CN106374897A - 一种延时开关机电路及延时开关机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种延时开关电路及延时开关机控制方法，延时开关电路包括Lock off开关、开机电路、延时控制电路和微控制器MCU；Lock off开关一端接地，另一端与开机电路连接，该开机电路的电源输入端连接电源，延时控制电路与开机电路、MCU连接；开机时，Lock off开关按下后导通开机电路，MCU采样得到高电平后发出控制指令给延时控制电路，延时控制电路维持开机电路导通；关机时，Lock off开关按下后，MCU采样得到低电平后，MCU确定关机后停止向延时控制电路输出控制指令，开机电路关断。本发明可根据需要配置关机时间，避免工控机擦写数据时突然断电导致硬盘损坏，有效保护各模块，特别是保护硬盘。

Description

一种延时开关机电路及延时开关机控制方法

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，尤其涉及一种延时开关机电路及延时开关机控制方法。

背景技术

现有机器人行业技术里面，机器人内部存在多个控制模块，其中通常存在一个带数据存储器的工控机。行业里比较多的采用LOCK on类型开关方式进行机器人的电源总开关。该开关在关闭电源的时候表现为直接切断电源到负载的供电回路。作为主要负载之一的工控机若正好在进行硬盘数据存储器的擦写情况下，由于瞬间掉电，会对硬盘形成损伤,甚至导致硬盘损坏。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种延时开机电路，开关按下后开机电路导通，只有MCU通过延时控制电路维持开机电路持续导通，才能达到开机效果，关机时，MCU确定可以关机后，MCU停止向延时控制电路发出控制指令，延时控制电路不再维持开机电路导通，开机电路自动关断。

本发明提供的延时开关电路，包括Lock off开关、开机电路、延时控制电路和微控制器MCU；所述Lock off开关的一端接地，另一端与开机电路连接，该开机电路的电源输入端连接电源，所述延时控制电路与所述开机电路、微控制器MCU连接；开机时，Lock off开关按下后导通开机电路，微控制器MCU对开机电路的电源输出端采样，采样得到高电平后发出控制指令给延时控制电路，所述延时控制电路根据微控制器MCU的控制指令维持开机电路导通；关机时，Lockoff开关按下后，微控制器MCU对开机电路的电源输出端采样，采样得到低电平后，微控制器MCU确定关机后停止向延时控制电路输出控制指令，开机电路关断。

需要开机时，按下Lock off开关，开机电路导通，由于Lock off开关按下后会松开，如果不进行后续维持，开机电路在Lock off开关松开后断开，因此，MCU对开机电路的电源输出端进行采样，当开机电路导通时，采样得到高电平，MCU发出控制指令，由延时控制电路维持开机电路导通，达到开机效果。需要关机时，按下Lock off开关，MCU采样得到低电平，MCU根据需要继续向延时控制电路发出控制指令，继续维持开机电路导通，仍然保持开机效果，当达到设定时间后，MCU停止发出控制指令，延时控制电路不再维持开机电路导通，开机电路自动关断，达到关机效果。本发明可有效解决工控机擦写数据时由于突然断电导致硬盘损坏问题，机器从开机状态自动切换到关机状态过程中，机器会先行关断工控机的相关进程特别是硬盘读写进程后，再自动切断电源。本发明在硬件上采用新的电路，结合一种LOCK off的按键开关。当按键按下后，机器从开机状态自动切换到关机状态，或者机器从关机状态开启到开机状态。

本发明所述延时控制电路包括依次连接的隔直模块、电子开关、积分电路、电阻R12以及三极管Q19；所述隔直模块与微控制器MCU的输出端连接，电子开关还与开机电路的电源输出端连接，电阻R12与三极管Q19的基极连接，三极管Q19的发射极接地，其集电极与开机电路连接；

所述微控制器MCU输出的控制指令为交变信号，所述隔直模块用于阻断非交变信号，而交变信号则可通过隔直模块；所述电子开关用于控制开关电路电源输出端输出的电源对积分电路的供电，电子开关打开后，电源对所述积分电路供电；所述电子开关在交变信号的作用下交替处于导通、关闭状态，电源的电压信号被交变信号调制成交变电平信号；所述积分电路对交变电平信号进行积分运算，输出高电平信号。

