专利名称：充电架智能多路电流检测集中显示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于集成电路技术领域，具体涉及一种充电架智能多 路电流检测集中显示的装置。
技术背景 目前，蓄电池由于其制造成本低、容量大、价格低廉而得到了广
泛的使用。但是若使用不当，其寿命将大大縮短，特别是合理的充电过程对有 效延长蓄电池的使用寿命起着至关重要的作用。
目前矿山大量使用铅酸蓄电池和锂电池，这些蓄电池需要通过充电架反复 多次充电。充电过程要求对蓄电池的充电电流进行监视。
现有的使用方法是第一种方法是充电架上的每一块蓄电池串接一个电流 表来检测电流的大小；第二种方法通过取样电阻或其它的电流传感器，将电流 转换为电压，然后测量并显示电流，达到检测电池的充电状态的目的。由于充 电架上有上百个蓄电池，所以这些方法存在功耗大、成本高等不足。另外，还 难以对充电架进行高级管理。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可以快速巡回检测并显示充电架 多路电池充电情况，且功耗小、成本低的充电架智能多路电流检测集中显示仪。 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是
一种充电架智能多路电流检测集中显示仪，其特征在于它包括选通电路、 可编程放大电路、二次放大电路、数据采集电路、主控电路、显示电路和键盘 接口电路，其中主控电路分别与选通电路、可编程放大电路、二次放大电路、 数据采集电路、显示电路和键盘接口电路连接；可编程放大电路分别与选通电 路、二次放大电路连接；二次放大电路与数据采集电路连接；选通电路、可编 程放大电路与二次放大电路组成直接电流/电压转换电路；主控电路与可编程放大电路、二次放大电路组成自增益程控放大电路。 所述主控电路还与串口通信接口电路连接。
本实用新型提供的上述充电架智能多路电流检测集中显示仪，根据电流的 线压降，采用直接电流/电压转换方法，可以实现对充电架进行多路电流巡回检 测并集中显示，以解决成本高与功耗大的问题。由于该充电架智能多路电流检 测仪还设有串口通信接口电路，设计了与PC机进行通信的接口，可以实现对充 电架进行高级管理。本实用新型提供的充电架智能多路电流检测集中显示仪具 有实用方便、低功耗、智能化、结构简单、成本低等特点。
图1是本实用新型的系统结构框图。
图2是本实用新型的直接电流/电压转换电路示意图。 图3是本实用新型的选通电路示意图。
图4是本实用新型的选通电路图。
图5是本实用新型的可编程放大电路示意图。
图6是本实用新型的可编程放大电路图。
图7是本实用新型的二次放大电路图。
图8是本实用新型的程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型的系统结构框图。如图1所示，本实用新型提供的充电架 智能多路电流检测集中显示仪的实施例中，包括选通电路1、可编程放大电路2、 二次放大电路3、数据采集电路4、主控电路5、显示电路6、键盘接口电路7 和串口通信接口电路8，其中主控电路5分别与选通电路1、可编程放大电路 2、 二次放大电路3、数据采集电路4、显示电路6、键盘接口电路7和串口通信 接口电路8连接；可编程放大电路2分别与选通电路1、 二次放大电路3连接；二次放大电路3与数据采集电路4连接。需要说明的是上述选通电路l、可编 程放大电路2与二次放大电路3组成本实用新型的直接电流/电压转换电路；主
控电路5与可编程放大电路2、 二次放大电路3组成本实用新型的自增益程控放 大电路；串口通信接口电路8是考虑到对充电架进行高级管理的需要增设的， 当不需要此功能时，上述串口通信接口电路8可以省略。
本实用新型实施例中的数据采集电路4、显示电路6、键盘接口电路7和串 口通信接口电路8为本领域技术人员所公知的现有技术。 一般情况下，主控电 路5为单片机，本实用新型实施例中，主控电路5采用AT89C52单片机；键盘 接口电路7采用4*4矩阵键盘；显示电路6采用5. 7寸液晶屏；串口通信接口 电路8采用MAX485实现PC机和主控电路之间的电平转换，以实现远距离通信。 本实用新型采用外接电源供电的方式。
图2为本实用新型的直接电流/电压转换电路示意图。结合图1、图2，本 实用新型的直接电流/电压转换电路包括选通电路l、可编程放大电路2与二 次放大电路3。图2是以其中由选通电路1最终选通的一条电池线路为例，由充 电电源给可编程放大电路2提供充电电压，充电电池端给可编程放大电路2提 供电池分压，由可编程放大电路2测出导线微弱的线压降Ar并放大，再经过二 次放大电路3进行二次放大，得出fe。由此可以得出线压降AK二充电电压-电 池分压，fe二,A F,其中^为可编程放大电路2与二次放大电路3的总放大倍数。
