CN112748352A - 一种基于传感器的电源控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于传感器的电源控制***及方法，涉及电源技术领域，所述***包括：传感器模块、数据处理模块、第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块，分别用于检测所述第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块参数的第一电源检测模块、第二电源检测模块、第三电源检测模块，以及控制模块、开关模块、电机以及用于控制电机工作的电机控制模块，其中所述第一电源检测模块与第一电源模块连接，所述第二电源检测模块与第二电源模块连接，所述第三电源检测模块与第三电源模块连接；所述控制模块分别与所述数据处理模块、第一电源检测模块、第二电源检测模块、第三电源检测模块和报警单元连接；具有精确控制和自动化程度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种基于传感器的电源控制***及方法。
背景技术
电源管理是指如何将电源有效分配给***的不同组件。电源管理对于依赖电池电源的移动式设备至关重要。通过降低组件闲置时的能耗，优秀的电源管理***能够将电池寿命延长两倍或三倍。电源管理技术也称做电源控制技术，它属于电力电子技术的范畴，是集电力变换，现代电子，网络组建，自动控制等多学科于一体的边缘交叉技术，现今已经广泛应用到工业，能源，交通，信息，航空，国防，教育，文化等诸多领域。
对于一个实际的电子***，要认真的分析它的电源需求。不仅仅是关心输入电压、输出电压和电流，还要仔细考虑总的功耗、电源实现的效率、电源部分对负载变化的瞬态响应能力、关键器件对电源波动的容忍范围以及相应的允许的电源纹波，还有散热问题等等。功耗和效率是密切相关的，效率高了，在负载功耗相同的情况下总功耗就少，对降低整个***的功率预算就非常有利了(对比LDO和开关电源，开关电源的效率要高一些)。值得注意的是，评估效率不仅仅是看在满负载的时候电源电路的效率，还要关注轻负载的时候效率水平。
根据分析***需求得出的具体技术指标，可以来选择合适的电源实现电路了。一般弱电部分，包括了LDO(线性电源转换器)、开关电源电容降压转换器和开关电源电感电容转换器。相比之下，LDO设计最易实现、输出纹波小，但缺点是效率有可能不高、发热量大、可提供的电流相较开关电源不大等等。而开关电源电路设计灵活、效率高，但存在纹波大、实现比较复杂、调试比较烦琐等缺点。
而现有技术的电源控制，对于电源的精细程度往往把控不够准确，尤其随着电池的使用时间越来越长后，电池的有效电量降低后，将很难实现精确的电源控制。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种基于传感器的电源控制***及方法，具有精确控制和自动化程度高的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于传感器的电源控制***，所述***包括：传感器模块、数据处理模块、第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块，分别用于检测所述第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块参数的第一电源检测模块、第二电源检测模块、第三电源检测模块，以及控制模块、开关模块、电机以及用于控制电机工作的电机控制模块，其中所述第一电源检测模块与第一电源模块连接，所述第二电源检测模块与第二电源模块连接，所述第三电源检测模块与第三电源模块连接；所述控制模块分别与所述数据处理模块、第一电源检测模块、第二电源检测模块、第三电源检测模块和报警单元连接；所述开关模块一端分别和第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块连接，另一端和电机控制模块连接；所述电机控制模块与电机连接；所述控制模块根据数据处理模块发送过来的数据信息，以及比较第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块两两之间的电压，控制电源模块给电机供电。
进一步的，所述传感器模块包括：电压传感器、电流传感器和温度传感器；所述电压传感器、电流传感器和温度传感器均分别信号连接于数据处理模块；所述电压传感器、电流传感器和温度传感器用于分别实时采集三个电源模块的电压数据、电流数据和温度数据。
进一步的，所述数据处理模块包括：模数转换器和数据处理器；所述模数转换器将电压传感器、电流传感器和温度传感器发送过来的模拟的数据信息转换为数字数据信息后，发送给数据处理器；所述数据处理器根据接收到的数字数据信息，计算三个电源模块的实时电量。
进一步的，所述控制模块比较第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块两两之间的电压；若两两之间的电压差值均大于第一阈值，则选择第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块中电压较大者为电机供电；若两两之间的电压差值均小于第二阈值，则选择第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块中电压较小者为电机供电；若两两之间的电压差值至少有一个介于第一阈值和第二阈值之间，则选择第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块中电压值位于中间者为电机供电。
