專利名稱：自控型酸性礦燈充電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種酸性礦燈充電裝置，尤其涉及自動控制型的酸性礦燈充電裝置，屬于H02J7／00類。
目前，在我國煤炭工業(yè)，下井采煤、采礦所用礦燈的充電裝置(或稱礦燈充電架)是根據國家能源部發(fā)布的技術標準所制定。現(xiàn)用酸性礦燈充電架技術數(shù)據額定輸入交流電壓380伏，頻率50赫；額定輸出直流電壓5伏，電流150安；整架輸出額定功率750瓦；一次充電礦燈數(shù)量102盞。充電架正常充電程序(1)將用過的已放電的礦燈，根據充電架上的號碼依次放到充電架上，把燈頭充電開關孔插到充電架的充電插頭上，電路接通，直到充電指示器有指示，表示出充電正常；(2)充電終期，電流表的擋數(shù)應小于0·1安培；(3)在充電過程中應每隔1小時，巡視調整一次電壓，防止電流電壓波動，影響直流充電電壓的數(shù)值恒定。
現(xiàn)用酸性礦燈充電架的弊端概括起來有以下缺點(1)為杜絕“過充電”現(xiàn)象必須操作者多人多次巡視。操作者要不停的來回巡視每一個充電架，判讀每一個礦燈的充電電流表，若電流小于或等于0·1安培時，再維持0·5－1小時即為完好，如果超過1小時可能燒毀電池，此即“過充電”現(xiàn)象；充電架三層，最低一層，需要巡視工人蹲下才能看清指針。
(2)假充電。由于導線連接不牢和采用插件可能造成接觸不良所形成的“假充電”現(xiàn)象時有發(fā)生。
(3)短路。蓄電池因是鉛酸電池，電極鉛易溶于酸，沉積后形成短路。
這些礦燈下井后，由于不久就沒電，職工只好停工，返回地面，不但影響工作，還會給人身事故留下隱患。
本實用新型的目的是針對上述的缺點，提供一種自控型酸性礦燈充電裝置，它既能杜絕“過充電”、“假充電”現(xiàn)象，還能進行短路保護。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種酸性礦燈充電裝置，包括雙面多層的薄板所制充電架、電流表、電壓表、顯示器與發(fā)光二極管及穩(wěn)壓電源和電路硬件裝置；被充電的礦燈電池，其正極與電流表電連接；其負極與場效應管的漏極D電連接，源極S串接采樣電阻并接地，柵極G接計算機TTL輸出電平；單片機為整體充電裝置控制核心，按照在充電架上每個礦燈編號，配以相應軟件，在電子計算機上逐一進行巡回檢測各充電礦燈電池。
源極采樣電阻值為0·05－0·5歐姆。
源極采樣電阻兩端信號電壓Vin，作為反應每個充電礦燈的充電狀況的模擬量，進入計算機輸入電路。
場效應管的柵極“上拉電阻”值為3·3－4·7千歐姆。
場效應管的柵極上拉電阻與柵極相連的B點控制電壓信號，是來自受單片機所控制的多路開關量的譯碼驅動電路。
場效應管的柵極上拉電阻與柵極相連，且輸入電平信號為正、對地大于4·6伏的B點，串聯(lián)晶體三極管、電阻及發(fā)光二極管后接地。
由于采用本方案，本實用新型通過電子計算機，對任何一盞礦燈充電時都可以隨時進行巡回檢測，對“過充電”，“假充電”和“短路”等現(xiàn)象進行報警，對每個礦燈的電池進行多功能監(jiān)測、并配有顯示器，可明確顯示出某個電池的號碼及什么故障，這就杜絕了“過充電”現(xiàn)象發(fā)生；對出現(xiàn)電池導線連接不牢，插件接觸不良所造成的電路忽通忽斷或電路根本不通等“假充電”現(xiàn)象將由計算機及時報警顯示器上顯示出出故障的電池號，發(fā)出警聲催促巡視員去處理；如果在礦燈充電時出現(xiàn)短路，電腦能自動查出故障種類，同時該燈充電電源自動斷開，起到短路自動保護作用。
以下結合附圖對本實用新型實施例進行詳細說明。
圖1是本實用新型自控型酸性礦燈充電裝置結構立體示意圖。
圖2是顯示器、充電指示燈陳列面板示意圖。
圖3是礦燈及其蓄電池立體外觀示意圖。
圖4是每個礦燈充電時電路聯(lián)接圖。
圖5是蓄電池充電電流與充電時間關系圖。
