度时，为了保证仪器正常工作，电池不致过放电损坏，延长电池寿命，必须及时更换。为此发明了一种新型电池欠压报警器：当电池电压低于临界点电压，蜂鸣器从低频到高频蜂鸣，同时，发光二级管闪烁，警示人们及时更换电池。蜂鸣频率越高，发光二级管闪烁越快，电池欠压越严重。

一般情况下，采用硬件电路和单片机实现两种方法电池欠压报警：

1、利用硬件电路完成电池欠压报警

硬件电路实现电池欠压报警一般由一个比较器比较电池电压与电池欠压临界点电压，当电池电压＞电池欠压临界点电压，驱动蜂鸣器和发光二极管的三极管截止，蜂鸣器不蜂鸣，发光二极管不发光；当电池电压≤电池欠压临界点电压，驱动蜂鸣器和发光二极管的三极管导通，蜂鸣器蜂鸣，发光二极管发光，提示电池欠压，需要更换电池。

常见的电路图如图1所示，其中：R1～R6电阻，U1比较器，Q1是PNP三极管，F1蜂鸣器，D1稳压管，D2发光二极管。R2与D1形成参考电压UB，UB相当于电池的欠压临界点电压，R1和R5采样电池电压，得到电压UA，UA相当于电池电压。随着电池放电，电池电压降低，当电池电压UA＞电池欠压临界点电压UB时，比较器U1A输出UC为高电位，三极管Q1截止，蜂鸣器F1不蜂鸣，发光二极管D2不发光;当电池电压UA≤电池欠压临界点电压UB时，比较器U1A输出UC为低电平，三极管Q1导通，蜂鸣器F1蜂鸣，发光二极管D2发光，其中R4和R6为限流电阻。这样就实现了电池欠压报警。

2、利用单片机实现的电池欠压报警电路

单片机实现的电池欠压报警电路一般使用一个具有模拟输入的单片机，将电池电压采样输入到单片机的模拟端，通过编程处理，当电池电压＞电池欠压临界点电压时，输出的电平使驱动蜂鸣器和发光二极管的三极管截止，蜂鸣器不蜂鸣，发光二极管不发光；当电池电压≤电池欠压临界点电压，输出一个频率随着电池电压的降低而升高的脉冲信号，驱动蜂鸣器和发光二极管的三极管导通，蜂鸣器蜂鸣，发光二极管闪烁，提示需要更换电池，蜂鸣器的蜂鸣频率越高，说明电池欠压越严重。

常见的电路图如图2所示，其中：R1～R4电阻，U1是具有模拟量输入的单片机C8051F020，Q1是PNP三极管，F1蜂鸣器，D1发光二极管。

R1和R3采样电池电压，采样电压UA输出到单片机U1的模拟口，经单片机处理，当电池电压＞电池欠压临界点电压时，单片机U1输出高电平UB，Q1截止，蜂鸣器F1不蜂鸣，发光二极管D1不亮；当电池电压≤电池欠压临界点电压时，单片机U1输出一个频率随着电池电压的降低而升高的脉冲波形UB，Q1导通，蜂鸣器F1蜂鸣，发光二极管D1闪烁，提示需要更换电池，蜂鸣器的蜂鸣频率越高，说明电池欠压越严重。其中R2和R4为限流电阻。这样就实现了电池欠压报警。

