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專利名稱：數字式直流電量計的制作方法
技術領域：
本發明專利屬于單片機技術應用和電測儀表領域，涉及電力等行業用蓄電池組的充電或放電電流和電量的數字化測量技術。
背景技術：
目前，公知的模擬式直流電量計一般利用積分電路實現，調試復雜且精度較低。數字式直流電量計，例如美國MAXIM公司利用半導體集成制造技術，在一塊芯片(如DS2770)上集成了電壓-頻率變換器(VFC)等器件，實現對電量的測量，用于手持無線設備用電池的電量指示，但量程較小。

發明內容
本發明專利為了克服上述現有技術中存在的問題，以通用的VFC芯片(如LM331)和單片計算機(如AT89C52)技術，構造一種大量程、高精度的直流電量計，用于電力等行業用蓄電池組核對性充電或放電電流和電量的測量。
本發明專利采用的技術方案是這樣實現的本發明電量計由帶方向判別的電流取樣電路1，電壓-頻率變換器(VFC)2，單片機(MCU)3，電流I、電量Q值共8位LED顯示器(LED×8)4，軟件監控及數據存儲器(X25C45)5和電源電路6組成。取樣電阻(分流器)R串聯在蓄電池組充(放)電回路中，R流過電流Iin，其上產生的電壓信號經電壓比較器C1、C2，使晶體管T1、T2輸出到MCU之P1.0腿為低電平，P1.1腿為高電平，MCU判定為充電狀態，(若晶體管T1、T2輸出到MCU之P1.0腿為高電平，P1.1腿為低電平，則MCU判定為放電狀態)使P1.2腿輸出低電平，經反向器N控制的雙向模擬開關S2、S4閉合，S1、S3開斷(放電狀態時，則S2、S4開斷，S1、S3閉合)，R上產生的電壓信號V總是對地為正，送VFC，轉換為頻率信號f后同時送MCU兩個內置的計數器T1、T2。MCU同時作測頻和累加處理，MCU將測頻值乘以電流標定常數Ki，得到充(放)電電流值I；將累加值q乘以電量標定常數Kq，得到累計至此刻的電量值Q。MCU將各4位的I和Q值經串行口送LED×8顯示。
本發明電量計在使用前先進行軟件標定利用一確定的電流(如30.00A)流過R，MCU內置的16位定時器T0作1秒定時，計數器T1在此期間測得脈沖個數為Cs，則取得電流標定常數Ki＝30.00/Cs(A/plus)和電量標定常數Kq＝30.00/(3600×Cs)(Ah/plus)。將標定參數Ki和Kq存入FlashROM中。MCU內置的16位計數器T2作電量累計，216個計數值仍嫌不足。為此，本發明電量計在設計中采用軟件計數的方法，擴展2個字節的單元(例如MCU內RAM的[6EH]和[6FH]單元)作為高16位，將T2計數器擴展至32位。每當計滿低16位溢出時，擴展的高16位計數單元(例如[6EH][6FH]單元)加1，復位中斷標志位并修改中斷堆棧出口地址值，使中斷不返回斷點而返回固定的地址，即測量模塊的入口地址，此舉確保測量過程不受中斷干擾。
本發明專利的有益效果本發明電量計的優點在于利用通用的VFC器件和單片機，實現對蓄電池組充電或放電電流的數字化測量，同時完成充電或放電電量的準確累計。將直流電量這一直觀參數引入電力行業用蓄電池組的充、放電管理。本發明的應用有助于避免蓄電池組的過充、欠充以及深度放電，也有助于蓄電池組剩余電量的估計。


附圖是本發明實施例示意圖。
圖1是本發明數字式直流電量計系統結構圖。
圖2是電流方向判別及電流取樣原理圖。
圖3是LM331構成的VFC和單片機AT89C52的接口原理圖。
圖4是本發明電量計工作程序流程示意圖，包含單片機主程序和定時器T2溢出中斷子程序流程框圖。
具體實施例方式
本發明由帶方向判別的電流取樣電路1、電壓-頻率變換器(VFC)2、單片機(MCU)3、電流I、電量Q值8位LED顯示器(LED×8)4、軟件監控及數據存儲器(X25C45)5和電源電路6構成。
使用前先將MCU的P1.7腿置為低電平，利用一確定的電流(如30.00A)通過R，電量計進入自動標定狀態，MCU軟件編程完成電流標定參數Ki和電量標定參數Kq的測量與計算，并將結果存入Flash ROM X25C45中，并使LED閃爍提示標定結束。
完成軟件標定后，將P1.7腿置為高電平，電量計搭接到充(放)電回路，進入使用狀態，以大約1秒一次間隔不斷進行充(放)電電流和電量的測量和刷新顯示。
以上所述，僅是本發明的具體實施例，并非對本發明做出限制。凡依據本發明的技術實質對以上實施例進行的任何簡單修改、變更或等效變換，仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種數字式直流電量計，由通用的電壓一頻率變換器(VFC)和單片計算機(MCU)構成，其特征是被測電流轉換成電壓信號后送VFC，MCU對VFC輸出的頻率f信號同時作測頻和累加計數處理，經數值運算得到被測電流值和電量值。
2.根據權利要求1所述的電量計，其特征在于，采用軟件標定技術，即利用一確定的電流(如30.00A)作標定，以獲得本電量計計算電流值和電量值的標定比例常數，并作掉電不丟失貯存。
3.根據權利要求1所述的電量計，其特征在于，單片機和電壓比較器、電子模擬開關以及晶體三極管等器件構成電流方向判別電路，以確定系統工作于充電或放電狀態。
4.根據權利要求1所述的電量計，其特征在于，利用軟件編程技術，可將單片機原16位內置的硬件計數器進行擴展(如擴展成32位)，以滿足大量程電量累計要求。
5.根據權利要求1所述的電量計，其特征在于，利用軟件編程技術，擴展的計數器中斷溢出后不返回斷點，而是返回固定的程序入口地址，重新開始電流的測量和進行電量的累計，保證測量精度不受中斷干擾。
6.根據權利要求1所述的電量計，其特征在于，本發明電量計可同時顯示電流值和電量值。
全文摘要
本發明公開了一種基于電壓—頻率變換器(VFC)和單片計算機(MCU)構造的數字式直流電量計，屬于單片機技術應用和電測儀表領域。本發明主要特征是，將被測電流轉換成電壓信號后送VFC，MCU對VFC輸出的頻率f信號同時作測頻和累加計數處理，經數值運算得到被測電流值和電量值，并作實時顯示。本發明適用于電力等行業用大容量蓄電池組的充、放電管理。本發明的應用有助于避免蓄電池組的過充、欠充以及深度放電，也有助于蓄電池組剩余電量的估計。本發明電量計簡潔可靠，成本低廉。
文檔編號G01R31/36GK1920590SQ200510097759
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月27日 優先權日2005年8月27日
發明者葉丹 申請人:福建省福州電業局