专利名称：蓄电池剩余容量测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电源维护设备，属于一种蓄电池剩余容量测试仪。
技术背景 蓄电池性能优劣及维护的好坏，直接决定着通信设备工作的稳定 性和安全性。尤其对于室外通信设备而言，工作环境恶劣，电池的充放电特性 及使用寿命与环境温度密切相关。目前，蓄电池失效的原因主要是由于蓄电池 长期地过放电或充电不足，长时间地过放电，甚至造成某单体蓄电池极性反转; 多次在未充分放电的情况下又继续充电而使蓄电池形成"存储效应"等。因此 蓄电池必须在受控的状态下运行，这样对蓄电池放电容量的及时准确监视和控 制就显的尤为重要。之前蓄电池剩余容量的检测方式主要有累计和开路电压检 测两种方式，其中累计方式耗时长、成本高，而开路检测方式是利用检测蓄电 池的端电压，来达到计算剩余容量的目的，结果存在误差。

发明内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够准确在 线计量蓄电池放电容量的蓄电池剩余容量测试仪。
为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是
一种蓄电池剩余容量测试仪，其特征是它由供电电源单元、数据采集及 模/数转换单元、中央控制计算单元、外部接口单元及远程数据传输单元组成， 其中供电电源单元负责该测试仪各单元供电，与各单元连接；数据采集及模/ 数转换单元负责数据采集和处理，并通过数据线与中央控制计算单元相连，传 递处理后的数据；中央控制计算单元与外部接口单元相连，通过外部接口单元 与远程数据传输单元相连，将容量计算数据传递至后台，所有单元都在中央控 制计算单元的控制下动作。
本实用新型提供的上述蓄电池剩余容量测试仪，与现有技术相比，其技术 优势在于
①剩余容量管理技术可准确把握供电时长，最大化节省运维力量；② 先进的远程在线测试技术可准确了解电池保有容量；
③ 精确的剩余容量测试与监控；
④ 前瞻性的电池剩余容量阀值与切离值受控技术有效延长供电时间；
⑤ 先进的远程监控系统，实现用户远程实时化掌握现场监控数据。 该蓄电池剩余容量测试仪使蓄电池的容量计量更科学、准确，为通信设备
的安全、可靠运行提供保障。

图1是蓄电池剩余容量测试仪电路方框示意图 图2是蓄电池剩余容量测试仪电路原理图 图3是蓄电池剩余容量测试仪线路连接示意图
具体实施方式如图1所示，本蓄电池剩余容量测试仪由供电电源单元、数 据采集及模/数转换单元、中央控制计算单元、外部接口单元及远程数据传输单 元组成，其中供电电源单元负责该测试仪各单元供电，与各单元连接；数据 采集及模/数转换单元负责数据采集和处理，并通过数据线与中央控制计算单元 相连，传递处理后的数据；中央控制计算单元与外部接口单元相连，通过外部 接口单元与远程数据传输单元相连，将容量计算数据传递至后台，所有单元都 在中央控制计算单元的控制下动作。
本蓄电池剩余容量测试仪的电路原理如图2所示，所述的中央控制计算单 元主要包括单片机CPU、时钟信号发生器、系统看门狗X5054、外部数据缓存器 静态RAM及地址锁存器74HC573。单片机CPU为本系统的核心处理和控制部分，
是计算剩余容量核心器件，完成对所有采集数据的计算处理以及对外围电路的 控制工作。如图2所示，单片机CPU的第39 32脚PO 口及第21 28脚P2 口 为16位地址、8位数据I/0口；第IO、 11脚为串行数据处理芯片MAX232收发 口，连接串行数据处理芯片MAX232，用于串行数据处理芯片的收发；第16、 17 脚为读写口；第9脚为复位端子，连接系统看门狗X5054的第7脚；第18、 19 脚连接由电容CJT1、电容CJT2及晶体振荡器JT1构成的外部时钟电路；第14脚连接模数转换芯片MAX186的时钟脚，用于时钟同步；第15脚连接模数转换