用硬件电路实现的电池欠压报警的缺点是：蜂鸣器的蜂鸣声音没有变化，不能辨识电池的欠压程度。

用单片机实现的电池欠压报警电路的缺点是：虽然根据蜂鸣器的声音能够判断电池欠压的程度，但在电磁干扰恶劣的环境下（多种航空物探仪器集成在一起产生高频干扰）工作，高频工作的单片机容易受到干扰而误动作。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题克服了现有技术的缺点，用硬件电路实现电池欠压报警，既能辨识电池的欠压程度，又提高了报警器的抗干扰能力。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种电池欠压报警装置，连接于一外部电池，包括：电池电压采样模块、欠压临界点生成模块、压差放大模块、电压比较模块以及压频转换报警模块；其中，所述电池电压采样模块，连接于所述外部电池、压差放大模块以及所述电压比较模块，包括第一运算放大器、第一电阻以及第二电阻，所述第一电阻以及第二电阻用于采样电池电压，生成电池采样电压并传输至所述第一运算放大器的同相端，所述第一运算放大器的反相端连接输出端，形成电压跟随器，所述第一运算放大器的输出端将所述电池采样电压传输至所述压差放大模块以及电压比较模块；所述欠压临界点生成模块，连接于所述外部电池、压差放大模块以及所述电压比较模块，包括一第三电阻及一稳压管，用于产生对应于所述外部电池的欠压临界点电压，并将所述欠压临界点电压传输至所述压差放大模块以及所述电压比较模块；所述压差放大模块，连接于所述电池电压采样模块、所述欠压临界点生成模块以及所述压频转换报警模块，包括一所述第二运算放大器，用于计算所述欠压临界点电压与所述电池采样电压之差，并进行放大处理，生成压差放大电压传送至所述压频转换报警模块；所述电压比较模块，连接于所述电池电压采样模块、所述欠压临界点生成模块以及所述压频转换报警模块，包括一比较器，所述比较器用于接收并比较所述电池采样电压以及所述欠压临界点电压的大小，并输出一比较电压至所述压频转换报警模块；其中，所述压频转换报警模块，连接于所述压差放大模块以及所述电压比较模块，包括一锁相环，一NPN三极管，一发光二级管以及一蜂鸣器；所述锁相环输入端接收所述压差放大电压，禁止端接收所述比较电压，输出端输出一输出信号至所述NPN三极管，所述NPN三极管根据所述输出信号控制所述发光二级管闪烁以及所述蜂鸣器蜂鸣。

进一步的，所述压差放大模块还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第七电阻；所述第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第二运算放大器组成带增益的减法器，用于计算所述欠压临界点电压与所述电池采样电压之差，并进行放大处理；其中，所述第四电阻一端连接所述欠压临界点生成模块，接收所述欠压临界点电压，另一端与所述第五电阻的一端以及所述第二运算放大器的同相端相连；所述第五电阻的另一端接地；所述第六电阻一端连接于电池电压采样模块，接收所述采样电压，另一端连接所述第七电阻的一端以及所述第二运算放大器的反相端；所述第七电阻的另一端连接至所述第二运算放大器的输出端以及所述压频转换报警模块的所述锁相环。

进一步的，所述电压比较模块还包括一第八电阻，所述第八电阻连接于一外部电源以及所述比较器的输出端，作为比较器输出的上拉电阻。

进一步的，所述电池电压采样模块中的第一运算放大器型号为运算放大器LM358。

进一步的，所述压差放大模块中的所述第二运算放大器型号为运算放大器LM358。

进一步的，所述欠压临界点生成模块中的所述稳压管型号为稳压管TL431。

进一步的，所述电压比较模块中的所述比较器型号为比较器LM2903。

进一步的，所述压频转换报警模块中的所述锁相环型号为锁相环CD4046。

本实用新型实施例的电池欠压报警装置，相比较现有的电池欠压报警装置，可以在电磁干扰恶劣的不间断供电的场合，使用硬件电路，巧妙地将带有增益的减法运算放大器和锁相环结合，既能辨识电池的欠压程度，又提高了报警器的抗干扰能力。同时，该电池欠压报警装置还提示人们及时更换电池，使电池不致过放电损坏，延长了电池寿命，也从而保证了航空物探仪器的不间断工作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1为现有技术中利用硬件电路完成电池欠压报警装置的电路原理图；

图2为现有技术中利用单片机实现的电池欠压报警装置的电路原理图；

图3为本实用新型实施例的电池欠压报警装置电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

图3所示为本实用新型实施例的电池欠压报警装置电路原理图。如图3所示，本实施例的电池欠压报警装置包括：电池电压采样模块101、欠压临界点生成模块102、压差放大模块103，电压比较模块104以及压频转换报警模块105。

其中，电池电压采样模块101连接于外部电池、压差放大模块103以及电压比较模块104，包括电阻R2和电阻R10以及运算放大器U1A。电阻R2和电阻R10连接于外部电池，用于采样电池电压，得到电池采样电压UB，将电池采样电压UB传输至到第一运算放大器U1A的同相端接脚，U1A的反相端接脚连接输出端接脚，形成电压跟随器，电压跟随器可以起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。电池采样电压UB经运算放大器U1A后得到电池采样电压UC，UC=UB，将电池采样电压UC传输至压差放大模块103的第二运算放大器U1B的反相端以及电压比较模块104中的比较器U3A的同相端。