本发明利用隔直模块阻断非交变信号，恒定高电平、低电平无法通过隔直模块，输出指令的方式由恒定电平输出变为翻转电平输出，降低误动作的可能。交变信号通过隔直模块后，电子开关在交变信号作用下交替处于导通、关闭状态，电源的电压信号被调制成交变电平信号，积分电路对交变电平信号进行积分运算，使得输出信号为高电平，只有输出维持在高电平，导通三极管Q19，维持开机电路导通，交变信号控制使其具有较强的抗干扰能力。

本发明所述隔直模块包括限流电阻R11以及与限流电阻R11连接的电容C12，所述限流电阻R11与微控制器MCU连接，所述电容C12与电子开关连接。交变信号由微控制器MCU输出，微控制器MCU只有输出一特定频率及占空比的翻转电平信号(翻转电平信号存在低电平和高电平两个电压，可以为0和电源电压，或者其间的数值)，电容C12才导通，MCU输出指令的方式由恒定电平输出变为翻转电平输出，降低误动作的可能。

所述电子开关包括上拉偏置电阻R8、三极管Q2、滞放电阻R9；所述上拉偏置电阻R8的两端分别与所述隔直模块、三极管Q2的发射极连接，三极管Q2的发射极与开机电路的电源输出端连接，其基极与隔直模块连接，集电极与积分电路、滞放电阻R9的一端连接，滞放电阻R9的另一端接地连接。交变信号通过隔直模块后，隔直模块导通，电源通过上拉偏置电阻R8保证三极管Q2具有导通压降，Q2基极才有电流，Q2被打开，电子开关导通，基于交变信号的特性，三极管Q2处于打开、关闭交替状态，电源的电压信号被调制成交变电平信号。

所述积分电路包括电容C9，电容C9的一端接地，另一端与电子开关、电阻R12连接。电子开关电路导通后，电源对电容C9进行充电，积分电路对交变电平进行积分运算，使输出维持在高电平。

本发明所述开机电路包括对接二极管U2、电阻R13、电阻R14、电容C13和MOS管Q14，Lock off开关另一端接在对接二极管U2的两个负极之间，电阻R13的一端与对接二极管U2的其中一个正极、延时控制电路连接，电阻R13的另一端、电容C13、电阻R14分别与MOS管Q14栅极连接，电容C13另一端、电阻R14另一端分别连接MOS管Q14的源极，MOS管Q14的源极还与电源连接，MOS管Q14的漏极连接负载；所述微控制器MCU通过电阻R15对开机电路进行采样，电阻R15的两端分别接对接二极管U2的另一个正极、MOS管Q14的漏极，所述微控制器MCU的输入端接在电阻R15与对接二极管U2之间。开机时，Lock off开关按下后，使R13通过U2二极管接地，与R14形成分压，从而Q14的GS端形成电压，使Q14DS两端导通。Lock off开关松开后，延时控制电路维持开机电路导通状态，即，在Q14的GS端形成电压，使Q14DS两端导通。关机时，Lock off开关按下后，一旦MCU不再要求延时控制电路继续维持开机电路导通，基于Lock off开关自动松开的特性，开机电路无法通过Lock off开关实现导通，达成关机效果。

本发明还提供一种延时开关机控制方法，开机：按下Lock off开关，电源输入与电源输出之间的开机电路导通，微控制器MCU检测到开机电路导通后，持续保持开机电路导通；关机：按下Lock off开关，微控制器MCU检测到Lock off开关动作后，判断是否符合关机条件，如果符合关机条件，关断开机电路。

需要开机时，按下Lock off开关，开机电路导通，由于Lock off开关按下后会松开，如果不进行后续维持，开机电路在Lock off开关松开后断开，因此，MCU检测到开机电路导通后，维持开机电路导通，达到开机效果。需要关机时，按下Lock off开关，MCU检测到关机动作后，MCU根据需要继续维持开机电路导通，仍然保持开机效果，当达到关机条件后，不再维持开机电路导通，开机电路关断，达到关机效果。本发明可有效解决工控机擦写数据时由于突然断电导致硬盘损坏问题，机器从开机状态自动切换到关机状态过程中，机器会先行关断工控机的相关进程特别是硬盘读写进程后，再自动切断电源。本发明在硬件上采用新的电路，结合一种LOCK off的按键开关。当按键按下后，机器从开机状态自动切换到关机状态，或者机器从关机状态开启到开机状态。

