电源电压检测电路设计

目录
引言 (1)
1多功能计时器简介与电路设计目标 (1)
1.1多功能计时器简介 (1)
1.2电路设计目标 (3)
2 315M无线遥控系统概况 (3)
2.1无线发射组件特性 (3)
2.2无限接收组件特性 (5)
3 电压检测与遥控指示电路设计 (6)
3.1 锂电池放电特性分析 (6)
3.2 运放LM393用于稳压电路分析 (6)
3.3 TL431精密可调并联稳压器的特性分析 (9)
3.4 电压检测电路的设计 (9)
3.5 电压检测与遥控指示电路设计 (10)
4 实验结果及分析 (10)
4.1实验结果 (10)
4.2不足之处 (11)
总结 (11)
参考文献 (11)
英文摘要......................................................................................... 错误!未定义书签。

致谢 (12)
附录 (13)
多功能计时器电源电压检测与遥控指示电路设计
电子系1101班姓名
指导老师摘要：随着锂电池可充电技术的成熟，该技术目前已经得到广泛的应用，相对于一次性充电电池，可充电电池具有循环利用、高效节能、环保等特点。

可充电电池在经过放电后，会出现电池电压过低现象，如果不能及时的告诉工作人员，常常会造成一些不必要的损失。

利用电池放电电量降低电压随着降低的原理，在电池电量降到正常工作的底线时，以此对应的输出电压值为临界点，或者稍微提高一点，当电池电压低于这个值后，利用电路通过蜂鸣器报警，以此来提醒工作人员进行充电或者更换电池。

此方式运用于工作人员必须在场的情形下，因此有一定的局限性。

另一方面，在当今无线遥控、无线传输也日益普遍的情况下，让电池低电量报警器与无线遥控相结合，在一定的范围内，工作人员可以收到报警，从而及时的更换电池或者进行充电，给工作人员带来了极大的方便。

关键词：多功能计时器；电池低电量报警；无线遥控
引言
随着科技的不断发展，电池容量设计的增大，对于电源电压实时监控的需求愈发强烈，目前国内很多厂家都相继推出了各种电源监控系统，如华为公司的电池动力及环境监控系统，以及ERICSSOM公司的电源监控子系统等，都已经具备非常高的水平以及实用价值。

锂电池供电日益增加的状况下，当电量不足时，必须及时告知工作人员，以便做出相应的应急处理；另一方面，无线遥控功能也日益普遍，为了达到控制界面的简约化，如何将两种功能状态通过单一的指示灯来表征，则需要进行一番应用研究。

1多功能计时器简介与电路设计目标
1.1多功能计时器简介
多功能计时器是一种用来精确计时的电子装置，它的主要功能有时间显示、倒计时、定时报警等，通常是由一个主控芯片对电路进行调控，如单片机等，采用晶体振荡器来提供一个时钟信号，通过主控芯片的控制在多位数码管上进行时间显示，有的还具有遥控、语音等功能。

由于现代科技的发展，各种芯片价格便宜且性能稳定，因此得到了广泛的使用。

本次设计的目标是为实验室的多功能计时器提供电源电压检测，计时器属于
精密电子仪器，电源的稳定与否关系到计时器的走时与显示等，因此不能大意。

另外由于美观、减小体积等因素，将整个模块与计时器模块、无线遥控模块整合到了一起，使得整个电路简洁，方便。

多功能计时器显示面如图1.1所示：
图1.1实验室多功能计时器显示面
计时器电源采用了一块12伏锂电池进行供电，最低工作电压为10.5V，将此电压值设为最低值，在此基础上将电压调高一点，将之设定为11.3V，为警戒值。

计时器外部由时间对位调整、储存、复位、开始以及三种模式选择键、电源开关共11位构成，前后均有4个LED数码管进行同步显示。

两种工作模式分秒/时分模式、正/倒计时显示方式。

多功能计时器操作面如图1.2所示：
图1.2 实验室多功能计时器操作面
计时器内部主要是由时钟电路、计时电路、控制电路和显示电路等几部分组成，其中时钟电路为计时器提供基本的时钟信号，而计时电路则完成相应的计时功能，整个计时电路由分十位计数器、分个位计时器、秒十位计数器、秒个位计
数器构成。