芯片MAX186的片选脚；第12、 13脚连接模数转换芯片MAX186的数字输入/输 出端；变阻器RES2、变阻器RES3分别为P3 口和P1 口的上拉电阻；单片机CPU 的第1脚连接时钟芯片DS12887的第13脚片选端；第2脚连接看门狗X5054的 第5脚数据输入端；第3脚连接看门狗X5054的第6脚时钟端；第4脚连接看 门狗X5054的第1脚片选端；第5脚连接看门狗X5054的第2脚数据输出端； 第6脚连接看门狗X5054的第3脚使能端；第7脚连接外部数据缓存器静态RAM 的第22脚片选端。经过模数转换芯片MAX186模/数转换后的信号通过单片机CPU 的第13脚INT1送入主控系统进行容量计算。时钟信号发生器为系统提供精确 时钟信号，是由时钟芯片DS12887以及时钟芯片DS12887第24脚连接的工作电 源Vcc的滤波电容C5、时钟芯片第18脚连接的电阻Rs及电容Es组成的上电复 位电路构成，时钟芯片DS12887的其中第4 11脚为地址/数据复用总线 AD0-AD7，第23脚为方波输出SQW，第1脚为M0T0/INTEL选择口 ，第12脚为工 作地，第14、 15脚为读写口，第13脚为片选脚。系统看门狗为整个系统稳定 工作提供了保障，是由看门狗X5054、电阻Rx2及电容Cx2组成复位电路构成， 看门狗X5054的第1脚为片选端，连接单片机CPU的P13 口；第2脚为信号输
出；第3脚为使能端；第4脚为地；第8脚为工作电源；第7脚为复位端；第6
脚为时钟；第5脚为信号输入，供单片机CPU访问。外部数据缓存器静态RAM、 地址锁存器74HC573为单片机CPU提供足够的数据缓冲区。大量的数据经过模 数转换器A/D转换后送入单片机CPU，由于单片机CPU自身内存有限，因此增加 外部数据缓存器静态RAM为单片机存储数据，外部数据缓存器静态RAM的第13 21脚即DO-D7端为数据总线端口， A8-A16端为地址总线端口。地址锁存器 74HC573为8位地址锁存器，变阻器RES4、变阻器RES3分别为单片机CPU的P0 口和P2 口的上拉电阻。
所述的数据采集及模/数转换单元主要包括蓄电池电压采样口 CDQ、蓄电池电流采样口冊l及模数转换器A/D。釆集到的电压信号通过电压采样口 CDQ传递 至电阻Rol、电阻Ro2组成的1%分压网络，将电压降低至原本额度的1%，电压 信号经过分压网络(小于5V)后传递至由电容Col、电容Eo2、电阻Ro3、电容Eo4、 电阻Ro4、电容Co2、电阻Ro5及电容Co3组成的三阶滤波电路，经过低通滤波 后传递至模数转换芯片MAX186的第1脚进行A/D模数转换。蓄电池电流采样 口HR1的第1、 2脚为蓄电池电流采样口HR1提供工作电源；第3脚为信号端； 第4脚为地，采集到的电流信号经过由电位器TW、电阻Rhl构成的分流网络转 换为电压信号(小于5V)，再经过由电容Chl、电阻Rh3、电阻Rh4、电阻Kh5、 电容Ehl、电容Eh2、电容Eh3、电容Eh4、电容Ch2及电容Ch3组成的低通滤 波器送至模数转换芯片MAX186的第2脚进行A/D模数转换。模数转换器A/D 完成系统的模拟信号到数字信号的转换工作，通过模数转换器A/D将数字化后 的电压、电流送给单片机CPU，另外，温度参数由温度传感器采集后直接传递至 单片机CPU，由单片机CPU进行剩余容量计算。模数转换器A/D采用模数转换 芯片MAX186，模数转换芯片MAX186第20脚连接工作电源VCC的滤波电容Ca， 由电阻Ral、电容Ca22、电阻Ra2及电位器Wa组成微调基准电路，由电容Call、 电容Eal组成基准滤波电路。模数转换芯片MAX186的CH0-CH7为8通道数据采 样引脚；第20脚为工作电源；第10脚为省电模式选择；第19脚为同歩时钟信 号，连接单片机CPU的T0 口 ；第18脚为片选脚，连接单片机CPU的T1 口；第 15脚为数据输出口 ，连接单片机CPU的INT1 口 ，用于将经过A/D转换的信号送
