專利名稱：超微功耗rc積分測量電源電壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源電壓的測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及直流供電的嵌入式系統(tǒng)中所需的電源電壓的測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及超微功耗RC積分測量電源電壓方法。
背景技術(shù)：
在便攜嵌入式系統(tǒng)中，為保證設(shè)備正常工作，防止系統(tǒng)加電、電源突然“掉電”以及電網(wǎng)瞬態(tài)欠壓時引起誤動作，需要設(shè)計可靠的電源電壓監(jiān)視電路以采集電源電壓狀態(tài)，確定工作模式及是否能夠執(zhí)行某些任務(wù)。采用電源電壓監(jiān)視專用集成電路器(如TI的TL7705CP等)能夠獲得電源是否高于某個閾值，但無法測量出電源的電壓，也就無法為電池能量管理提供更多信息。而通常電源電壓高于嵌入式系統(tǒng)處理器內(nèi)部或外部擴展模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作電壓，需采用分壓電路才能將電源電壓接入進(jìn)行測量，由于電阻分壓電路無法關(guān)閉，在設(shè)備不工作時也會消耗電池能量，造成能源浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要提供一種低成本超微功耗RC積分測量電源電壓方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的會造成能源浪費的問題。為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種超微功耗RC積分測量電源電壓方法，所采用的電路包括電阻R，電容C和MCU，電阻R —端分別接待測電源和MCU的供電端，另一端接電容C ；電容另一腳接地，電阻R和電容C的公共連接端接MCU的可編程輸入輸出引腳Px;
所采用的測量方法，是開始測量前的tl時刻將MCU可編程引腳置為輸出低電平，放電到RC公共端電壓為MCU輸出的低電平Vol，置MCU可編程引腳為輸入并開始計時，計當(dāng)前時間為t2 ;電源經(jīng)電阻R給電阻C充電，MCU不斷監(jiān)測引腳電壓，到高電平時的t3時刻停止計時；分析t2到t3的時間長短，即可獲得電源的電壓值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是
I、本發(fā)明的測量方法簡單易行
公知的RC充電電路多用于MCU的復(fù)位，在電源上電后延遲一段時間升高以利于MCU內(nèi)部復(fù)位；也有用于測量非MCU工作電源的其他路供電狀態(tài)的檢測，即供電的有無；其原理是通過MCU作為輸入的引腳判斷電平高低得知供電的狀態(tài)。而本發(fā)明將公知的電路的使用方法進(jìn)行了調(diào)整，使其可以對電源的電壓進(jìn)行測量。2、本發(fā)明的方法非常適用于電池或外部能源有限的便攜及野外低功耗電壓檢測情況，非常適用于長期低功耗的野外監(jiān)測系統(tǒng)使用，特別適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等電池供電的場合。


圖I超微功耗RC 積分測量電源電壓的電路原理圖2波形時序示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。參見圖1，一種超微功耗RC積分測量電源電壓方法所采用的電路，包括電阻R，電容C和MCU，電阻R —端分別接待測電源和MCU的供電端，另一端接電容C ;電容C另一腳接地，電阻R和電容C的公共連接端接MCU的可編程輸入輸出引腳Px。參見圖2，本發(fā)明采用RC電路充電到達(dá)某一閾值的時間與電壓高低相關(guān)的原理，利用嵌入式MCU引腳可以編程為輸入或輸出的特點，提供的方法如下
在開始測量前的tl時刻將MCU可編程引腳置為輸出低電平，放電到RC公共端電壓為MCU輸出的低電平Vol，置MCU可編程引腳為輸入并開始計時，計當(dāng)前時間為t2 ;電源經(jīng)電阻R給電阻C充電，MCU不斷監(jiān)測引腳電壓，到高電平時的t3時刻停止計時；分析t2到t3的時間長短，即可獲得電源的電壓值。具體分析如下