在本实施例中，第一运算放大器U1A的型号为LM358，第二运算放大器的型号为LM358。

欠压临界点生成模块102连接于外部电池、压差放大模块103以及电压比较模块104，包括电阻R1及一稳压管D1，电阻R1以及稳压管D1与电池正极相连，另一端接地，通过电池供电产生对应于电池的欠压临界点电压UA，并将欠压临界点电压UA传输至压差放大模块103的第二运算放大器U1B的同相端以及电压比较模块104的比较器U3A的反相端。

在本实施例中，稳压管D1的型号为稳压管TL431。

压差放大模块103连接于电池电压采样模块101、欠压临界点生成模块102以及压频转换报警模块105，包括一第二运算放大器U1B、电阻R3、电阻R4、电阻R11以及电阻R12，第二运算放大器U1B的同相端接收欠压临界点电压UA，反相端接收电池采样电压UC，通过运算放大器U1B、电阻R3、电阻R4、电阻R11以及电阻R12计算欠压临界点电压UA以及电池采样电压UC之差，并进行放大处理，生成压差放大电压UD传送至压频转换报警模块105。

如图3所示，第二运算放大器U1B、电阻R3、电阻R4、电阻R11以及电阻R12组成带增益的减法器，在本实施例中，选R11=R3，R12=R4时，运算放大器U1B的输出电压

UD = \frac{R 12}{R 11} (UA - UC) = \frac{R 12}{R 11} (UA - UB),

由上述式子可看出，压差放大电压UD会随着电池采样电压UB的降低而升高。

电压比较模块104，连接于电池采样模块101、欠压临界点生成模块102以及压频转换报警模块105，包括一比较器U3A和一个电阻R13；比较器U3A的同相端接收电池采样电压UC，反相端接收欠临界点电压UA，比较UC和UA后在输出端输出一比较电压UF至压频转换报警模块105的禁止端，用于控制锁相环U2的输出。

当UC>UA时，比较器U3A输出的比较电压UF为高电平；

当UC≤UA时，比较器U3A输出的比较电压UF为低电平。

在本实施例中，比较器U3A的型号为LM2903。

在本实施例中，R13连接于比较器U3A的输出端以及一外部电源，是比较器U3A输出的上拉电阻。

压频转换报警模块105连接于压差放大模块103以及电压比较模块104，包括一锁相环U2，一NPN三极管Q1，一发光二级管D2以及一蜂鸣器F1；锁相环U2的输入端接收压差放大电压UD，禁止端接收比较电压UF，比较电压UF用于控制锁相环U2输出端的输出信号UE为低电平信号或者脉冲信号；

当比较电压UF为一高电平电压时，禁止锁相环U2输出，锁相环U2输出端输出信号UE为低电平信号，使得NPN三极管Q1截止，蜂鸣器F1与发光二极管D2不工作；

当比较电压UF为一低电平电压时，允许锁相环U2输出，锁相环U2输出端输出信号UE为一脉冲信号，UE的频率变化与压差放大电压UD的变化成正比关系，使得NPN三极管Q1间歇导通，蜂鸣器F1蜂鸣，发光二极管D2闪烁，蜂鸣频率以及闪烁频率随此脉冲信号的频率变化而变化，以分别产生变化的声音提醒信号及频率变化的光闪烁提醒信号。

在本实施例中，锁相环U2的型号为锁相环CD4046。

在另一实施例中，锁相环U2可以通过SE555芯片组成，但是需要更多的元器件，电路会更加复杂。

在本实施例中，压差放大电压UD经过电阻R5连接到锁相环U2的控制端，电阻R6，电阻R7，电容C1连接于锁相环U2上，电阻R7和电容C1决定锁相环的频率范围，电阻R6和电容C1决定锁相环U2的最低频率，当锁相环U2禁止端接收一低电平电压时，允许锁相环U2输出，压差放大电压UD通过锁相环U2后产生一个频率随压差放大电压UD的升高而升高的脉冲信号，脉冲信号通过限流电阻R8驱动三极管Q1间歇导通，电阻R9为限流电阻。

当UC＞UA(也就是电池采样电压UC高于欠压临界点电压UA)时，比较器U3A输出的比较电压UF为高电平，禁止锁相环U2输出，锁相环U2输出信号UE为低电平信号，使得Q1截止，蜂鸣器F1不蜂鸣，发光二极管D2不闪烁。