控制电路由复位电路、启动电路组成，计时结果由数码管进行显示。

1.2电路设计目标
计时器电路板上有一个指示灯，计时器正常工作电压为12V左右，在锂电池电压高于11.3V的时候指示灯为绿灯，低于11.3V时指示灯变为红色表示电池电量不足，需要更换电池。

当电压小于10.5V后，电路断开电池不再为计时器供电，以此保护计时器不受损坏。

315M无线遥控器遥控复位过程中信号指示灯为红色，随后显示绿灯表示计时器电源电量充足放心使用，当电压低于11.3V后，指示灯变为红色，提醒工作人员更换电池。

整个电路简洁明了，方便使用。

2 315M无线遥控系统概况
2.1无线发射组件特性
无线遥控技术在日常生产生活中已经得到了广泛应用,例如车辆防盗系统、家庭防盗系统以及其他电器遥控装置上。

多功能计时器上的遥控电路由无线发射模块和接收模块组成。

根据功能实现无线发射模块可以分为1键、2键、4键三种发射器，其主要原理都是一样的，只是发射方波的宽度不同或者调制高频载波的频率不同，导致已调制波不同。

1键无线发射器只有一种已调制波，2键的2种......以此类推。

以下是不同的无线遥控器。

不同型号的无线遥控器如下图2.1所示：
图2.1不同型号的无线遥控器
发射模块技术参数：
发射距离：10-50米，受环境影响
工作电压：12V
调制方式：ASK
发射功率：10mW
发射频率：315Mhz
外接天线：25cm普通多芯或单芯线
引脚排列从左→右：（DATA；VCC；GND）
针脚定义如表2.2所示:
表2.1 发射模块引脚定义
脚位名称功能说明
1 ATAD 数据输入端
2 VCC 电源正极
3 GND 电源负极
其典型应用电路如图2.2所示。

图2.2 典型无线发射模块电路图
当按下按钮后，PT2262与之相连的针脚变成高电平，随之进入触发状态。

F05V为一个超外差模块。

使用时接入+3V的高电平，17脚高电平接入为唤醒状态时可以发出对应的信号。

LED的功能是检测F05V是否供电。

F05V、J05V有休眠功能，低电平休眠，高电平唤醒。

1-8脚为三态地址编码。

每一位地址都可以有悬空、接地和高电平三种状态。

不需要时可以把它们全部悬空。

2262和2272的地址编码一致。

2.2无限接收组件特性
接收电路从工作方式分,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电路简单、性能适中、成本低廉的优点所以在实际应用中被广泛采用。

超再生接收模块采用LC 振荡电路，输出的数据信号为TTL 电平，可直接至解码器或者与单片机配合，灵活方便并且价格低廉，所以被广泛使用。

接收模块技术参数如下：
工作电压：5V 静态电流：4mA 接收频率：315Mhz 接收灵敏度：－105DB 外接天线：32CM 单芯线 脚位及使用说明见下表2.3。

接收模块一共有四个外部接口，上面有英文表示。

“VCC”表示接电源正极，“ DATA”表示输出，“GND”表示接电源负极。

使用前要接上50欧姆1/4波长的天线，并且天线应该是直的，以达到最佳的接收效果，波长=光速/频率，其典型应用电路如图2.3所示：
表2.2 接收模块引脚定义
脚位 名称 功能说明 1 ANT 接天线端 2 VCC 电源正极 3. 4 DA TA 数据输出 5
GND
电源负极
图2.3 典型无线接收模块电路图
如上图，当超外差接收模块J05V为工作状态时。