进一步的，所述控制模块根据数据处理模块计算后的电量值结果，同时比较第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块两两之间的电压；若两两之间的电压差值均大于第一阈值，且三者的电量值均大于设定警戒值，则选择第一电源模块，为电机供电，三者的电量值小于设定的警戒值，则选择第二电压模块，为电机供电；若两两之间的电压差值均小于第二阈值，且三者的电量值均大于设定警戒值，则选择第二电源模块为电机供电，三者的电量值小于设定的警戒值，则选择第三电压模块，为电机供电。
一种基于传感器的电源控制方法，所述方法执行以下步骤：
步骤1：传感器模块中的电压传感器、电流传感器和温度传感器分别实时采集三个电源模块的电压数据、电流数据和温度数据；将采集到的数据发送到数据处理模块；数据处理模块根据采集到的数据，计算三个电源模块的电量，将计算出的电量发送至控制模块；
步骤2：第一电源检测模块、第二电源检测模块和第三电源检测模块分别采集三个电源模块的参数，将采集到的参数发送至控制模块；
步骤3：控制模块根据计算出的电量和采集到的参数，判断应该使用哪个电源模块为电机供电；
步骤4：控制模根据计算出的电量，判断电源模块的电量是否充足，在判断电量不充足的情况下，发送报警信号至报警单元。
进一步的，所述报警单元为声光报警单元，所述报警单元与控制单元连接，所述控制模块发送报警信号至报警单元后，报警单元将发出报警信号。
进一步的，所述数据处理单元，根据电压传感器、电流传感器和温度传感器采集到的信息，计算三个电源模块的电量方法包括：电压传感器采集到的实时的电压值*电流传感器采集到的实时的电流值/单位时间*矫正系数/温度传感器实时采集到的温度值。
与现有技术相比，本发明实现的有益效果：通过温度传感器采集到的温度数据，对根据实时采集到的电压数据和电流数据进行计算得到的电量进行数据矫正，矫正后的数据将更接近于真实值。实现了电源的精确控制。整个控制过程，自动实现，且根据实时监测的值进行报警。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：
图1为本发明实施例公开的基于传感器的电源控制***的***结构示意图。
图2为本发明实施例公开的基于传感器的电源控制方法的方法流程示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1和图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
一种基于传感器的电源控制***，所述***包括：传感器模块、数据处理模块、第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块，分别用于检测所述第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块参数的第一电源检测模块、第二电源检测模块、第三电源检测模块，以及控制模块、开关模块、电机以及用于控制电机工作的电机控制模块，其中所述第一电源检测模块与第一电源模块连接，所述第二电源检测模块与第二电源模块连接，所述第三电源检测模块与第三电源模块连接；所述控制模块分别与所述数据处理模块、第一电源检测模块、第二电源检测模块、第三电源检测模块和报警单元连接；所述开关模块一端分别和第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块连接，另一端和电机控制模块连接；所述电机控制模块与电机连接；所述控制模块根据数据处理模块发送过来的数据信息，以及比较第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块两两之间的电压，控制电源模块给电机供电。
具体的，一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分，有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去，这样使用就更简单了，还简化了PCB设计，但是设计的灵活性就减少了一些。
开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制***，一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路、控制反馈深度，因为如果反馈环响应过慢的话，对瞬态响应能力是会有很多影响的。
而输出部分设计包含了输出电容、输出电感以及MOSFET等等，这些元件的选择基本上要满足一个性能和成本的平衡：高的开关频率就可以使用小的电感值(意味着小的封装和便宜的成本)，但是较高的开关频率会增加干扰和增大MOSFET的开关损耗，使效率降低；低的开关频率带来的结果则恰好相反。
对于输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择也是非常关键的：选择小的ESR可以减小输出纹波，但是电容成本就会增加(好的电容会贵嘛)。开关电源控制器驱动能力也是需要注意：过多的MOSFET是不能被很好驱动的。