由RC充電原理可知假設(shè)起始時刻電容C兩端電壓V為Vol，則開始充電后電容兩端電壓V與電阻R、電容C、電源電壓Vcc、及時間t之間的關(guān)系如下
V(t) = (Vcc-Vol) * (I- exp (- t / (R*C))
到達(dá)反轉(zhuǎn)門限Vih的時間t=t3-t2為如下式t = R*C*Ln[(Vcc-Vol)/(Vcc-Vih)]
其中Vcc為待測電壓；Vol為初始時刻的電容兩端電壓；Vih為電平反轉(zhuǎn)電壓門限。則
有
Vcc = (Vih / (I- exp(_ t / (R*C) ) ) )+ Vol其中，t=t3_t2。簡便計算由于指數(shù)函數(shù)的庫較大、運算速度較慢，不適于在程序和內(nèi)存都非常有限的小規(guī)模MCU上使用，可以利用泰勒級數(shù)展開的思想對電壓計算公式進(jìn)行簡化計算。由泰勒級數(shù)展開可知
Vcc = (Vih / (I- exp(_ t / (R*C) ) ) )+ Vol令 x=l/(R*C)，則有
Vcc Vol+5氺Vih氺(1—2氺t*x + t* t*x*x _ t* t* t*x*x氺x/3 + t* t* t*
t氺X氺X氺X氺x/12)
已知對于某型號的MCU的Vol、Vih以及測量電路RC的數(shù)值，則通過上述電路配個簡單計算即可獲得電源電壓Vcc值；同時計算時采用4字節(jié)整型，電壓單位取作毫伏，可方便計
笪
ο影響測量精度的因素及消除上述測量關(guān)系未考慮MCU引腳在中間電平時的漏電流、電阻電容的標(biāo)稱值與實際值間的差異、高電平門限電壓Vih等的不一致，可以將Vih、Vol和積分時間RC作為配置參數(shù)即可。器件選擇RC的選擇應(yīng)考慮到積分時間、引腳功耗等。由于大部分CMOS工藝MCU引腳對于電壓上升時間有一定要求，并考慮到電容充放電過程的電荷損耗，建議電阻R取值范圍為500K歐 5M歐、電容C取值為IOOOp 3000p。
權(quán)利要求
1. 一種超微功耗Re積分測量電源電壓方法，其特征在于所采用的電路包括電阻R，電容C和MCU，電阻R —端分別接待測電源和MCU的供電端，另一端接電容C ；電容另一腳接地，電阻R和電容C的公共連接端接MCU的可編程輸入輸出引腳Px ；所采用的測量方法，是開始測量前的tl時刻將MCU可編程引腳置為輸出低電平，放電到RC公共端電壓為MCU輸出的低電平Vol，置MCU可編程引腳為輸入并開始計時，計當(dāng)前時間為t2 ;電源經(jīng)電阻R給電阻C充電，MCU不斷監(jiān)測引腳電壓，到高電平時的t3時刻停止計時；分析t2到t3的時間長短，即可獲得電源的電壓值。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源電壓的測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及直流供電的嵌入式系統(tǒng)中所需的電源電壓的測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及超微功耗RC積分測量電源電壓方法?，F(xiàn)有技術(shù)測量電源電壓的方法存在會造成能源浪費的問題。為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種超微功耗RC積分測量電源電壓方法，所述方法為開始測量前的t1時刻將MCU可編程引腳置為輸出低電平，放電到RC公共端電壓為MCU輸出的低電平Vol，置MCU可編程引腳為輸入并開始計時，計當(dāng)前時間為t2；電源經(jīng)電阻R給電阻C充電，MCU不斷監(jiān)測引腳電壓，到高電平時的t3時刻停止計時；分析t2到t3的時間長短，即可獲得電源的電壓值。本發(fā)明的測量方法簡單易行，特別適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等電池供電的場合。
文檔編號G01R19/30GK102621378SQ20121008919
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者任安虎, 呂志剛, 張海寧, 王鵬, 秦剛, 雷斌 申請人:西安工業(yè)大學(xué)