图3是本实用新型的选通电路示意图。112条线路的电池分压信号经16片 模拟开关进行位选、片选后输出最后选通的线路的电池分压。其中16片模拟 开关组成二级选通电路。模拟开关1 14进行位选，模拟开关15 16进行片选。 经过位选和片选后，输出的信号为所选通的线路的电池分压。
图4为本实用新型的选通电路图。本实用新型实施例中选通电路选用芯片 SN7407两片、CD4051十六片，下面分别给以介绍(1) SN7407内含六组集电极开路门(OC门)，本实用新型实施例中用其驱动 电路。选通电路中用到的两片SN7407为JP1与JP2。 JP1 、 JP2的7引脚接GND， JP1 、 JP2的14引脚分别通过luF的极性电容C235、 C236接+5V电源，其中luF 极性电容C235、 C236的正极分别接JP1 、 JP2的14引脚，负极都接GND。第一 片S翻7 (JP1)的l、 3、 5、 9、 11、 13引脚分别与单片机的P1.0 P1.5端连 接，2、 4、 6、 8、 10、 12引脚与1K的排阻J219的2 7引脚连接，排阻J219 的1引脚接电源VDD。第二片SN7407 (JP2)的1、 3、 5、 9引脚分别与单片机 的P1.6、 P1.7、 PO.O、 PO. l端连接，2、 4引脚连接J219排阻的2、 3引脚，6、 8引脚与1K排阻J225的2、 3引脚连接。排阻J225的1弓,接电源VDD， 4 9 引脚不连接；
(2) CD4051相当于一个单刀八掷开关。选通电路中选用16片CD4051(U20 U29 ， U210 U215)。 U20 U29、 U210 U213的11引脚与第一片SN7407 (JP2) 的12引脚连接;U20 U29、 U210 U213的10引脚与第二片SN7407 (JP2)的2 引脚连接；U20 U29、 U210 U213的9引脚与第二片SN7407 (JP1)的4引脚 连接；U214、 U215的11引脚与第一片SN7407 (JP1)的6引脚连接；U214、 U215的10引脚与第一片SN7407 (JP1)的8引脚连接；隨、U215的9引脚与 第一片SN7407 (JP1)的10引脚连接；U214、 U215的6引脚分别与第一片SN7407
(JP1)的2、 4引脚连接；U214的3引脚与U215的3引脚连接，并与可编程放 大电路部分中的U220的3引脚连接，如附图6所示；CD4051的13、 14、 15、 12、 1、 5、 2、 4引脚分别为通道0 7， U20 U29、 U210 U213的13、 14、 15、 12、 1、 5、 2、 4引脚共112个，与112路充电电池的正极接线端相连；U20 U27 的3引脚分别与U214的13、 14、 15、 12、 1、 5、 2、 4引脚连接，U28、 U29、 U210 U213的3引脚分别与U215的13、 14、 15、 12、 1、 5引脚连接；U20 U29 ， U210 U213的6、 7、 8引脚接GND; U214、 U215的7、 8引脚接GND; 16片CD4051的16引脚接法相同，16引脚接一个0.1uF的电容，电容另一端接GND。
图5是本实用新型的可编程放大电路示意图。可编程放大电路由电压跟随 电路、差动放大器及数字电位器组成，充电电压经电压跟随电路A后接至差动 放大器的同相端；由选通电路选通的线路的电池分压经电压跟随电路B后接至 差动放大器的反相端；由差动放大器测量出选通电路选通的线路的线压降，并 放大。数字电位器作为差动放大器的增益电阻，二者组成程控放大电路。根据 被测电压的大小，在主控电路控制下，该程控放大电路可以自动改变增益。
图6是本实用新型的可编程放大电路图。本实用新型实施例中可编程放大 电路选用两片0P07 (U220与U221)组成电压跟随电路，两个输入信号(充电电 压和电池分压)分别与U220、 U221连接，两片0P07的输出端分别接差动放大 器AD620的同相输入端和反相输入端。AD620的增益电阻接可编程数字电位器 DS1868。
利用0P07组成电压跟随电路，能够起到隔离与缓冲的作用。本实施例中采 用两片0P07 (U220与U221)，其电路连接如附图6所示，引脚连接如下
