专利名称：数字式直流电量计的制作方法
技术领域：
本发明专利属于单片机技术应用和电测仪表领域，涉及电力等行业用蓄电池组的充电或放电电流和电量的数字化测量技术。
背景技术：
目前，公知的模拟式直流电量计一般利用积分电路实现，调试复杂且精度较低。数字式直流电量计，例如美国MAXIM公司利用半导体集成制造技术，在一块芯片(如DS2770)上集成了电压-频率变换器(VFC)等器件，实现对电量的测量，用于手持无线设备用电池的电量指示，但量程较小。
发明内容
本发明专利为了克服上述现有技术中存在的问题，以通用的VFC芯片(如LM331)和单片计算机(如AT89C52)技术，构造一种大量程、高精度的直流电量计，用于电力等行业用蓄电池组核对性充电或放电电流和电量的测量。
本发明专利采用的技术方案是这样实现的本发明电量计由带方向判别的电流取样电路1，电压-频率变换器(VFC)2，单片机(MCU)3，电流I、电量Q值共8位LED显示器(LED×8)4，软件监控及数据存储器(X25C45)5和电源电路6组成。取样电阻(分流器)R串联在蓄电池组充(放)电回路中，R流过电流Iin，其上产生的电压信号经电压比较器C1、C2，使晶体管T1、T2输出到MCU之P1.0腿为低电平，P1.1腿为高电平，MCU判定为充电状态，(若晶体管T1、T2输出到MCU之P1.0腿为高电平，P1.1腿为低电平，则MCU判定为放电状态)使P1.2腿输出低电平，经反向器N控制的双向模拟开关S2、S4闭合，S1、S3开断(放电状态时，则S2、S4开断，S1、S3闭合)，R上产生的电压信号V总是对地为正，送VFC，转换为频率信号f后同时送MCU两个内置的计数器T1、T2。MCU同时作测频和累加处理，MCU将测频值乘以电流标定常数Ki，得到充(放)电电流值I；将累加值q乘以电量标定常数Kq，得到累计至此刻的电量值Q。MCU将各4位的I和Q值经串行口送LED×8显示。
本发明电量计在使用前先进行软件标定利用一确定的电流(如30.00A)流过R，MCU内置的16位定时器T0作1秒定时，计数器T1在此期间测得脉冲个数为Cs，则取得电流标定常数Ki＝30.00/Cs(A/plus)和电量标定常数Kq＝30.00/(3600×Cs)(Ah/plus)。将标定参数Ki和Kq存入FlashROM中。MCU内置的16位计数器T2作电量累计，216个计数值仍嫌不足。为此，本发明电量计在设计中采用软件计数的方法，扩展2个字节的单元(例如MCU内RAM的[6EH]和[6FH]单元)作为高16位，将T2计数器扩展至32位。每当计满低16位溢出时，扩展的高16位计数单元(例如[6EH][6FH]单元)加1，复位中断标志位并修改中断堆栈出口地址值，使中断不返回断点而返回固定的地址，即测量模块的入口地址，此举确保测量过程不受中断干扰。
本发明专利的有益效果本发明电量计的优点在于利用通用的VFC器件和单片机，实现对蓄电池组充电或放电电流的数字化测量，同时完成充电或放电电量的准确累计。将直流电量这一直观参数引入电力行业用蓄电池组的充、放电管理。本发明的应用有助于避免蓄电池组的过充、欠充以及深度放电，也有助于蓄电池组剩余电量的估计。
附图是本发明实施例示意图。
图1是本发明数字式直流电量计系统结构图。
图2是电流方向判别及电流取样原理图。
图3是LM331构成的VFC和单片机AT89C52的接口原理图。
图4是本发明电量计工作程序流程示意图，包含单片机主程序和定时器T2溢出中断子程序流程框图。
具体实施例方式
本发明由带方向判别的电流取样电路1、电压-频率变换器(VFC)2、单片机(MCU)3、电流I、电量Q值8位LED显示器(LED×8)4、软件监控及数据存储器(X25C45)5和电源电路6构成。
使用前先将MCU的P1.7腿置为低电平，利用一确定的电流(如30.00A)通过R，电量计进入自动标定状态，MCU软件编程完成电流标定参数Ki和电量标定参数Kq的测量与计算，并将结果存入Flash ROM X25C45中，并使LED闪烁提示标定结束。
完成软件标定后，将P1.7腿置为高电平，电量计搭接到充(放)电回路，进入使用状态，以大约1秒一次间隔不断进行充(放)电电流和电量的测量和刷新显示。
以上所述，仅是本发明的具体实施例，并非对本发明做出限制。凡依据本发明的技术实质对以上实施例进行的任何简单修改、变更或等效变换，仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种数字式直流电量计，由通用的电压一频率变换器(VFC)和单片计算机(MCU)构成，其特征是被测电流转换成电压信号后送VFC，MCU对VFC输出的频率f信号同时作测频和累加计数处理，经数值运算得到被测电流值和电量值。
2.根据权利要求1所述的电量计，其特征在于，采用软件标定技术，即利用一确定的电流(如30.00A)作标定，以获得本电量计计算电流值和电量值的标定比例常数，并作掉电不丢失贮存。
3.根据权利要求1所述的电量计，其特征在于，单片机和电压比较器、电子模拟开关以及晶体三极管等器件构成电流方向判别电路，以确定系统工作于充电或放电状态。
4.根据权利要求1所述的电量计，其特征在于，利用软件编程技术，可将单片机原16位内置的硬件计数器进行扩展(如扩展成32位)，以满足大量程电量累计要求。
5.根据权利要求1所述的电量计，其特征在于，利用软件编程技术，扩展的计数器中断溢出后不返回断点，而是返回固定的程序入口地址，重新开始电流的测量和进行电量的累计，保证测量精度不受中断干扰。
6.根据权利要求1所述的电量计，其特征在于，本发明电量计可同时显示电流值和电量值。
全文摘要
本发明公开了一种基于电压—频率变换器(VFC)和单片计算机(MCU)构造的数字式直流电量计，属于单片机技术应用和电测仪表领域。本发明主要特征是，将被测电流转换成电压信号后送VFC，MCU对VFC输出的频率f信号同时作测频和累加计数处理，经数值运算得到被测电流值和电量值，并作实时显示。本发明适用于电力等行业用大容量蓄电池组的充、放电管理。本发明的应用有助于避免蓄电池组的过充、欠充以及深度放电，也有助于蓄电池组剩余电量的估计。本发明电量计简洁可靠，成本低廉。
文档编号G01R31/36GK1920590SQ200510097759
公开日2007年2月28日 申请日期2005年8月27日 优先权日2005年8月27日
发明者叶丹 申请人:福建省福州电业局