优选地，微控制器MCU检测到开机电路导通后，微控制器MCU判断是否符合开机条件，如果不符合开机条件，开机电路因Lock off开关的松开而自动断开。

优选地，微控制器MCU通过延时控制电路控制开机电路的导通与关断；需要导通时，微控制器MCU向延时控制电路输出交变信号，延时控制电路利用交变信号将恒定电平信号调制成交变电平信号，对交变电平信号进行积分运算得到控制信号，该控制信号控制开机电路的导通；需要关断时，微控制器MCU不输出交变信号。

优选地，延时控制电路通过交变信号对开机电路的导通的控制，具体为，交变信号通过延时控制电路的隔直模块后，使延时控制电路的电子开关交替处于导通、关闭状态，与该电子开关连接的开机电路输出的电压信号被交变信号调制成交变电平信号；电子开关导通时，电源对延时控制电路的积分电路供电，利用该积分电路对交变电平信号进行积分运算并输出高电平信号，高电平信号经过延时控制电路的三极管Q19后导通开机电路。

机器人是一种高度集成化设备，特别是自续航移动机器人，能自动配置关机时间、有效保护各控制模块是非常重要的指标。本发明为了有效解决工控机擦写数据时由于突然断电导致硬盘损坏问题，需要机器从开机状态自动切换到关机状态过程中，机器会先行关断工控机的相关进程特别是硬盘读写进程后，再自动切断电源，为了实现先行关断工控机的相关进程，再自动切断电源的方案，本发明在硬件上采用一段新设计电路，再结合一种LOCK off的按键开关，当按键按下后，机器从开机状态自动切换到关机状态，或者机器从关机状态开启到开机状态。

本发明具有以下有益效果：(1)可以自动配置关机时间，有效保护各控制模块，特别是保护工控机的硬盘。(2)MCU可以自动延时一预定时间或确认工控机进程切断后，再关机。(3)利用翻转电平进行电源的维持。(4)采用由电阻电容组成的隔直模块进行翻转电平传输，输出指令的方式由恒定电平输出变为翻转电平输出，降低误动作的可能，实现机器人有效地控制。(5)采用积分电路对交变电平信号进行积分，通过对电容进行充电，使得输出控制信号为高电平，实现关键硬件***具有较强的抗干扰能力。(6)为了实现关键信号的可靠性，例如激光的电源信号，控制开关信号为翻转信号电平信号，大大降低了实际设计中激光掉帧的可能性。

附图说明

图1为本发明电路结构图；

图2为本发明所述开关控制电路电路模块图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括Lock off开关SW6、开机电路A、延时控制电路B、微控制器MCU。Lock off开关按下后自行松开，Lock off开关的一端接地，另一端与开机电路连接，该开机电路的电源输入端Power_In连接电源，电源输出端Power_Out连接负载，延时控制电路与开机电路、微控制器MCU连接。开机时，Lock off开关按下后导通开机电路，微控制器MCU对开机电路的电源输出端采样，采样得到高电平后发出控制指令给延时控制电路，延时控制电路根据微控制器MCU的控制指令维持开机电路导通；关机时，Lock off开关按下后，微控制器MCU对开机电路的电源输出端采样，采样得到低电平后，微控制器MCU确定关机后停止向延时控制电路输出控制指令，开机电路关断。

如图1、2所示，延时控制电路包括依次连接的隔直模块、电子开关和积分电路、电阻R12以及三极管Q19，电子开关与开机电路的电源输出端Power_out连接,隔直模块与微控制器MCU的输出端连接，电阻R12与三极管Q19的基极连接，三极管Q19的发射极接地，其集电极与开机电路连接。微控制器MCU输出的控制指令为交变信号，隔直模块用于阻断非交变信号，而交变信号则可通过隔直模块；电子开关用于控制开关电路电源输出端输出的电源对积分电路的供电，电子开关打开后，电源对积分电路供电；电子开关在交变信号的作用下交替处于导通、关闭状态，电源的电压信号被交变信号调制成交变电平信号；积分电路对交变电平信号进行积分运算，输出高电平信号，高电平导通三极管Q19，进而维持开机电路导通。

