[发明专利]超微功耗RC积分测量电源电压方法

说明书

技术领域

本发明涉及电源电压的测量技术领域，特别是涉及直流供电的嵌入式系统中所需的电源电压的测量技术领域，具体涉及超微功耗RC积分测量电源电压方法。

背景技术

在便携嵌入式系统中，为保证设备正常工作，防止系统加电、电源突然“掉电”以及电网瞬态欠压时引起误动作，需要设计可靠的电源电压监视电路以采集电源电压状态，确定工作模式及是否能够执行某些任务。采用电源电压监视专用集成电路器（如TI的TL7705CP等）能够获得电源是否高于某个阈值，但无法测量出电源的电压，也就无法为电池能量管理提供更多信息。而通常电源电压高于嵌入式系统处理器内部或外部扩展模数转换器的工作电压，需采用分压电路才能将电源电压接入进行测量，由于电阻分压电路无法关闭，在设备不工作时也会消耗电池能量，造成能源浪费。

发明内容

本发明要提供一种低成本超微功耗RC积分测量电源电压方法，以克服现有技术存在的会造成能源浪费的问题。

为克服现有技术存在的问题，本发明提供一种超微功耗RC积分测量电源电压方法，所采用的电路包括电阻R，电容C和MCU，电阻R一端分别接待测电源和MCU的供电端，另一端接电容C；电容另一脚接地，电阻R和电容C的公共连接端接MCU的可编程输入输出引脚Px；

所采用的测量方法，是开始测量前的t1时刻将MCU可编程引脚置为输出低电平，放电到RC公共端电压为MCU输出的低电平Vol，置MCU可编程引脚为输入并开始计时，计当前时间为t2；电源经电阻R给电阻C充电，MCU不断监测引脚电压，到高电平时的t3时刻停止计时；分析t2到t3的时间长短，即可获得电源的电压值。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明的测量方法简单易行：

公知的RC充电电路多用于MCU的复位，在电源上电后延迟一段时间升高以利于MCU内部复位；也有用于测量非MCU工作电源的其他路供电状态的检测，即供电的有无；其原理是通过MCU作为输入的引脚判断电平高低得知供电的状态。

而本发明将公知的电路的使用方法进行了调整，使其可以对电源的电压进行测量。

2、本发明的方法非常适用于电池或外部能源有限的便携及野外低功耗电压检测情况，非常适用于长期低功耗的野外监测系统使用，特别适用于无线传感器网络节点等电池供电的场合。

附图说明

图1  超微功耗RC积分测量电源电压的电路原理图；

图2  波形时序示意图。

具体实施方式：

下面将结合附图对本发明进行详细地说明。

参见图1，一种超微功耗RC积分测量电源电压方法所采用的电路，包括电阻R，电容C和MCU，电阻R一端分别接待测电源和MCU的供电端，另一端接电容C；电容C另一脚接地，电阻R和电容C的公共连接端接MCU的可编程输入输出引脚Px。

参见图2，本发明采用RC电路充电到达某一阈值的时间与电压高低相关的原理，利用嵌入式MCU引脚可以编程为输入或输出的特点，提供的方法如下：

在开始测量前的t1时刻将MCU可编程引脚置为输出低电平，放电到RC公共端电压为MCU输出的低电平Vol，置MCU可编程引脚为输入并开始计时，计当前时间为t2；电源经电阻R给电阻C充电，MCU不断监测引脚电压，到高电平时的t3时刻停止计时；分析t2到t3的时间长短，即可获得电源的电压值。

具体分析如下：

由RC充电原理可知：假设起始时刻电容C两端电压V为Vol，则开始充电后电容两端电压V与电阻R、电容C、电源电压Vcc、及时间t之间的关系如下：

V(t) = (Vcc-Vol) * (1- exp(- t / (R*C) )

到达反转门限Vih的时间t=t3-t2为如下式：

t = R*C*Ln[(Vcc-Vol)/(Vcc-Vih)]

其中Vcc为待测电压；Vol为初始时刻的电容两端电压；Vih为电平反转电压门限。则有：

Vcc = (Vih / (1- exp(- t / (R*C) ) ) )+ Vol

其中，t=t3-t2。

简便计算：由于指数函数的库较大、运算速度较慢，不适于在程序和内存都非常有限的小规模MCU上使用，可以利用泰勒级数展开的思想对电压计算公式进行简化计算。由泰勒级数展开可知：

Vcc = (Vih / (1- exp(- t / (R*C) ) ) )+ Vol 

令 x=1/(R*C)，则有