電源電壓檢測電路設(shè)計(jì)

1、目錄引言.1.1多功能計(jì)時器簡介與電路設(shè)計(jì)目標(biāo).1.1.1多功能計(jì)時器簡介.1.1.2電路設(shè)計(jì)目標(biāo).3.2 315M無線遙控系統(tǒng)概況.3.2.1無線發(fā)射組件特性.3.2.2無限接收組件特性.5.3電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計(jì).6.3.1鋰電池放電特性分析.6.3.2運(yùn)放LM393用于穩(wěn)壓電路分析.6.3.3 TL431精密可調(diào)并聯(lián)穩(wěn)壓器的特性分析.9.3.4電壓檢測電路的設(shè)計(jì).9.3.5電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計(jì).1.04實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析.1.0.4.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果.1.0.不足之處.11總結(jié).11參考文獻(xiàn).11英文摘要.錯.誤!未定義書簽。致謝.1.2.附錄.1.3.多功能計(jì)時器電源電壓檢測與遙控指

2、示電路設(shè)計(jì)電子系1101班姓 名指導(dǎo)老師摘要：隨著鋰電池可充電技術(shù)的成熟，該技術(shù)目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，相對于一次 性充電電池， 可充電電池具有循環(huán)利用、 高效節(jié)能、 環(huán)保等特點(diǎn)。 可充電電池在經(jīng)過放電后， 會出現(xiàn)電池電壓過低現(xiàn)象，如果不能及時的告訴工作人員，常常會造成一些不必要的損失。 利用電池放電電量降低電壓隨著降低的原理， 在電池電量降到正常工作的底線時， 以此對應(yīng) 的輸出電壓值為臨界點(diǎn)， 或者稍微提高一點(diǎn)， 當(dāng)電池電壓低于這個值后， 利用電路通過蜂鳴 器報警， 以此來提醒工作人員進(jìn)行充電或者更換電池。 此方式運(yùn)用于工作人員必須在場的情 形下，因此有一定的局限性。另一方面，在當(dāng)今無線遙控

3、、無線傳輸也日益普遍的情況下，讓電池低電量報警器與無線遙控相結(jié)合， 在一定的范圍內(nèi)， 工作人員可以收到報警， 從而及 時的更換電池或者進(jìn)行充電，給工作人員帶來了極大的方便。關(guān)鍵詞：多功能計(jì)時器；電池低電量報警；無線遙控引言隨著科技的不斷發(fā)展，電池容量設(shè)計(jì)的增大，對于電源電壓實(shí)時監(jiān)控的需求 愈發(fā)強(qiáng)烈，目前國內(nèi)很多廠家都相繼推出了各種電源監(jiān)控系統(tǒng)，如華為公司的電 池動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，以及ERICSSOM公司的電源監(jiān)控子系統(tǒng)等，都已經(jīng)具 備非常高的水平以及實(shí)用價值 。 鋰電池供電日益增加的狀況下，當(dāng)電量不足時， 必須及時告知工作人員，以便做出相應(yīng)的應(yīng)急處理；另一方面， 無線遙控功能也 日益普遍，

4、為了達(dá)到控制界面的簡約化， 如何將兩種功能狀態(tài)通過單一的指示燈 來表征，則需要進(jìn)行一番應(yīng)用研究。1多功能計(jì)時器簡介與電路設(shè)計(jì)目標(biāo)1.1多功能計(jì)時器簡介 多功能計(jì)時器是一種用來精確計(jì)時的電子裝置，它的主要功能有時間顯示、倒計(jì)時、定時報警等，通常是由一個主控芯片對電路進(jìn)行調(diào)控，如單片機(jī)等，采 用晶體振蕩器來提供一個時鐘信號，通過主控芯片的控制在多位數(shù)碼管上進(jìn)行時 間顯示，有的還具有遙控、語音等功能。由于現(xiàn)代科技的發(fā)展，各種芯片價格便 宜且性能穩(wěn)定，因此得到了廣泛的使用。本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為實(shí)驗(yàn)室的多功能計(jì)時器提供電源電壓檢測， 計(jì)時器屬于精密電子儀器，電源的穩(wěn)定與否關(guān)系到計(jì)時器的走時與顯示等，因此不