如图1所示，隔直模块包括限流电阻R11以及与限流电阻R11连接的电容C12；电子开关包括上拉偏置电阻R8、三极管Q2、滞放电阻R9；积分电路包括电容C9。限流电阻R11与微控制器MCU连接，电容C12与上拉偏置电阻R8、三极管Q2的基极连接，上拉偏置电阻R8、三极管Q2发射极与MOS管Q14的漏极连接，三极管Q2的集电极与滞放电阻R9、电容C9、电阻R12连接，滞放电阻R9的另一端、电容C9的另一端接地，电阻R12的另一端与三极管Q19的基极连接，三极管Q19的发射极接地，其集电极与电阻R13连接。

如图1所示，开机电路包括包括对接二极管U2、电阻R13、电阻R14、电容C13和MOS管Q14。Lock off开关一端接地，另一端接在对接二极管U2的两个负极之间，电阻R13的一端与对接二极管U2的其中一个正极、三极管Q19的集电极连接，电阻R13的另一端、电容C13、电阻R14分别与MOS管Q14栅极连接，电容C13另一端、电阻R14另一端分别连接MOS管Q14的源极，MOS管Q14的源极还与电源连接，MOS管Q14的漏极连接负载；微控制器MCU通过电阻R15对开机电路进行采样，电阻R15的两端分别接对接二极管U2的另一个正极、MOS管Q14的漏极，微控制器MCU的输入端接在电阻R15与对接二极管U2之间。U2是一个对接的二极管元件，用于防止POWER_IN与POWER_OUT通过R14、R13、U2形成连通关系。当POWER_IN输入时，电容C3过滤电压中的噪声，电阻R13与R14形成分压，电阻R15与对接二极管U2形成分压。

本发明工作过程：

开机时，当按下Lock off开关SW6，使电阻R13通过对接二极管U2接地，与电阻R14形成分压，从而MOS管Q14的GS端(源极与栅极间)形成电压，使MOS管Q14的DS两端(漏极与源极间)导通，POWER_IN输出到POWER_OUT，同时，微控制器MCU通过R15采样到KEY_adj信号，从图1可以看出，POWER_OUT为高电平时，KEY_adj信号也为高电平，微控制器MCU接收到高电平信号，通过MCU_Closed输出交变信号。基于Lock off开关的按下后松开的特性，此后，开机电路无法通过Lock off开关导通，需要依靠延时控制电路维持导通状态。电阻R11为限流电阻，由于电容具有“隔直通交”的特性，非交变的信号无法通过由电阻R11和电容C12组成的隔直模块，而交变信号源才能通过，因此微控制器MCU只有输出一特定频率及占空比的翻转电平信号(翻转电平信号存在低电平和高电平两个电压，可以为0和电源电压，或者其间的数值)，电容C12才导通，这样，输出指令的方式由恒定电平输出变为翻转电平输出(翻转电平是交变信号的一种)，降低误动作的可能，恒定电平无法通过。隔直模块导通后，电源POWER_OUT通过上拉偏置电阻R8保证三极管Q2具有导通压降，Q2基极才有电流，Q2被打开，电子开关电路导通。基于交变信号特性，三极管Q2处于交替打开、关闭的状态，电源POWER_OUT的电压信号被调制成交变电平信号。电子开关电路导通后，电源POWER_OUT对电容C9进行充电，积分电路对交变(翻转)电平信号进行积分运算，使Control端输出维持在高电平，该高电平使三极管Q19导通，三极管Q19在Lock off开关SW6没有按下的情况下，使MOS管Q14的GS端形成电压，MOS管Q14的DS两端导通，POWER_IN输出到POWER_OUT达到延时开机的目的。在这个过程中，如果没有微控制器MCU输出交变信号给延时控制电路，则MOS管Q14无法导通，开机中断，达不到开机效果。

关机时，开机后若要关机，再次按下Lock off开关SW6按键后释放，此时，KEY_ADJ信号被微控制器MCU检测到存在过低电平信号触发，则，微控制器MCU可以自动延时一预定时间或确认工控机进程切断后，再停止输出交变信号，如前所述，在没有交变信号输出给延时控制电路的情况下，MOS管Q14无法导通，POWER_IN不能输出到POWER_OUT，从而达到关机的目的。

Claims (10)

1.一种延时开关电路，其特征在于：包括Lock off开关、开机电路、延时控制电路和微控制器MCU；所述Lock off开关的一端接地，另一端与开机电路连接，该开机电路的电源输入端连接电源，所述延时控制电路与所述开机电路、微控制器MCU连接；开机时，Lock off开关按下后导通开机电路，微控制器MCU对开机电路的电源输出端采样，采样得到高电平后发出控制指令给延时控制电路，所述延时控制电路根据微控制器MCU的控制指令维持开机电路导通；关机时，Lock off开关按下后，微控制器MCU对开机电路的电源输出端采样，采样得到低电平后，微控制器MCU确定关机后停止向延时控制电路输出控制指令，开机电路关断。