当PT2262的10-13脚为高电平或接地时，PT2272M4的10-13脚就会有对应的输出，随之与之相连的LED 就会发光、熄灭。

它们的作用都是来检测对应针脚的电平高低状态，并将之显示出来。

3 电压检测与遥控指示电路设计
3.1 锂电池放电特性分析
下图是3.7V锂电池常温下放电时电压随时间变化。

图3.1 1300mah锂聚合物电池在常温下放电的特性曲线
图3.1为1300mah容量锂电池在常温下不同倍率放电的特性曲线。

横坐标表示时间，单位为分（min）；纵坐标表示电压（V)，在0-4分的时间内，电量全部耗光，从上图可以看到，当锂电池电压在3.9V-3.3V放电过程中电压较为平稳。

当放电电压低于3.3V后，电压急剧降低。

当锂电池电压低于2.5V后，继续放电电池随之损坏。

普通干电池放电过程中电压是慢慢降低的，同普通干电池相比，锂电池在大电流放电情况下是非常容易产生损坏，所以当电压小于3V左右时必须停止放电。

由于不可能观察到电压的实时情况，或者不可能为电池安装一个实时仪表进行监控，所以电压检测电路非常有必要。

3.2 运放LM393用于稳压电路分析
电流互感器一般的作用是检测和测量电器设备的运行情况，在本电路中同样如此，LM393的2、3脚也就是正反端分别接R2的两端，8脚接入15V电压，4
脚接地。

1脚通过一个74系列的比较器输出一个控制脉冲。

LM393是一个2电压比较器。

它的实际应用很广泛，如构成基本比较器电路、驱动CMOS 电路、驱动TTL 电路、低频运算放大器等。

由他所构成的电压检测原理图如图3.2所示：
运放LM393用于稳压电路分析，他在其中起到稳压的作用。

他的针脚如图3。

3所示：
LM393的工作电压范围很宽，一般为2-36V （单电源），它的外部为8针脚，8脚VCC 、4脚接地。

另外比较器的所有没有用的引脚必须接地。

根据以上的理论，我们分析一个更加复杂的逆变器用的欠压过压保护电路，12V 的电源正常波动为
10.5V-15V ，当电压大于15V 时，D1处于导通状态，LM393比较器反向输入端电压大于正向输入端电压，比较器输出高电平，逆变器关闭。

当电压小于10.5V 时，比较器同样输出高电平，3525的PWN 输出关闭，由于LM393的0脚和3
图3.3 LM393内部结构图
图3.2 电压检测电路原理图
脚接入一个正反馈电阻R5，电路具有回差。

当电压又恢复到12.2V，比较器会反转，逆变器重新启动，具体电路如图3.3所示：
图3.3 逆变器电压检测电路图
上述电路的不足之处在于进入低压保护状态后的电源电压恢复到12.2V后，电路重新开始启动，逆变器工作不了多长时间随之又进入欠压保护状态，然后电源电压又恢复到12.2V...容易对逆变器造成损害。

改进措施：可以调整电阻R5的值来调整恢复启动时的电池电压值，把这个值设置大点，应该可避免打嗝式保护。

调小R5值，恢复启动电压变大。

或者加入一个可控硅，让电路进入保护状态后能自锁，以免出现上述状况，如图3.4所示：
图3.4 改进后的电压检测电路图
3.3 TL431精密可调并联稳压器的特性分析
TL431在本设计中的作用为精密并联稳压器，它也叫三端可编程基准电压源。

有些时候可以把它代替稳压二极管。

它的作用在于输出电压用两个电阻就可实现2.5V-36V的电压转变。

三个针脚分别为参考端、阳极和阴极，其原理框图如图3.5所示：
图3.5 TL431原理框图
当运放的同相端Reference电压大于基准电压Vref时，输出端有电流输出，且通过一个NPN三极管起到一个放大的作用。

3.4 电压检测电路的设计
图3.6 电压检测电路
其中LED为一个双色灯，LM393为比较器，QS为TL431精密稳压器，U5为非门SN7405。

计时器电池接入，整个电路起到一个稳压的作用。

3.5 电压检测与遥控指示电路设计
电压检测与遥控指示电路设计如图3.7所示。

图3.7 电压检测与遥控指示电路设计
当信号输入后，有遥控信号产生时，LM393反相端电位低于同相端，输出高电平，经非门U5A给LED的1脚一个低电平，此时红灯点亮。