至单片机CPU;第13、 14脚为模拟/数字地；第12脚为微调基准脚；第ll脚为
基准信号测试脚。
所述的外部接口单元主要包括串行通信芯片MAX232、外部接口 RS232、串 行通信芯片所需的自举电路、串行通信芯片MAX232的滤波电容Cr、工作电源指 示灯电路、数据发送指示灯电路以及数据接收指示灯电路。其中串行通信芯 片所需的自举电路由电容Erl、电容Er2、电容Er3及电容Er4构成；工作电源指示灯电路由电阻R32及发光二极管L3构成；数据发送指示灯电路由电阻R21、 三极管T2、电阻R22及发光二极管L2构成；数据接收指示灯电路由电阻Rll、 三极管Tl、电阻R12及发光二极管Ll构成。串行通信芯片MAX232的第11、 12脚为单片机信号输入输出口；第13脚为外部接口RS232信号输出口。经过单 片机CPU系统计算处理过的数据由单片机CPU的第11脚发送至串行通信芯片 MAX232的第11脚，信号在串行通信芯片MAX232中经过晶体管逻辑电平TTL到 串行通讯接口 RS232电平的转换，经串行通信芯片MAX232的第14脚传递到远 程数据传输单元，再发送至后台，后台发送的数据经过串行通信芯片MAX232的 第13脚传入芯片中，经过串行通讯接口 RS232电平至晶体管逻辑电平TTL的转 换后，经过串行通信芯片MAX232的第12脚与单片机CPU的第10脚连接，传递 至单片机CPU。
所述的供电电源单元主要包括DC/DC模块ZXD、三端稳压器P3及直流48V 输入端口 IN48V。直流48V输入端口 IN48 V与DC/DC模块的第1、 2脚连接，电 容EP5、电容CP5并联连接在三端稳压器P3的集电极与发射极之间，电容EP3、 电容CP3并联连接在三端稳压器P3的基极与发射极之间，三端稳压器P3发射 极接地，其基极与DC/DC模块的第5脚连接，电容C2、电容E2并联连接，其一 节点与DC/DC模块的第8脚连接，其另一节点与DC/DC模块的第7脚连接，并 接地。48V直流电源通过DC/DC模块转换出+5V (VCC)、 -12V为整个系统提供工 作电源，电容C2和电容E2为5V电源的滤波器件，电容EP3和电容CP3为-12V 电源的滤波器件，-12V电源经过三端稳压器P3转换输出-5V电源，电容EP5和 电容CP5为-5V电源的滤波器件。
所述的远程数据传输单元采用现有技术中通用无线分组协议GPRS方式接入 公网远程传递至后台。
如图3所示，本实用新型提供的蓄电池剩余容量测试仪具体应用时，首先 将蓄电池剩余容量测试仪1上的电源输入端2外接电源，把霍尔传感器4的输出线6与蓄电池剩余容量测试仪1连接，霍尔传感器4的输入线5与蓄电池3 连接。当线路连接到位后，进行参数预设，预设参数包括标称容量、保有容量
等。所有的控制参数都可通过外部接口 RS232预设，内置的外部数据缓存器静 态静态RAM永久保存预设参数，预设数据不会因为断电而消失，只要不重新设 置，数据永远保持。其工作过程蓄电池剩余容量测试仪进行电压、电流、温 度等参数的采集，并由模数转换器A/D进行转换，再通过数据线将数字化数据 传递给单片机CPU;本测试仪采用8通道、12位的计算芯片完成对蓄电池的剩 余容量计算，采用单片机控制的模式，完成对各部分电路的集中控制，并负责 对数据的存储以及数据的发送；利用串行通信芯片和外部接口 RS232向外部传 输设备传递计算数据。通过提供蓄电池的剩余容量柱状图、电压变化曲线图、 电流变化曲线图、温度变化曲线图，以保证后台能够清晰直观的远程了解目前 蓄电池的剩余容量和工作状态。
