4.1 硬件直接相减的方法的实现
硬件直接相减法的思想来源于数学上减法的概念。试想，如果用高差模增益的运放将蓄电池上的高电位按比例压缩，即：首先将n号蓄电池的高端电位按照Rn1/Rn2的比例压缩至模拟电子开关可以承受的程度，测量得到压缩后的电压值，然后由软件将压缩系数乘回去，即可得到n号蓄电池的高端电位，同理可得到第n号蓄电池的低端电位，然后通过软件将两者相减，即可得到第n号蓄电池的单体电压。从理论上分析这种方法是可行的，但在实际中却难以实现。比如，40V的电位，通过测试精度为0.1%的测试系统，其绝对误差为±40mv,而38V的电位，通过同样测试精度的系统，其绝对误差为±38mv,两者之间的绝对误差累积为±78mv,显然，其相对误差可达到8%,这远远难以达到通信电源监控系统中的要求。因此，这种减法器的方法在工程上是不可能实现的，但其思想却十分具有参考价值：如果能够解决误差的连续累积问题，就有可能得到满意精度的测量结果。为此我们用两片高差模增益放大器设计了一种硬件直接相减的电路，其原理电路如图6所示。
图6 采用硬件直接相减法测量单体电压的电路
图6中，ICL7650是差模增益高达105/mV的运算放大器，从而能够保证运算放大器的同相输入端和反相输入端的电位相等，都等于地电位。Rnp为保证运算放大器工作的平衡电阻。Vna为n号蓄电池的高端电位，Vnb为n号蓄电池的低端电位。
其基本原理如下：运算放大器A构成了一个反向放大器，即：
运算放大器B构成一个加法器，即：
由式（2）可以看出，只要合理的选择Rn1、Rn2、Rn3、Rn4和Rn5的阻值，使其满足条件：
则式（2）可以化为：
从而实现了硬件的直接相减，避免了误差的累积。
4.2 元件参数的选择
通信用蓄电池通常由24节单体电压为2V的蓄电池组构成。其最高的共模电压可达60V左右，要将其移到2V左右的对地电压，并保证运算放大器的工作安全性。因此选择在25~35之间比较合适，考虑到电阻的热稳定性等其他因素，在这里我们选择Rn2、Rn3的电阻值为1.5kΩ，Rn1、Rn4和Rn5选择为50kΩ，同时由于在这个数量级的电阻难以保证较高的精度，因此应加入5kΩ的电位计加以调整。
5 蓄电池单体温度的测量
蓄电池体的温度是VRLA蓄电池的重要标志参数，对于蓄电池的剩余容量、工作寿命都有着重要的影响。蓄电池体温度的测量我们采用了Dallas公司的数字式温度传感器DS1620,它具有测温范围宽、读数稳定、与单片机接口方便等优点，其测温分辨率可达到0.50C,如果经过软件调整，还可以达到更高的精度0.10C,对于蓄电池单体电池温度的测量来说，十分适用。在此下文仅对软件实现0.10C精度的方法加以说明。
5.1 测温原理的进一步分析
要获得较高的测温方案，除了需要知道由DS1620直接读取的温度值以外，还必须知道该温度下计数器的值和该温度下每增加10C的计数值，后者可以从非线性累加器读入。非线性累加器电路用以补偿温度振荡器的非线性作用，它有助于获得较高的测温精度。
用单片机控制DS1620,将经过修正的温度直接读取值转换为十进制数（以0.50C为单位），记为temp_read.同时，读取计数门关闭后保存在计数器中的值，记为count_remain.然后读取非线性累加器中的值，作为该温度下每摄氏度的计数值，记为count_per_c.以上几个参数确定以后，可以用下式计算得到精度为0.10C的实际温度T,即：
5.2 软件方法实现0.10C的测温分辨率
根据以上的分析，通过软件编程，即可用单片机控制DS1620实现0.10C的测温分辨率，其软件流程图如图7所示。
图7实现0.10C的测温分辨率程序流程
其具体的实现过程如下：
（1）发送"写配置"指令初始化DS1620,将其设置为单次温度转换方式以及处理器控制状态，指令为0CH、03H;
（2）发"开始转化"指令（EEH）；
（3）发"读配置"指令，读取状态寄存器数据。重复该指令直到DONE位为"1",这意味着温度转换已经完成；
（4）发"读取温度"指令，从温度寄存器读取数据并转换为整数temp_read;
（5）发"读计数器"指令，从计数器读取9比特值，即count_remain;
（6）将非线性累加器中的值读入计数器，此时外部单元与DS1620无数据交换；
（7）重发"读计数器"指令，读取此时计数器的值，即count_per_c;
（8）由公式（5-10）计算得到精确的温度值。
6 实验结果
在以下实验结果中，各种电量的测试采用的标准源及检定装置为ST-9020电能表现场检测仪（0.01）级；测试用蓄电池为南都公司的GFM200,并将其在额定负载情况下以0.1C的放电率恒流放电所得到的容量作为标准容量；测试环境温度均为240C.蓄电池剩余容量测试结果如表1所示；蓄电池单体电压测试结果如表2所示。
从以上的测试结果可以看出系统具有较高的测量精度，完全可以满足《通信电源和空调集中监控系统技术要求》中的规定。从而证明了本文所提出的本地用通信电源集中监控系统中蓄电池监控模块设计方案的可行性，具有工程实用价值。