LM393反相端电位高于同相端电压，输出低电平，经非门U5A后给LED的3脚一个低电平，此时绿灯亮。

4 实验结果及分析
4.1实验结果
电源电压检测模块成品展示：
图4.1电源电压检测电路
整个电源电压保护电路最终实现了10.5V欠压停止电源输出的功能。

并且当
电压小于11.3V后，指示灯变红相应的信号提示。

4.2不足之处
整个遥控信号的有效距离只有9-10米，使用信号倍增器后，有效距离能够达到18-20米，信号容易受到环境的干扰，有效距离会降低。

总结
本设计通过研究逆变器欠压过压保护电路，以及对精密可调并联稳压器TL431、运放LM393的分析，结合315M无线遥控系统，设计出一套专门给实验室多功能计时器电源供电的稳压保护电路。

本设计电路简单，能够在电源电压低于一定值后有效地停止供电，从而保护锂电池和整个计时器不受损坏。

通过对本论文的设计与分析，让我对模拟电子技术这门课程的理解更加深刻，同时也对EWB、Protel99SE等软件的应用更加熟练，尽管在试验设计和参与成品制作中出现了各种困难和错误，但是在张老师的指导更正和查找资料下得以不断的改正与完善，最终完成本论文及试验设计。

在此由衷的感谢张老师。

参考文献
[1] 吴赞.串联电池组电压检测电路的精度研究[J].仪器仪表学报,2008:8-15.
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[3] 蒋新华.电压检测电路对锂离子电池组的影响[J].电池,2005:4-26.
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[5] 林成涛.用改进的安时计量法估计电动汽车动力电池[J].电池,2006:2-5.
[6] 黄海江.锂离子电池安全性研究及影响因素分析[J].电池,2005.
[7] 李熠.新型电动汽车动力电池SOC估计方法研究[J].电力电子技术,2009.
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[11] 郭艾华.用于电机驱动芯片的高压电荷泵电路设计[J].电子器件,2014.
Multifunction timer voltage detection and
remote indication circuit design
Department of Electronics 1101 Name LiuRongfei
Tutor ZhangZhike Abstract：With the development of science and technology, lithium batteries and other rechargeable battery technology mature, this technology has been widely used, relative to the one-time rechargeable batteries, rechargeable batteries have repeatedly recycling, high efficiency and energy saving, environmental protection, etc. But rechargeable batteries in the cycle of repeated charge and discharge process, can appear the shortcomings, such as cell loss due to not timely tell staff, often cause some unnecessary loss. Using the battery discharge capacity to reduce the voltage as the principle of reducing, at the bottom of battery to work properly, so the corresponding output voltage value of critical point, or a little bit improve, when the battery voltage is lower than this value after using circuit through the buzzer alarm, to remind the worker to charge or change batteries. The way used in staff must be present situation to carry on the prompt, thus there are some limitations. In today's wireless remote control, wireless transmission, on the other hand, are also increasingly common situation, let the battery low battery alarm system combined with wireless remote control, in a certain range, the staff can receive alarm, so as to timely replacement battery or charge, to the staff has brought great convenience. Keywords: Multifunction timer; low battery power alarm; wireless remote control;
致谢
在这次的毕业论文中，发挥了我在学校所学到的文化知识和软件技能的应用，本论文在写作过程中，感谢张老师对我的指导，张老师渊博的专业知识教会了我很多。

从论文的开题到最终的完成，张老师给予我耐心的指导和支持。

在张老师身上我看到了认真的教学态度和严谨的科研精神，让我在以后的学习生活中更加的细致、认真。

最后感谢学校给我们提供这次宝贵的机会以及老师同学的诸多帮助，让我在学习中成长，锻炼，不断进步。

以后的学习工作中，我一定会勤奋好学，更上一层楼！
附录
Protel99SE总体设计电路图如下：。