5、能大意。另外由于美觀、減小體積等因素，將整個模塊與計(jì)時器模塊、無線遙控模塊整合 到了一起，使得整個電路簡潔，方便。多功能計(jì)時器顯示面如圖1.1所示：圖 1.1 實(shí)驗(yàn)室多功能計(jì)時器顯示面計(jì)時器電源采用了一塊12伏鋰電池進(jìn)行供電，最低工作電壓為10.5V，將 此電壓值設(shè)為最低值，在此基礎(chǔ)上將電壓調(diào)高一點(diǎn)，將之設(shè)定為11.3V,為警戒 值。計(jì)時器外部由時間對位調(diào)整、儲存、復(fù)位、開始以及三種模式選擇鍵、電源 開關(guān)共11位構(gòu)成，前后均有4個LED數(shù)碼管進(jìn)行同步顯示。兩種工作模式分秒/時分模式、正/倒計(jì)時顯示方式。多功能計(jì)時器操作面如圖1.2所示：圖 1.2 實(shí)驗(yàn)室多功能計(jì)時器操作面計(jì)時器內(nèi)部主要是由時鐘

6、電路、 計(jì)時電路、控制電路和顯示電路等幾部分組 成,其中時鐘電路為計(jì)時器提供基本的時鐘信號，而計(jì)時電路則完成相應(yīng)的計(jì)時 功能，整個計(jì)時電路由分十位計(jì)數(shù)器、分個位計(jì)時器、秒十位計(jì)數(shù)器、秒個位計(jì)數(shù)器構(gòu)成?？刂齐娐酚蓮?fù)位電路、啟動電路組成，計(jì)時結(jié)果由數(shù)碼管進(jìn)行顯示。1.2電路設(shè)計(jì)目標(biāo)計(jì)時器電路板上有一個指示燈，計(jì)時器正常工作電壓為12V左右，在鋰電 池電壓高于11.3V的時候指示燈為綠燈，低于11.3V時指示燈變?yōu)榧t色表示電池 電量不足，需要更換電池。當(dāng)電壓小于10.5V后，電路斷開電池不再為計(jì)時器供 電，以此保護(hù)計(jì)時器不受損壞。315M無線遙控器遙控復(fù)位過程中信號指示燈為紅色， 隨后顯示綠燈表示計(jì)

7、 時器電源電量充足放心使用，當(dāng)電壓低于11.3V后，指示燈變?yōu)榧t色，提醒工作人員更換電池。整個電路簡潔明了，方便使用。2 315M無線遙控系統(tǒng)概況2.1無線發(fā)射組件特性無線遙控技術(shù)在日常生產(chǎn)生活中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，例如車輛防盜系統(tǒng)、 家庭防盜系統(tǒng)以及其他電器遙控裝置上。 多功能計(jì)時器上的遙控電路由無線發(fā)射 模塊和接收模塊組成。根據(jù)功能實(shí)現(xiàn)無線發(fā)射模塊可以分為1鍵、2鍵、4鍵三種發(fā)射器，其主要 原理都是一樣的，只是發(fā)射方波的寬度不同或者調(diào)制高頻載波的頻率不同，導(dǎo)致已調(diào)制波不同。1鍵無線發(fā)射器只有一種已調(diào)制波，2鍵的2種以此類推。以 下是不同的無線遙控器。不同型號的無線遙控器如下圖2.1所示：圖