本实用新型实施例中电路元器件的选择图2中的单片机CPU型号为 AT89S52;模数转换器是MAXIM公司的12位串行A/D模数转换器，其型号为 MAX186;时钟芯片型号为DS12887;看门狗型号为X5054;外部数据缓存器静态 RAM型号为IS61C1024; DC/DC模块型号为ZXDG3S4805;地址锁存器型号为 74HC573;串行通信芯片型号为MAX232。
权利要求1. 一种蓄电池剩余容量测试仪，其特征是它由供电电源单元、数据采集及模/数转换单元、中央控制计算单元、外部接口单元及远程数据传输单元组成，其中供电电源单元负责该测试仪各单元供电，与各单元连接；数据采集及模/数转换单元负责数据采集和处理，并通过数据线与中央控制计算单元相连，传递处理后的数据；中央控制计算单元与外部接口单元相连，通过外部接口单元与远程数据传输单元相连，将容量计算数据传递至后台，所有单元都在中央控制计算单元的控制下动作。
2. 根据权利要求1所述的蓄电池剩余容量测试仪，其特征是所述的中央 控制计算单元主要包括单片机(CPU)、时钟信号发生器、系统看门狗、外部数 据缓存器及地址锁存器；单片机(CPU)的P0 口及P2 口为16位地址、8位数据 I/O 口，其第十、十一脚为串行数据处理芯片的收发口，连接串行数据处理芯片， 用于串行数据处理芯片的收发，第十六、十七脚为读写口，第九脚为复位端子， 连接系统看门狗的第七脚，第十八、十九脚连接由电容(CJT1)、电容(CJT2) 及晶体振荡器(JT1)构成的外部时钟电路；第十四脚连接模数转换芯片的时钟 脚，用于时钟同步，第十五脚连接模数转换芯片的片选脚，第十二、十三脚连 接模数转换芯片的数字输入/输出端，变阻器(RES2)、变阻器(RES3)分别为 P3 口和P1 口的上拉电阻，单片机(CPU)的第一脚连接时钟芯片的片选端，第 二脚连接看门狗的数据输入端，第三脚连接看门狗的时钟端，第四脚连接看门 狗的片选端，第五脚连接看门狗的数据输出端，第六脚连接看门狗的使能端， 第七脚连接外部数据缓存器的片选端；经过模数转换芯片模/数转换后的信号通 过单片机(CPU)的第十三脚(INT1)送入主控系统进行容量计算；时钟信号发 生器是由时钟芯片及其第二十四脚连接的工作电源(Vcc)的滤波电容(C5)、时钟芯片第十八脚连接的电阻(Rs)及电容(Es)组成的上电复位电路构成； 时钟芯片的其中第四 十一脚为地址/数据复用总线(ADO-AD7)，第二十三脚为 方波输出(SQW)，第一脚为M0T0/INTEL选择口，第十二脚为工作地，第十四、 十五脚为读写口，第十三脚为片选脚；系统看门狗是由看门狗、电阻(Rx2)及 电容(Cx2)组成的复位电路构成；看门狗的第一脚为片选端，连接单片机(CPU) 的P13 口，第二脚为信号输出，第三脚为使能端，第四脚为地，第八脚为工作 电源，第七脚为复位端，第六脚为时钟，第五脚为信号输入，供单片机(CPU) 访问；外部数据缓存器为单片机存储数据，外部数据缓存器的第十三 二十一 脚即DO-D7端为数据总线端口， A8-A16端为地址总线端口；地址锁存器为8位 地址锁存器，变阻器(RES4)、变阻器(RES3)分别为单片机(CPU)的PO 口和 P2 口的上拉电阻。
3.根据权利要求1所述的蓄电池剩余容量测试仪，其特征是所述的数据 采集及模/数转换单元主要包括蓄电池电压采样口 (CDQ)、蓄电池电流釆样口 (服l)及模数转换器(A/D)，采集到的电压信号通过电压采样口 (CDQ)传递 至由电阻(Rol)、电阻(Ro2)组成的1%分压网络，将电压降低至原本额度的 1%，电压信号经过分压网络后传递至由电容(Col)、电容(Eo2)、电阻(Ro3)、 电容(Eo4)、电阻(Ro4)、电容(Co2)、电阻(Ro5)及电容(Co3)组成的三 阶滤波电路，经过低通滤波后传递至模数转换芯片的第一脚进行A/D模数转换; 蓄电池电流采样口 (冊l)的第一、二脚为蓄电池电流采样口 (HR1)提供工作 