電源電壓檢測電路設(shè)計

PAGEPAGE13目錄TOC\o"1-3"\u引言 11多功能計時器簡介與電路設(shè)計目標(biāo) 11.1多功能計時器簡介 11.2電路設(shè)計目標(biāo) 22315M無線遙控系統(tǒng)概況 32.1無線發(fā)射組件特性 32.2無限接收組件特性 43電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計 63.1鋰電池放電特性分析 63.2運(yùn)放LM393用于穩(wěn)壓電路分析 63.3TL431精密可調(diào)并聯(lián)穩(wěn)壓器的特性分析 83.4電壓檢測電路的設(shè)計 93.5電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計 94實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 104.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果 104.2不足之處 10總結(jié) 11參考文獻(xiàn) 11英文摘要 11致謝 12附錄 13多功能計時器電源電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計電子系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、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，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多功能計時器簡介與電路設(shè)計目標(biāo)1.1多功能計時器簡介多功能計時器是一種用來精確計時的電子裝置，它的主要功能有時間顯示、倒計時、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)計的目標(biāo)是為實(shí)驗(yàn)室的多功能計時器提供電源電壓檢測，計時器屬于精密電子儀器，電源的穩(wěn)定與否關(guān)系到計時器的走時與顯示等，因此不能大意。另外由于美觀、減小體積等因素，將整個模塊與計時器模塊、無線遙控模塊整合到了一起，使得整個電路簡潔，方便。多功能計時器顯示面如圖1.1所示：圖圖1.1實(shí)驗(yàn)室多功能計時器顯示面計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/倒計時顯示方式。多功能計時器操作面如圖1.2所示：圖圖1.2實(shí)驗(yàn)室多功能計時器操作面計時器內(nèi)部主要是由時鐘電路、計時電路、控制電路和顯示電路等幾部分組成，其中時鐘電路為計時器提供基本的時鐘信號，而計時電路則完成相應(yīng)的計時功能，整個計時電路由分十位計數(shù)器、分個位計時器、秒十位計數(shù)器、秒個位計數(shù)器構(gòu)成?？刂齐娐酚蓮?fù)位電路、啟動電路組成，計時結(jié)果由數(shù)碼管進(jìn)行顯示。1.2電路設(shè)計目標(biāo)計時器電路板上有一個指示燈，計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時器供電，以此保護(hù)計時器不受損壞。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。2315M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：圖圖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→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)出對應(yīng)的信號。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)繎铱铡?262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。表2.2接收模塊引腳定義腳位名稱功能說明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：315Mhz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：圖圖2.3典型無線接收模塊電路圖如上圖，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)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。圖圖3.11300mah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。由他所構(gòu)成的電壓檢測原理圖如圖3.2所示：圖圖3.2電壓檢測電路原理圖運(yùn)放LM393用于穩(wěn)壓電路分析，他在其中起到穩(wěn)壓的作用。他的針腳如圖3。3所示：圖3.3LM393內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖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圖3.3LM393內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖根據(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)，LM393比較器反向輸入端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：圖圖3.4改進(jìn)后的電壓檢測電路圖3.3TL431精密可調(diào)并聯(lián)穩(wěn)壓器的特性分析TL431在本設(shè)計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：圖圖3.5TL431原理框圖當(dāng)運(yùn)放的同相端Reference電壓大于基準(zhǔn)電壓Vref時，輸出端有電流輸出，且通過一個NPN三極管起到一個放大的作用。3.4電壓檢測電路的設(shè)計圖3.6電壓檢測電路圖3.6電壓檢測電路其中LED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。計時器電池接入，整個電路起到一個穩(wěn)壓的作用。3.5電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計如圖3.7所示。圖3.7電壓檢測與遙控指示電路設(shè)計當(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4.1電源電壓檢測電路整個電源電壓保護(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)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。總結(jié)本設(shè)計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)計出一套專門給實(shí)驗(yàn)室多功能計時器電源供電的穩(wěn)壓保護(hù)電路。本設(shè)計電路簡單，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)鋰電池和整個計時器不受損壞。通過對本論文的設(shè)計與分析，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。在此由衷的感謝張老師。參考文獻(xiàn)[1]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.[2]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.[3]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.[4]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,2007:4-7.[5]林成濤.用改進(jìn)的安時計量法估計電動汽車動力電池[J].電池,2006:2-5.[6]黃海江.鋰離子電池安全性研究及影響因素分析[J].電池,2005.[7]李熠.新型電動汽車動力電池SOC估計方法研究[J].電力電子技術(shù),2009.[8]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.[9]文靈.用EPROM設(shè)計時間器[J].技術(shù)物理教學(xué),2010:46-47.[10]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.[11]郭艾華.用于電機(jī)驅(qū)動芯片的高壓電荷泵電路設(shè)計[J].電子器件,2014.MultifunctiontimervoltagedetectionandremoteindicationcircuitdesignDepartmentofElectronics1101NameLiuRongfeiTutorZhangZhikeAbstract：Withthedevelopmentofscienceandtechnology,lithiumbatteriesandotherrechargeablebatterytechnologymature,thistechnologyhasbeenwidelyused,relativetotheone-timerechargeablebatteries,rechargeablebatterieshaverepeatedlyrecycling,highefficiencyandenergysaving,environmentalprotection,etc.Butrechargeablebatteriesinthecycleofrepeatedchargeanddischargeprocess,canappeartheshortcomings,suchascelllossduetonottimelytellstaff,oftencausesomeunnecessaryloss.Usingthebatterydischargecapacitytoreducethevoltageastheprincipleofreducing,atthebottomofbatterytoworkproperly,sothecorrespondingoutputvoltagevalueofcriticalpoint,oralittlebitimprove,whenthebatteryvoltageislowerthanthisvalueafterusingcircuitthroughthebuzzeralarm,toremind