2.如权利要求1所述的延时开机电路，其特征在于：所述延时控制电路包括依次连接的隔直模块、电子开关、积分电路、电阻R12以及三极管Q19；所述隔直模块与微控制器MCU的输出端连接，电子开关还与开机电路的电源输出端连接，电阻R12与三极管Q19的基极连接，三极管Q19的发射极接地，其集电极与开机电路连接；

所述微控制器MCU输出的控制指令为交变信号，所述隔直模块用于阻断非交变信号，而交变信号则可通过隔直模块；所述电子开关用于控制开关电路电源输出端输出的电源对积分电路的供电，电子开关打开后，电源对所述积分电路供电；所述电子开关在交变信号的作用下交替处于导通、关闭状态，电源的电压信号被交变信号调制成交变电平信号；所述积分电路对交变电平信号进行积分运算，输出高电平信号。

3.如权利要求2所述的开关控制电路，其特征在于：所述隔直模块包括限流电阻R11以及与限流电阻R11连接的电容C12，所述限流电阻R11与微控制器MCU连接，所述电容C12与电子开关连接。

4.如权利要求2所述的开关控制电路，其特征在于：所述电子开关包括上拉偏置电阻R8、三极管Q2、滞放电阻R9；所述上拉偏置电阻R8的两端分别与所述隔直模块、三极管Q2的发射极连接，三极管Q2的发射极与开机电路的电源输出端连接，其基极与隔直模块连接，集电极与积分电路、滞放电阻R9的一端连接，滞放电阻R9的另一端接地连接。

5.如权利要求2所述的开关控制电路，其特征在于：所述积分电路包括电容C9，电容C9的一端接地，另一端与电子开关、电阻R12连接。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的延时开机电路，其特征在于：所述开机电路包括对接二极管U2、电阻R13、电阻R14、电容C13和MOS管Q14，Lock off开关另一端接在对接二极管U2的两个负极之间，电阻R13的一端与对接二极管U2的其中一个正极、延时控制电路连接，电阻R13的另一端、电容C13、电阻R14分别与MOS管Q14栅极连接，电容C13另一端、电阻R14另一端分别连接MOS管Q14的源极，MOS管Q14的源极还与电源连接，MOS管Q14的漏极连接负载；所述微控制器MCU通过电阻R15对开机电路进行采样，电阻R15的两端分别接对接二极管U2的另一个正极、MOS管Q14的漏极，所述微控制器MCU的输入端接在电阻R15与对接二极管U2之间。

7.一种延时开关机控制方法，其特征在于，开机：按下Lock off开关，电源输入与电源输出之间的开机电路导通，微控制器MCU检测到开机电路导通后，持续保持开机电路导通；关机：按下Lock off开关，微控制器MCU检测到Lockoff开关动作后，判断是否符合关机条件，如果符合关机条件，关断开机电路。

8.如权利要求7所述的延时开关机控制方法，其特征在于：微控制器MCU检测到开机电路导通后，微控制器MCU判断是否符合开机条件，如果不符合开机条件，开机电路因Lockoff开关的松开而自动断开。

9.如权利要求7或8所述的延时开关机控制方法，其特征在于：微控制器MCU通过延时控制电路控制开机电路的导通与关断；需要导通时，微控制器MCU向延时控制电路输出交变信号，延时控制电路利用交变信号将恒定电平信号调制成交变电平信号，对交变电平信号进行积分运算得到控制信号，该控制信号控制开机电路的导通；需要关断时，微控制器MCU不输出交变信号。

10.如权利要求9所述的延时开关机控制方法，其特征在于：延时控制电路通过交变信号对开机电路的导通的控制，具体为，交变信号通过延时控制电路的隔直模块后，使延时控制电路的电子开关交替处于导通、关闭状态，与该电子开关连接的开机电路输出的电压信号被交变信号调制成交变电平信号；电子开关导通时，电源对延时控制电路的积分电路供电，利用该积分电路对交变电平信号进行积分运算并输出高电平信号，高电平信号经过延时控制电路的三极管Q19后导通开机电路。