实施例2
在上一实施例的基础上，所述传感器模块包括：电压传感器、电流传感器和温度传感器；所述电压传感器、电流传感器和温度传感器均分别信号连接于数据处理模块；所述电压传感器、电流传感器和温度传感器用于分别实时采集三个电源模块的电压数据、电流数据和温度数据。
实施例3
在上一实施例的基础上，所述数据处理模块包括：模数转换器和数据处理器；所述模数转换器将电压传感器、电流传感器和温度传感器发送过来的模拟的数据信息转换为数字数据信息后，发送给数据处理器；所述数据处理器根据接收到的数字数据信息，计算三个电源模块的实时电量。
实施例4
在上一实施例的基础上，所述控制模块比较第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块两两之间的电压；若两两之间的电压差值均大于第一阈值，则选择第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块中电压较大者为电机供电；若两两之间的电压差值均小于第二阈值，则选择第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块中电压较小者为电机供电；若两两之间的电压差值至少有一个介于第一阈值和第二阈值之间，则选择第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块中电压值位于中间者为电机供电。
具体的，计算机电源是一种安装在主机箱内的封闭式独立部件，它的作用是将交流电通过一个开关电源变压器换为5V，-5V，+12V，-12V，+3.3V等稳定的直流电，以供应主机箱内***版，软盘，硬盘驱动及各种适配器扩展卡等***部件使用。通俗来讲就是，一个电源坏了，另一个备份电源代替其供电。可以通过为节点和磁盘提供电池后援来增强硬件的可用性。HP支持的不间断电源(UPS)，如HP PowerTrust，可提防瞬间掉电。磁盘与供电电路的连接方式应使镜像副本分别连接到不同的电源上。根磁盘与其相应的节点应由同一电源电路供电。特别是，群集锁磁盘(当重组群集时用作仲裁器)应该有冗余电源，或者，它能由群集中节点之外的电源供电。HP代表可提供关于群集的电源、磁盘和LAN硬件布局方面的详细信息。目前许多磁盘阵列和其他架装***含有多个电源输入，它们应部署为设备上的不同电源输入连接到带有两个或三个电源输入的独立电路设备上，这样，一般情况下，只要出现故障的电路不超过一个，***就能继续正常运行。因此，如果群集中的所有硬件有2个或3个电源输入，则要求至少有三个独立的电路，以确保群集的电路设计中没有单点故障。发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能。发电机、电池本身并不带电，它的两极分别有正负电荷，由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的)，电荷导体里本来就有，要产生电流只需要加上电压即可，当电池两极接上导体时为了产生电流而把正负电荷释放出去，当电荷散尽时，也就荷尽流(压)消了。干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说，也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。
实施例5
在上一实施例的基础上，所述控制模块根据数据处理模块计算后的电量值结果，同时比较第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块两两之间的电压；若两两之间的电压差值均大于第一阈值，且三者的电量值均大于设定警戒值，则选择第一电源模块，为电机供电，三者的电量值小于设定的警戒值，则选择第二电压模块，为电机供电；若两两之间的电压差值均小于第二阈值，且三者的电量值均大于设定警戒值，则选择第二电源模块为电机供电，三者的电量值小于设定的警戒值，则选择第三电压模块，为电机供电。
实施例6
一种基于传感器的电源控制方法，所述方法执行以下步骤：
步骤1：传感器模块中的电压传感器、电流传感器和温度传感器分别实时采集三个电源模块的电压数据、电流数据和温度数据；将采集到的数据发送到数据处理模块；数据处理模块根据采集到的数据，计算三个电源模块的电量，将计算出的电量发送至控制模块；
步骤2：第一电源检测模块、第二电源检测模块和第三电源检测模块分别采集三个电源模块的参数，将采集到的参数发送至控制模块；
步骤3：控制模块根据计算出的电量和采集到的参数，判断应该使用哪个电源模块为电机供电；
步骤4：控制模根据计算出的电量，判断电源模块的电量是否充足，在判断电量不充足的情况下，发送报警信号至报警单元。
实施例7
在上一实施例的基础上，所述报警单元为声光报警单元，所述报警单元与控制单元连接，所述控制模块发送报警信号至报警单元后，报警单元将发出报警信号。
实施例8