8、 2.1 不同型號的無線遙控器發(fā)射模塊技術(shù)參數(shù)：發(fā)射距離：10-50米，受環(huán)境影響工作電壓：12V調(diào)制方式：ASK發(fā)射功率：10mW發(fā)射頻率：315Mhz外接天線：25cm普通多芯或單芯線引腳排列從左一右：（DATA；VCC;GND）針腳定義如表2.2所示：表 2.1 發(fā)射模塊引腳定義腳位名稱功能說明1ATAD數(shù)據(jù)輸入端2VCC電源正極3GND電源負(fù)極其典型應(yīng)用電路如圖2.2所示圖 2.2 典型無線發(fā)射模塊電路圖當(dāng)按下按鈕后，PT2262與之相連的針腳變成高電平，隨之進(jìn)入觸發(fā)狀態(tài)。F05V為一個超外差模塊。使用時接入+3V的高電平，17腳高電平接入為喚醒狀 態(tài)時可以發(fā)出3PT2262對應(yīng)的信號

9、。LED的功能是檢測F05V是否供電。F05V、J05V有休眠功能，低電平休眠，高電平喚醒。1-8腳為三態(tài)地址編碼。每一位地址都可以有懸空、接地和高電平三種狀態(tài)。不需要時可以把它們?nèi)?部懸空。2262和2272的地址編碼一致。2.2無限接收組件特性接收電路從工作方式分，可以分成超外差接收方式和超再生接收方式。超再 生式接收方式具有電路簡單、性能適中、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)所以在實(shí)際應(yīng)用中被廣 泛采用。超再生接收模塊采用LC振蕩電路，輸出的數(shù)據(jù)信號為TTL電平，可直接至 解碼器或者與單片機(jī)配合，靈活方便并且價格低廉，所以被廣泛使用。接收模 塊技術(shù)參數(shù)如下：工作電壓：5V靜態(tài)電流：4mA接收頻率：315M

10、hz接收靈敏度：105DB外接天線：32CM單芯線腳位及使用說明見下表2.3接收模塊一共有四個外部接口，上面有英文表示?！癡CC表示接電源正極,DATA表示輸出，“GND表示接電源負(fù)極。使用前要接上50歐姆1/4波長的天線，并且天線應(yīng)該是直的，以達(dá)到最佳 的接收效果，波長=光速/頻率，其典型應(yīng)用電路如圖2.3所示:圖 2.3 典型無線接收模塊電路圖腳位名稱功能說明1ANT接天線端2VCC電源正極3. 4DATA數(shù)據(jù)輸出5GND電源負(fù)極表 2.2 接收模塊引腳定義如上圖，當(dāng)超外差接收模塊J05V為工作狀態(tài)時。當(dāng)PT2262的10-13腳為高 電平或接地時，PT2272M4的10-13腳就會有對應(yīng)

11、的輸出，隨之與之相連的LED就會發(fā)光、熄滅。它們的作用都是來檢測對應(yīng)針腳的電平高低狀態(tài)， 并將之顯示 出來。3電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計(jì)3.1鋰電池放電特性分析下圖是3.7V鋰電池常溫下放電時電壓隨時間變化。圖 3.1 1300mah 鋰聚合物電池在常溫下放電的特性曲線圖3.1為1300mah容量鋰電池在常溫下不同倍率放電的特性曲線。橫坐標(biāo)表示時間，單位為分（min）;縱坐標(biāo)表示電壓（V），在0-4分的時間內(nèi)，電量全 部耗光，從上圖可以看到，當(dāng)鋰電池電壓在3.9V-3.3V放電過程中電壓較為平穩(wěn)。當(dāng)放電電壓低于3.3V后，電壓急劇降低。當(dāng)鋰電池電壓低于2.5V后，繼續(xù)放電 電池隨之損壞。普通干

12、電池放電過程中電壓是慢慢降低的，同普通干電池相比， 鋰電池在大電流放電情況下是非常容易產(chǎn)生損壞，所以當(dāng)電壓小于3V左右時必須停止放電。由于不可能觀察到電壓的實(shí)時情況，或者不可能為電池安裝一個實(shí)時儀表進(jìn)行監(jiān)控，所以電壓檢測電路非常有必要。3.2運(yùn)放LM393用于穩(wěn)壓電路分析電流互感器一般的作用是檢測和測量電器設(shè)備的運(yùn)行情況，在本電路中同樣如此，LM393的2、3腳也就是正反端分別接R2的兩端，8腳接入15V電壓，4腳接地。1腳通過一個74系列的比較器輸出一個控制脈沖。LM393是一個2電 壓比較器。它的實(shí)際應(yīng)用很廣泛，如構(gòu)成基本比較器電路、驅(qū)動CMOS電路、驅(qū)動TTL電路、低頻運(yùn)算放大器等。由他