圖6是總體控制方框圖。
如圖1所示自控型礦燈充電裝置，其充電架1采用雙面多層薄板結構，其充電架1具有多個安放礦燈的礦燈盒單元13，每個盒單元裝有電流表3，安裝礦燈頭的插軸式鑰匙12，在充電架一側放置穩(wěn)壓整流電源9和電路綜合裝置2，電路綜合裝置2內裝有六塊電路板8，它們是三塊場效應Vmos管板、一塊CPU板包括輸入部分、一塊譯碼器板和一塊顯示器電路板；電路綜合裝置的面板為圖2所示顯示燈發(fā)光二極管和鍵盤的面板即顯示器充電指示燈陳列，根據充電架1安裝礦燈盒單元13的數(shù)量設置相同數(shù)量的發(fā)光二極管7，顯示器5電池狀態(tài)指示501、時鐘狀態(tài)指示502、右側有假充電顯示503、短路顯示504、電池老化顯示505，其上面設有電壓表4及電源指示燈401(見圖1)。鍵盤6設有電池、時鐘狀態(tài)切換601、“檢查”602、“故障查詢”603、“增一”604、“加＋”605、“開始”606、報警器607裝在此面板后面。
如圖3所示礦燈頭10及其蓄電池11，在充電時置于礦燈盒單元13鑰匙12內，旋轉180°接通充電電路負端和場效應管18對電池充電，旋鈕16用來手動開關礦燈。
圖4是礦燈充電時電路聯(lián)接圖。也是充電架上裝有102套的其中一路的充電電路圖。其中輸入控制信號Kn(K1……K102)21可作為計算機TTL輸出電平，它是圖6中102路開關量譯碼驅動的電路輸出。電阻20為上拉電阻其作用是提高TTL電平負載能力，其值選用3·3K－4·7K，大功率場效應(Vmos)管18其參數(shù)選用原則為導通電阻γDS，柵源閥電壓VGS(th)越小越好。允許導通電流ID越大越好，一般選用γDS＜0·5Ω、I≥10A、VGS(th)≤4·6伏，即能滿足要求。源極采用電阻19，通過測其電流的壓降Vi就可算出電池的充電電流。電阻19如果選得太小，測量信號易受干擾，太大了充電會過慢，能耗大，所以一般選用0.05－0.5Ω為宜。電源25接電流表3，電源Vcc26接上拉電阻20。三極管22和電阻23及發(fā)光二極管24是作充電指示燈用，要求并接上后，當Kn為正電平時B點對地電壓仍保證大于4.6伏，就能可靠的保證場效應(Vmos)管18充分飽和導通。
圖5表示蓄電池11的充電曲線，它反應了充電電流I與充電時間t的關系曲線，當充電電流的指示為0·1A(安培)時，繼續(xù)充電時間△t，不能太長，一般0·5－1小時，如果超過要燒毀蓄電池，此現(xiàn)象也叫過充電。
圖6是本實用新型總體控制方框圖。選用8031單片機30作為控制核心。這種單片機除了主機CPU外，還有128個數(shù)據存儲器；有二個8位的定時／計數(shù)器和27條I／O線。其P0與P2口作為分、時多路轉換的地址(低8位)和數(shù)據總線A20－A27。P1口作為102路選一個模擬量輸入電路35選擇控制信號Vi1、Vi2………Vi102。該信號經測量放大器34輸入0809A／D模數(shù)轉換33，P2口作高8位地址A8－A15。P3口作為專用功能包括RXD、TXD、WR、P3·5，其中TXD、WR驅動串行顯示器28，P3·5驅動報警電路29由于不具有內部程序存儲器，外接一片程序存儲器(EPROM)31控制程序固化在EPROM2764程序存貯器31中，外接一片數(shù)據存貯器(RAM)32。8255為I／O輸入／輸出接口37。通道PA用于鍵盤27輸入接口，通道PB、PC作為輸出，為102路開關量譯碼驅動電路36的輸入。
軟件部分主程序包括自檢，初始化，電流巡回檢測部分，以及鍵盤中斷處理部分。其中初始化時設置定時器“O”為實時時鐘，賦于最高級中斷，定時“1”為軟件“看門狗”(Watchdog)巡回檢測指針為P1、軟件流程表1為電流巡回檢測部分，其中短路檢測部分見軟件流程表2，表1中電流巡回檢測一遍需要3－4秒，因此需要速度更快的快速巡回來做短路保護以滿足實時性，該短路檢測能在20毫秒內對短路作出反應。
軟件流程表1的說明本流程表說明“電流巡回檢測”。
