CN204462740U

CN204462740U - 基于传感器监测***的电源管理装置

Info

Publication number: CN204462740U
Application number: CN201520135416.4U
Authority: CN
Inventors: 郑长安; 廖幸; 姜华; 王静伟; 涂治军; 吴奕
Original assignee: HUNAN COMMUNICATIONS RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: Hunan Traffic Science Research Institute Co Ltd
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2025-03-11

Abstract

本实用新型涉及电源管理领域，尤其涉及一种基于传感器监测***的电源管理装置，包括：主控制单元、第一电源控制单元、第二电源控制单元及数据传输单元；主控制单元与第一电源控制单元、第二电源控制单元及数据传输单元电连接；第二控制单元与数据传输单元电连接。本实用新型通过提供了一种基于传感器监测***的电源管理装置，可以降低由于蓄电池供电不足造成断电的发生概率，节约电能，并实现电源管理的信息化。

Description

基于传感器监测***的电源管理装置

技术领域

本实用新型涉及电源管理领域，尤其涉及一种基于传感器监测***的电源管理装置。

背景技术

现有的电源管理装置仅为硬件设备进行电源监控，且该装置大多数应用在市电的供电环境，然而，现有的监测***一般通过传感器进行信息采集，供电方式一般采用太阳能与蓄电池结合的方式(如路基边坡位移监测***)，这种供电方式在没有智能电源管理的情况下，往往会造成电源供应的不足或浪费，如在暴雨等恶劣条件或没有太阳能充电情况下，目前蓄电池供电能力大概为五天左右时间，该中情况下，很多现有电源管理设备仅能起到对蓄电池电源的监控目的，并没有达到节能的效果，而且由于缺乏信息的远程反馈，不利于电源管理的信息化。

实用新型内容

为了实现上述目的，本实用新型的一个目的是提供一种基于传感器监测***的电源管理装置，以解决上述问题。

本实用新型提供了一种基于传感器监测***的电源管理装置，包括：主控制单元、第一电源控制单元、第二电源控制单元及数据传输单元；主控制单元与第一电源控制单元、第二电源控制单元及数据传输单元电连接；第二电源控制单元与数据传输单元电连接；主控制单元包括主控电路、指示灯电路、串口通信接口电路、主控电源电路、蓄电池电源采集电路及外部设备接口电路；第一电源控制单元包括传感器电源控制电路；第二电源控制单元包括无线终端设备电源控制电路；数据传输单元包括无线终端设备。

进一步，主控电路包括STC12C5620AD单片机，STC12C5620AD单片机的引脚4与外部晶体起振陶瓷电容C9及外部晶体Y1电连接；STC12C5620AD单片机的引脚5与外部晶体起振陶瓷电容C10及外部晶体Y1电连接；外部晶体起振陶瓷电容C9、C10与GND及接地电连接；外部晶体起振陶瓷电容C9、C10与外部晶体Y1电连接；复位电路与STC12C5620AD单片机电连接，复位电路包括电容C8及电阻R14，电阻R14与接地及电容C8电连接，电容C8与电源正极VCC电连接，STC12C5620AD单片机的引脚1与电容C8及电阻R14电连接；独石电容C7与STC12C5620AD单片机的引脚20、电源正极VCC及接地电连接；STC12C5620AD单片机包括传感器电源控制端口SERSON、无线终端设备电源控制端口SIM_CTR、单片机通信发送指示灯控制端口TXD_LED、单片机通信接收指示灯控制端口RXD_LED、蓄电池电压采集通道口ADC0、串口数据接收端口RXD0、串口数据发送端口TXD0、数据控制端口COM1以及传感器电源关闭打开指示灯控制端口POW_LED。

进一步，传感器电源控制电路包括开关电源芯片U4；开关电源芯片U4的引脚1与输入电压端VIN12V电连接；开关电源芯片U4的引脚2与电感L2电连接，电感L2与12V供电端电连接；输入滤波电容C3与开关电源芯片U4的引脚1、输入电压端VIN12V及GND电连接；输出滤波电容C4与电感L2与12V供电端、GND及接地电连接；二极管D3与开关电源芯片U4的引脚2、电感L2、GND及接地电连接；顶调电阻R3与电感L2、12V供电端、开关电源芯片U4的引脚4、GND及接地电连接；开关电源芯片U4的引脚5与限流电阻R1电连接，限流电阻R1与二极管D5电连接，二极管D5与传感器电源控制端口SERSON电连接；开关电源芯片U4的引脚4与接地电连接。