13、所構(gòu)成的電壓檢測原理圖如圖3.2所示:圖 3.2 電壓檢測電路原理圖運(yùn)放LM393用于穩(wěn)壓電路分析,3所示：LM393的工作電壓范圍很 寬，一般為2-36V（單電源），它 的外部為8針腳，8腳VCC、4腳 接地。另外比較器的所有沒有用的 引腳必須接地。根據(jù)以上的理論，我們分析一個更加復(fù)雜的逆變器用的欠壓過壓保護(hù)電路，12V的電源正常波動為10.5V-15V，當(dāng)電壓大于15V時，D1處于導(dǎo)通狀態(tài),電壓大于正向輸入端電壓，比較器輸出高電平，逆變器關(guān)閉。當(dāng)電壓小于10.5V他在其中起到穩(wěn)壓的作用。他的針腳如圖3Output A E可Vcc（J*廠一3 Output eInputs A1.61GndE

14、訂Inputs BLM393比較器反向輸入端圖 3.3 LM393 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(Top View)時，比較器同樣輸出高電平，3525的PWN輸出關(guān)閉，由于LM393的0腳和3腳接入一個正反饋電阻R5,電路具有回差。當(dāng)電壓又恢復(fù)到12.2V，比較器會反轉(zhuǎn)，逆變器重新啟動，具體電路如圖3.3所示：圖 3.3 逆變器電壓檢測電路圖上述電路的不足之處在于進(jìn)入低壓保護(hù)狀態(tài)后的電源電壓恢復(fù)到12.2V后，電路重新開始啟動，逆變器工作不了多長時間隨之又進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)，然后電源電壓又恢復(fù)到12.2V.容易對逆變器造成損害。改進(jìn)措施：可以調(diào)整電阻R5的值來調(diào)整恢復(fù)啟動時的電池電壓值，把這個值設(shè)置大點(diǎn)，應(yīng)該可避

15、免打嗝式保 護(hù)。調(diào)小R5值，恢復(fù)啟動電壓變大。或者加入一個可控硅，讓電路進(jìn)入保護(hù)狀 態(tài)后能自鎖，以免出現(xiàn)上述狀況，如圖3.4所示：丄圖 3.4 改進(jìn)后的電壓檢測電路圖3.3 TL431精密可調(diào)并聯(lián)穩(wěn)壓器的特性分析TL431在本設(shè)計(jì)中的作用為精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，它也叫三端可編程基準(zhǔn)電壓 源。有些時候可以把它代替穩(wěn)壓二極管。它的作用在于輸出電壓用兩個電阻就可 實(shí)現(xiàn)2.5V-36V的電壓轉(zhuǎn)變。三個針腳分別為參考端、陽極和陰極，其原理框圖 如圖3.5所示：當(dāng)運(yùn)放的同相端Referenee電壓大于基準(zhǔn)電壓Vref時，輸出端有電流輸出, 且通過一個h.NPN三3令電壓檢測電路的圖 3.6 電壓檢測電路其中LE

16、D為一個雙色燈，LM393為比較器，QS為TL431精密穩(wěn)壓器，U5為非門SN7405。計(jì)時器電池接入，整個電路起到一個穩(wěn)壓的作用極管起到1一個放大的作用。 設(shè)昆ptL1WKTT圖 3.5TL431 原理框圖100X12V3.5電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計(jì)電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計(jì)如圖3.7所示。當(dāng)信號輸入后，有遙控信號產(chǎn)生時，LM393反相端電位低于同相端，輸出 高電平，經(jīng)非門U5A給LED的1腳一個低電平，此時紅燈點(diǎn)亮。LM393反相 端電位高于同相端電壓，輸出低電平，經(jīng)非門U5A后給LED的3腳一個低電平， 此時綠燈亮。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析4.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果電源電壓檢測模塊成品展示:圖 3.7 電