电源，第三脚为信号端，第四脚为地，采集到的电流信号经过由电位器(IW)、 电阻(Rhl)构成的分流网络转换为电压信号，再经过由电容(Chl)、电阻(Rh3)、 电阻(Rh4)、电阻(Rh5)、电容(Ehl)、电容(Eh2)、电容(Eh3)、电容(Eh4)、 电容(Ch2)及电容(Ch3)组成的低通滤波器送至模数转换芯片的第二脚进行A/D模数转换；模数转换器(A/D)完成系统的模拟信号到数字信号的转换工作， 通过模数转换器(A/D)将数字化后的电压、电流送给单片机(CPU)，温度参数 由温度传感器采集后直接传递至单片机(CPU)，由单片机(CPU)进行剩余容量 计算；模数转换器(A/D)采用模数转换芯片，模数转换芯片的第二十脚连接 工作电源(Vcc)的滤波电容(Ca)，由电阻(Ral)、电容(Ca22)、电阻(Ra2) 及电位器(Wa)组成微调基准电路，由电容(Call)、电容(Eal)组成基准滤 波电路；模数转换芯片的CH0-CH7为8通道数据采样引脚，第二十脚为工作电 源，第十脚为省电模式选择，第十九脚为同步时钟信号，连接单片机(CPU)的 TO 口，第十八脚为片选脚，连接单片机(CPU)的T1 口，第十五脚为数据输出 口，连接单片机(CPU)的INT1 口，用于将经过A/D转换的信号送至单片机(CPU)， 第十三、十四脚为模拟/数字地，第十二脚为微调基准脚，第十一脚为基准信号 测试脚。
4. 根据权利要求1所述的蓄电池剩余容量测试仪，其特征是所述的外 部接口单元主要包括串行通信芯片、外部接口、串行通信芯片所需的自举电路、 串行通信芯片的滤波电容(Cr)、工作电源指示灯电路、数据发送指示灯电路以 及数据接收指示灯电路，其中串行通信芯片所需的自举电路由电容(Erl)、 电容(Er2)、电容(Er3)及电容(Er4)构成；工作电源指示灯电路由电阻(R32) 及发光二极管(L3)构成；数据发送指示灯电路由电阻(R21)、三极管(T2)、 电阻(R22)及发光二极管(L2)构成；数据接收指示灯电路由电阻(Rll)、三 极管(Tl)、电阻(R12)及发光二极管(Ll)构成，串行通信芯片的第十一、 十二脚为单片机信号输入输出口 ；第十三脚为外部接口的信号输出口 。
5. 根据权利要求1所述的蓄电池剩余容量测试仪，其特征是所述的供 电电源单元主要包括DC/DC模块、三端稳压器(P3 )及直流48V输入端口 ( IN48V);48V直流电源通过DC/DC模块转换出+5V、 -12V为整个系统提供工作电源，电容 (C2)和电容(E2)为5V电源的滤波器件，电容(EP3)和电容(CP3)为-12V 电源的滤波器件，-12V电源经过三端稳压器(P3)转换输出-5V电源，电容(EP5) 和电容(CP5)为-5V电源的滤波器件。
6.根据权利要求1所述的蓄电池剩余容量测试仪，其特征是所述的远程 数据传输单元采用通用无线分组协议方式接入公网远程传递至后台。
专利摘要本实用新型公开了一种蓄电池剩余容量测试仪，它由供电电源单元、数据采集及模/数转换单元、中央控制计算单元、外部接口单元及远程数据传输单元组成，其中供电电源单元负责该测试仪各单元供电，与各单元连接；数据采集及模/数转换单元负责数据采集和处理，并通过数据线与中央控制计算单元相连，传递处理后的数据；中央控制计算单元与外部接口单元相连，通过外部接口单元与远程数据传输单元相连，将容量计算数据传递至后台，所有单元都在中央控制计算单元的控制下动作。本实用新型的剩余容量在线测试与远程监控技术可准确了解电池保有容量，使蓄电池的容量计量更科学、准确，为通信设备的安全、可靠运行提供保障。
文档编号G01R31/36GK201233435SQ20082002867
公开日2009年5月6日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者陈永强 申请人:兰州太格维尔电子有限公司