(1) 0P07采用双电源供电，两片0P07的4、 7引脚为-15V与+15V电源 端。U220的4、 7引脚分别接-15V与+15V电源。且4、 7引脚分别接 luF的极性电容C233、 C234，其中4引脚接极性电容C233的负极， 电容C233的正极接GND; 7引脚接极性电容C234的正极，电容C234 的负极接GND。 U221的4、 7引脚分别接-15V与+15V电源。且4、 7 引脚分别接luF的极性电容C231、C232，其中4引脚接极性电容C231 的负极，电容C231的正极接GND; 7引脚接极性电容C232的正极， 电容C232的负极接GND;
(2) U220的1、 8引脚接一个三引脚的10K电位器Rg005的1、 3引脚， 该电位器的2引脚与U220的7引脚连接，用作调零电阻；U221的1、8引脚接一个三引脚的10K电位器Rg004的1、 3引脚，该电位器的 2引脚与U220的7引脚连接，用作调零电阻；
(3) 0P07的3引脚为信号的同相输入端。U221的3引脚与4、 7引脚之 间分别接一个开关二极管D1、 D2，起保护作用。其中开关二极管D1 的正极接U221的3引脚，负极接U221的7引脚；开关二极管D2的 正极接U221的4引脚，负极接U221的3引脚；U221的3引脚外接 luF极性电容，极性电容的正极接U221的3引脚，极性电容另一端 接GND; U221的3引脚与U214、 U215的3引脚连接。U220的开关二 极管、极性电容接法与U221的接法相同，唯一的区别在于U220的3 引脚与电池充电电源连接；
(4) U220的2引脚与6引脚连接。其中2引脚为反相输入端，6引脚为 输出端。U221的4、 6引脚接法与U220相同；
(5) U220与U221的5引脚不用连接。
AD620是一种差动放大器，常用作仪表放大器，其电路连接如附图6所示， 引脚连接如下
(1) 4、 7引脚为-15V与+15V电源端，分别接-15V与+15V电源。且4、 7引脚分别外接一个0. luF电容C219、 C218，电容C219、 C218的另 一端接GND;
(2) 5引脚为接地端，接GND;
(3) 6引脚为信号输出端，外接0. luF电容C230，电容C230另一端接 GND且6引脚与U219的4引脚连接；
(4) 2、3引脚为反相输入端与同相输入端，如附图4所示，2引脚与U220 的6引脚连接；3引脚与U221的6引脚连接；
(5) 1、 8引脚接增益电阻。U218(AD620)的1引脚与J2(DS1868)的10引脚连接；J2(DS1868)的11、 12引脚互连，并与U218 (AD620)的8 引脚连接。
DS1868是一种可编程数字电位器，在本实用新型实施例中用作差动放大器 的增益电阻，其内部含有两个独立的数字电位器数字电位器0与数字电位器1， 本实用新型实施例中仅用到了数字电位器O。其电路连接如附图6所示，引脚连
接如下
(1) l引脚为基偏移电压端，接GND;
(2) 2、 3、 4引脚分别为数字电位器1的高端、低端与滑动输出端，在本 实用新型实施例中没用到数字电位器1，所以这三个引脚不连；
(3) 5引脚为串行复位输入端，接单片机的端口P0.2;
(4) 6引脚为串行输入端，接单片机的端口P0.3;
(5) 7引脚为接地端，接GND;
(6) 8引脚为串行数据输入端，接单片机的端口P0.4;
(7) 9、 13引脚分别为串行数据输出端(用于电位器级联)与滑动端输出 端，本实用新型实施例中没有用到，所以不连；
(8) 10、 11、 12引脚分别为数字电位器O的低端、高端与滑动输出端。该 三个引脚的连接如DS1868引脚连接所述(5)，即U218(A翻)的1引 脚与J2(DS1868)的10引脚连接；J2(DS1868)的11、 12引脚互连，并 与U218(AD620)的8引脚连接；
(9) 14引脚为电源端，接+5V电源VCC。
图7是本实用新型的二次放大电路图。本实用新型实施例中用一片 PGA103组成二次放大电路。PGA103为美国BURR—BRO丽公司的可编程增益 放大器，可以通过软件编程的方式将放大器的增益设置为1、 10与100，其 电路连接如附图7所示，引脚连接如下(1) PGA103采用正负电源供电。6、 8引脚分别为-15V与+15V电源端， 分别接-15V与+15V电源。且6引脚外接一个luF极性电容C221， 极性电容C221的负极接PGA103的6引脚，极性电容C221的正极 接GND; 8引脚外接一个luF极性电容C220，极性电容C220的正 极接U219(PGA103)的8引脚，极性电容C220的负极接GND;
(2) 4引脚为信号输入端，如AD620引脚连接所述(3)，即U218(AD620) 的6引脚与U219(PGA103)的4引脚连接；