当UC≤UA(也就是电池采样电压UC低于欠压临界点电压UA)时，比较器U3A输出的比较电压UF为低电平，允许锁相环U2输出，锁相环U2输出端输出信号UE为一个频率变化与压差放大电压UD变化成正比的脉冲信号，使得NPN三极管Q1间歇导通，蜂鸣器F1蜂鸣，发光二极管D2闪烁，随着电池采样电压UC的降低，压差放大电压UD升高，锁相环U2输出的脉冲信号的频率升高，蜂鸣器F1的蜂鸣频率和发光二级管D2的闪烁频率也越来越高，说明电池欠压越严重，需要及时更换电池。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电池欠压报警装置，连接于一外部电池，其特征在于，包括：电池电压采样模块、欠压临界点生成模块、压差放大模块、电压比较模块以及压频转换报警模块；其中，

所述电池电压采样模块，连接于所述外部电池、压差放大模块以及所述电压比较模块，包括第一运算放大器、第一电阻以及第二电阻，所述第一电阻以及第二电阻用于采样电池电压，生成电池采样电压并传输至所述第一运算放大器的同相端，所述第一运算放大器的反相端连接输出端，形成电压跟随器，所述第一运算放大器的输出端将所述电池采样电压传输至所述压差放大模块以及电压比较模块；

所述欠压临界点生成模块，连接于所述外部电池、压差放大模块以及所述电压比较模块，包括一第三电阻及一稳压管，用于产生对应于所述外部电池的欠压临界点电压，并将所述欠压临界点电压传输至所述压差放大模块以及所述电压比较模块；

所述压差放大模块，连接于所述电池电压采样模块、所述欠压临界点生成模块以及所述压频转换报警模块，包括一第二运算放大器，用于计算所述欠压临界点电压与所述电池采样电压之差，并进行放大处理，生成压差放大电压传送至所述压频转换报警模块；

所述电压比较模块，连接于所述电池电压采样模块、所述欠压临界点生成模块以及所述压频转换报警模块，包括一比较器，所述比较器用于接收并比较所述电池采样电压以及所述欠压临界点电压的大小，并输出一比较电压至所述压频转换报警模块；其中，

所述压频转换报警模块，连接于所述压差放大模块以及所述电压比较模块，包括一锁相环，一NPN三极管，一发光二级管以及一蜂鸣器；所述锁相环输入端接收所述压差放大电压，禁止端接收所述比较电压，输出端输出一输出信号至所述NPN三极管，所述NPN三极管根据所述输出信号控制所述发光二级管闪烁以及所述蜂鸣器蜂鸣。

2.如权利要求1所述的电池欠压报警装置，其特征在于，所述压差放大模块还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第七电阻；所述第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第二运算放大器组成带增益的减法器，用于计算所述欠压临界点电压与所述电池采样电压之差，并进行放大处理；

其中，所述第四电阻一端连接所述欠压临界点生成模块，接收所述欠压临界点电压，另一端与所述第五电阻的一端以及所述第二运算放大器的同相端相连；

所述第五电阻的另一端接地；

所述第六电阻一端连接于电池电压采样模块，接收所述采样电压，另一端连接所述第七电阻的一端以及所述第二运算放大器的反相端；

所述第七电阻的另一端连接至所述第二运算放大器的输出端以及所述压频转换报警模块的所述锁相环。

3.如权利要求1所述的电池欠压报警装置，其特征在于，所述电压比较模块还包括一第八电阻，所述第八电阻连接于一外部电源以及所述比较器的输出端，作为比较器输出的上拉电阻。

4.如权利要求1所述的电池欠压报警装置，其特征在于，所述电池电压采样模块中的第一运算放大器型号为运算放大器LM358。

5.如权利要求1所述的电池欠压报警装置，其特征在于，所述压差放大模块中的所述第二运算放大器型号为运算放大器LM358。

6.如权利要求1所述的电池欠压报警装置，其特征在于，所述欠压临界点生成模块中的所述稳压管型号为稳压管TL431。

7.如权利要求1所述的电池欠压报警装置，其特征在于，所述电压比较模块中的所述比较器型号为比较器LM2903。

8.如权利要求1所述的电池欠压报警装置，其特征在于，所述压频转换报警模块中的所述锁相环型号为锁相环CD4046。