“電流巡回檢測”開始，通過短路檢測后，檢測是否需要顯示是(Y)
修改顯示，則調用顯示子程序。否(N)直接要啟動A／D256次采樣電流信號Vi，并作數(shù)字濾波得該路電池充電電流值Im，該值Im與上次電流值Im－1比較，其差值為△I；如果△Im為電流允許波動最大值△I＜Imax分兩種可能(1)否(N)說明是接觸不良，假充電報警。
(2)是(Y)看△I是否小于電流積分(步進)閥值△Ith即△I＜△Ith又兩種情況(A)如果否(N)即存入Im和此時的時間tm計算△AH(△AH＝△I·△t)并積分∫tmtm－1I(大)dt 得到充入多少安培小時。
(B)如果是(Y)看Im＞0·1A(安培)，仍有兩種可能(Ⅰ)是(Y)修改P1值(巡回檢測指針)，檢測下一單元。
(Ⅱ)否(N)先看充電結束標志是否為“1”。又分兩種(a)否(N)存入此時時間寫充電標志為“1”；(b)是(Y)要計算△t(0·1A后的充電時間)△t＞0·5H(小時)分兩種①否(N)繼續(xù)充電。
②是(Y)要關閉場效應管，斷開充電回路，使礦燈不致于過充電。
軟件流程表2的說明本流程表2說明“短路檢測”。
保護電流巡回檢測指針P1，并設置快速巡回檢測指針R1為短路巡回檢測指針，啟動A／D測R1指的電池電流I(僅測一次)觀查I＜3A(安培)，(3A定為短路電流)將分兩種(1)否(N)連續(xù)多次檢測該路電池，求平均值I平均，以排除干攏影響；I平均還大于3A，分兩種情況(A)是(Y)短路處理，包括立即關閉該路場效應管，斷開充電回路并短路報警。
(B)否(N)該路電池充電正常，是干擾。
(2)是(Y)修改指針R1，指向下1單元，一直檢至最后一個礦燈電池即R1＝102，恢復電流巡回檢測指針P1，并返回。
權利要求1.一種酸性礦燈充電裝置，包括雙面多層的薄板所制充電架(1)、電流表(3)、電壓表(4)顯示器與發(fā)光二極管面盤及整流穩(wěn)壓電源(9)和電路硬件裝置(8)，其特征是被充電的礦燈電池(11)，其正極與電流表(3)電連接；其負極與場效應管(18)的漏極D電連接，源極S串接電阻(19)接地，柵極G接計算機TTL輸出電平；單片機(30)為整體充電裝置控制核心，按照在充電架上每個礦燈編號，配以相應軟件，在電子計算機上逐一進行巡回檢測各充電礦燈電池(11)。
2.根據權利要求1所述酸性礦燈充電裝置，其特征是所述源極采樣電阻(19)，其電阻值為0·05－0·5Ω。
3.根據權利要求1或2所述酸性礦燈充電裝置，其特征是所述源極采樣電阻(19)兩端信號電壓Vin，作為反應礦燈電池充電狀況的模擬量，進入計算輸入電路(35)。
4.根據權利要求1所述酸性礦燈充電裝置，其特征是所述場效應管(18)的柵極上拉電阻(20)，其阻值為3·3－4·7K。
5.根據權利要求1或4所述酸性礦燈充電裝置，其特征是所述場效應管(18)的柵極上拉電阻(20)與柵極相連的B點控制電壓信號，是來自受單片機(30)所控制的多路開關量的譯碼驅動電路(36)。
6.根據權利要求1或4所述酸性礦燈充電裝置，其特征是所述場效應管(18)的柵極上拉電阻(20)與柵極相連且輸入電平信號為正，對地大于4·6伏的B點，串聯(lián)晶體三極管(22)、電阻(23)及發(fā)光二極管(24)后接地。
專利摘要一種自控型酸性礦燈充電裝置，包括雙面多層的薄板所制充電架及電流、穩(wěn)壓電源和硬件電路組成，被充電的礦燈電池其正極與電流表電連接，其負極與場效應管的漏極電連接，源極串接電阻接地，柵極接計算機TTL輸出電平；單片機為整體充電裝置控制核心，依在充電架上的每個礦燈編號，配以相應軟件，在電子計算機上逐一進行巡回檢測，并能發(fā)現(xiàn)和快速處理礦燈“過充電”“假充電”和“短路”現(xiàn)象，減輕充電工人的勞動強度。
文檔編號H01M10/44GK2170583SQ9324504
公開日1994年6月29日 申請日期1993年11月29日 優(yōu)先權日1993年11月29日
發(fā)明者夏云 申請人:夏云