(3) 3引脚为接地端，接GND;
(4) 5引脚不连接；
(5) 7引脚为信号输出端，外接一个O. luF电容C222，电容C222另一 端接GND;
(6) 1、 2引脚分别为增益档位调节端，1引脚为增益调节档位的低位， 2引脚为增益调节档位的高位。其中1引脚接JP2(SN7407)的6引 脚，2引脚接JP2(SN7407)的8引脚；
(7) PGA103的信号输出端，即4引脚与采集电路的输入端连接，由于
由ICL7135组成的采集电路为本领域技术人员所公知的现有技术，
所以就不再做叙述。 图8是本实用新型的程序流程图。系统上电，完成对各部件的初始化以后，
由PC机或者键盘输入所要查询的线路，经过延迟程序后，启动采集模块测试数
据，经过放大倍数的自调整后计算出电流值并由液晶屏显示数据。编程语言可
采用汇编、C语言或其他高级语言。
本实用新型提供的上述充电架智能多路电流检测集中显示仪，其工作原理
为在对充电架多路电流检测中，由主控电路控制模拟开关CD4051选通所要检
测的电池线路，由电压跟随电路、差动放大器AD620与数字电位器DS1868组成的可编程放大电路测量出所选通线路上导线的线压降并放大，该信号再经过
PGA103组成的二次放大电路根据其大小进行二次放大。由ICL7135组成的数据 采集电路采集数据并传给主控电路，并由主控电路根据导线阻值和所测电压值 可计算出该路的电流值。由于每条线路采用的导线阻值相同，通过模拟开关的 切换，可测得多个电池的充电电流，将结果显示在液晶屏上。液晶屏采用5.7 寸，可以滚动显示多路电流。对已经充满或异常蓄电池状态可以立即显示，并 给出声光告警。而且可以通过MAX485通信接口，将检测结果上传给上位PC，可 以进一步对充电架进行高级管理。也可以直接使用4*4键盘指定所要查询的电 池编号，查询其充电状态。
以上所述的仅是本实用新型较佳实施例。应当指出对于本领域的普通技术 人员来说，在本实用新型所提供的技术方案启示下，还可以做出其它等同变型 和改进(例如采用实现同样功能的不同电路)，均应视为本实用新型的保护范 围。
权利要求1、一种充电架智能多路电流检测集中显示仪，其特征在于它包括选通电路、可编程放大电路、二次放大电路、数据采集电路、主控电路、显示电路和键盘接口电路，其中主控电路分别与选通电路、可编程放大电路、二次放大电路、数据采集电路、显示电路和键盘接口电路连接；可编程放大电路分别与选通电路、二次放大电路连接；二次放大电路与数据采集电路连接；选通电路、可编程放大电路与二次放大电路组成直接电流/电压转换电路；主控电路与可编程放大电路、二次放大电路组成自增益程控放大电路。
2、 根据权利要求l所述的充电架智能多路电流检测集中显示仪，其特征在 于所述主控电路还与串口通信接口电路连接。
3、 根据权利要求1或2所述的充电架智能多路电流检测集中显示仪，其 特征在于所述的选通电路采用模拟开关组成位选、片选二级选通电路。
4、 根据权利要求3所述的充电架智能多路电流检测集中显示仪，其特征在 于所述的选通电路由芯片SN7407实现电路驱动。
5、 根据权利要求1或2所述的充电架智能多路电流检测集中显示仪，其特 征在于所述的可编程放大电路由电压跟随电路、差动放大器及数字电位器组 成，充电电压经电压跟随电路(A)后接至差动放大器的同相端；由选通电路选 通的线路的电池分压经电压跟随电路(B)后接至差动放大器的反相端；由差动 放大器测量出选通电路选通的线路的线压降，并放大；数字电位器作为差动放 大器的增益电阻，二者组成程控放大电路。
专利摘要本实用新型提供了一种充电架智能多路电流检测集中显示仪，其特征在于它包括选通电路、可编程放大电路、二次放大电路、数据采集电路、主控电路、显示电路和键盘接口电路，其中主控电路分别与选通电路、可编程放大电路、二次放大电路、数据采集电路、显示电路和键盘接口电路连接；可编程放大电路分别与选通电路、二次放大电路连接；二次放大电路与数据采集电路连接；选通电路、可编程放大电路与二次放大电路组成直接电流/电压转换电路；主控电路与可编程放大电路、二次放大电路组成自增益程控放大电路。该显示仪根据电流的线压降，采用直接电流/电压转换方法，实现对充电架进行多路电流巡回检测并集中显示。
文档编号G01R19/145GK201355373SQ20092014383
公开日2009年12月2日 申请日期2009年2月22日 优先权日2009年2月22日
发明者宋海声, 张维昭, 摆玉龙, 飞 王, 许国威, 丹 赵, 杰 郑, 马永杰, 马胜前 申请人:西北师范大学