在上一实施例的基础上，所述数据处理单元，根据电压传感器、电流传感器和温度传感器采集到的信息，计算三个电源模块的电量方法包括：电压传感器采集到的实时的电压值*电流传感器采集到的实时的电流值/单位时间*矫正系数/温度传感器实时采集到的温度值。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的***，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD～ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种基于传感器的电源控制***，其特征在于，所述***包括：传感器模块、数据处理模块、第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块，分别用于检测所述第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块参数的第一电源检测模块、第二电源检测模块、第三电源检测模块，以及控制模块、开关模块、电机以及用于控制电机工作的电机控制模块，其中所述第一电源检测模块与第一电源模块连接，所述第二电源检测模块与第二电源模块连接，所述第三电源检测模块与第三电源模块连接；所述控制模块分别与所述数据处理模块、第一电源检测模块、第二电源检测模块、第三电源检测模块和报警单元连接；所述开关模块一端分别和第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块连接，另一端和电机控制模块连接；所述电机控制模块与电机连接；所述控制模块根据数据处理模块发送过来的数据信息，以及比较第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块两两之间的电压，控制电源模块给电机供电。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述传感器模块包括：电压传感器、电流传感器和温度传感器；所述电压传感器、电流传感器和温度传感器均分别信号连接于数据处理模块；所述电压传感器、电流传感器和温度传感器用于分别实时采集三个电源模块的电压数据、电流数据和温度数据。
3.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述数据处理模块包括：模数转换器和数据处理器；所述模数转换器将电压传感器、电流传感器和温度传感器发送过来的模拟的数据信息转换为数字数据信息后，发送给数据处理器；所述数据处理器根据接收到的数字数据信息，计算三个电源模块的实时电量。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述控制模块比较第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块两两之间的电压；若两两之间的电压差值均大于第一阈值，则选择第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块中电压较大者为电机供电；若两两之间的电压差值均小于第二阈值，则选择第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块中电压较小者为电机供电；若两两之间的电压差值至少有一个介于第一阈值和第二阈值之间，则选择第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块中电压值位于中间者为电机供电。
5.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述控制模块根据数据处理模块计算后的电量值结果，同时比较第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块两两之间的电压；若两两之间的电压差值均大于第一阈值，且三者的电量值均大于设定警戒值，则选择第一电源模块，为电机供电，三者的电量值小于设定的警戒值，则选择第二电压模块，为电机供电；若两两之间的电压差值均小于第二阈值，且三者的电量值均大于设定警戒值，则选择第二电源模块为电机供电，三者的电量值小于设定的警戒值，则选择第三电压模块，为电机供电。
6.一种基于权利要求1至5之一所述***的基于传感器的电源控制方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：
步骤1：传感器模块中的电压传感器、电流传感器和温度传感器分别实时采集三个电源模块的电压数据、电流数据和温度数据；将采集到的数据发送到数据处理模块；数据处理模块根据采集到的数据，计算三个电源模块的电量，将计算出的电量发送至控制模块；
步骤2：第一电源检测模块、第二电源检测模块和第三电源检测模块分别采集三个电源模块的参数，将采集到的参数发送至控制模块；
步骤3：控制模块根据计算出的电量和采集到的参数，判断应该使用哪个电源模块为电机供电；
步骤4：控制模根据计算出的电量，判断电源模块的电量是否充足，在判断电量不充足的情况下，发送报警信号至报警单元。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述报警单元为声光报警单元，所述报警单元与控制单元连接，所述控制模块发送报警信号至报警单元后，报警单元将发出报警信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数据处理单元，根据电压传感器、电流传感器和温度传感器采集到的信息，计算三个电源模块的电量方法包括：电压传感器采集到的实时的电压值*电流传感器采集到的实时的电流值/单位时间*矫正系数/温度传感器实时采集到的温度值。
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