17、壓檢測與遙控指示電路設(shè)計(jì)整個電源電壓保護(hù)電路最終實(shí)現(xiàn)了10.5V欠壓停止電源輸出的功能。并且當(dāng)圖 4.1 電源電壓檢測電路電壓小于11.3V后，指示燈變紅相應(yīng)的信號提示。4.2不足之處整個遙控信號的有效距離只有9-10米， 使用信號倍增器后， 有效距離能夠 達(dá)到18-20米，信號容易受到環(huán)境的干擾，有效距離會降低?？偨Y(jié)本設(shè)計(jì)通過研究逆變器欠壓過壓保護(hù)電路，以及對精密可調(diào)并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431、運(yùn)放LM393的分析，結(jié)合315M無線遙控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出一套專門給實(shí)驗(yàn) 室多功能計(jì)時器電源供電的穩(wěn)壓保護(hù)電路。 本設(shè)計(jì)電路簡單， 能夠在電源電壓低 于一定值后有效地停止供電，從而保護(hù)鋰電池和整個計(jì)時器不受損壞

18、。通過對本論文的設(shè)計(jì)與分析，讓我對模擬電子技術(shù)這門課程的理解更加深 刻，同時也對EWB、Protel99SE等軟件的應(yīng)用更加熟練，盡管在試驗(yàn)設(shè)計(jì)和參 與成品制作中出現(xiàn)了各種困難和錯誤， 但是在張老師的指導(dǎo)更正和查找資料下得 以不斷的改正與完善，最終完成本論文及試驗(yàn)設(shè)計(jì)。在此由衷的感謝張老師。 參考文獻(xiàn)吳贊.串聯(lián)電池組電壓檢測電路的精度研究 J. 儀器儀表學(xué)報 ,2008:8-15.童詩白 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) M. 北京:高等教育出版社 , 2004:146-179.蔣新華電壓檢測電路對鋰離子電池組的影響J.電池,2005:4-26.蔣新華.串聯(lián)電池組電壓測量的新方法 J.儀器儀表學(xué)報，2007

19、:4-7. 林成濤.用改進(jìn)的安時計(jì)量法估計(jì)電動汽車動力電池J.電池,2006:2-5. 黃海江.鋰離子電池安全性研究及影響因素分析J.電池,2005.李熠.新型電動汽車動力電池 SOC 估計(jì)方法研究 J.電力電子技術(shù),2009.徐小杰.通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展淺析 J.電源世界,2006:13-15.文靈.用 EPROM 設(shè)計(jì)時間器J.技術(shù)物理教學(xué),2010:46-47.王慧泉 .無線遙控電路的原理與應(yīng)用 J .實(shí)驗(yàn)室科學(xué) ,2007:66-68.郭艾華.用于電機(jī)驅(qū)動芯片的高壓電荷泵電路設(shè)計(jì)J.電子器件,2014.Multifunction timer voltage detection an

20、dremote indication circuit designDepartment of Electronics 1101 Name LiuRongfeiTutor ZhangZhikeAbstract：With the development of science and technology, lithium batteries and otherrechargeable battery technology mature, this technology has been widely used, relative tothe one-time rechargeable batter

21、ies, rechargeable batteries have repeatedly recycling, highefficiency and energy saving, environmental protection, etc. But rechargeable batteries inthe cycle of repeated charge and discharge process, can appear the shortcomings, such ascell loss due to not timely tell staff, often cause some unnece

22、ssary loss. Using the batterydischarge capacity to reduce the voltage as the principle of reducing, at the bottom ofbattery to work properly, so the corresponding output voltage value of critical point, or alittle bit improve, when the battery voltage is lower than this value after using circuitthrough the buzzer alarm, to remind the worker to charge or change batteries. The wayused in staff must be present situat