进一步，无线终端设备电源控制电路包括开关电源芯片U5，开关电源芯片U5的引脚1与输入电压端VIN12V电连接；输入滤波电容C5与开关电源芯片U5的引脚1、输入电压端VIN12V、GND及接地电连接；开关电源芯片U5的引脚2与电感L3电连接，电感L3通过接口J5与4.2V电源电连接，4.2V电源通过接口J6与GND及接地电连接；输出滤波电容C6与电感L3、接口J5、GND及接地电连接；二极管D4与开关电源芯片U5的引脚2、电感L3、GND及接地电连接；顶调电阻R4与电感L3、接口J5、GND及接地电连接；开关电源芯片U5的引脚5与限流电阻R2电连接，限流电阻R2与二极管D6电连接，二极管D6与无线终端设备电源控制端口SIM_CTR电连接；开关电源芯片U5的引脚3与接地电连接。

进一步，蓄电池电源采集电路包括分压电阻R25、分压电阻R26，分压电阻R25与分压电阻R26串联，分压电阻R25与供电输入端VIN电连接；分压电阻R26与接地电连接，限流电阻R27与分压电阻R25、分压电阻R26及单片机P17电连接；电容C18与限流电阻R27、单片机P17及接地电连接。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：通过该装置可以降低由于蓄电池供电不足造成断电的发生概率，节约电能，并实现电源管理的信息化。

附图说明

图1是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置的结构框图；

图2是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置与远程服务端之间的通信模式图；

图3是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置主控电路的电路图；

图4是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置传感器电源控制电路的电路图；

图5是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置无线终端设备电源控制电路的电路图；

图6是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置主控电源电路的电路图；

图7是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置蓄电池电源采集电路的电路图；

图8是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置串口通信接口电路的电路图；

图9是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置指示灯电路的电路图；

图10是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置外部设备接口电路的电路图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

参图1所示，图1是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置的结构框图。

本实施例提供了一种基于传感器监测***的电源管理装置，主控制单元10、第一电源控制单元20、第二电源控制单元30及数据传输单元40；主控制单元10与第一电源控制单元20、第二电源控制单元30及数据传输单元40电连接；第二电源控制单元30与数据传输单元40电连接；主控制单元10包括主控电路、指示灯电路、串口通信接口电路、主控电源电路、蓄电池电源采集电路及外部设备接口电路；第一电源控制单元20包括传感器电源控制电路；第二电源控制单元30包括无线终端设备电源控制电路；数据传输单元40包括无线终端设备。

本实施例提供的基于传感器监测***的电源管理装置可以降低由于蓄电池供电不足造成断电的发生概率，节约电能，并实现电源管理的信息化。

参图2所示，图2是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置与远程服务端之间的通信模式图。

在本实施例中，该装置结合无线GPRS传输技术(数据传输单元40)与远程服务端建立异步双向通信，实现了智能管理电源的远程信息化。首先，服务端控制软件会自动发送传感器采集频率相关的命令帧，主控制单10对该命令帧作出解析，一旦解析正确，立即将采集频率保存到主控电路单片机内部的EEPROM，与此同时主控制单元10发送相应命令帧对服务端进行响应；接着服务端控制软件自动发送打开传感器电源的命令帧，主控制单元10对该命令帧作出解析，一旦解析正确，单片机会立即发送信号打开传感器的供电电源，与此同时主控制单元10发送采集蓄电池电压的命令帧对服务端进行响应；最后服务端控制软件采集所有传感器的数据后自动发送关闭传感器电源命令帧，主控制单元10对该命令帧作出解析，一但解析正确，单片机会立即发送相应的信号分别关闭传感器的供电电源和无线终端设备的供电电源，与此同时主控制单元10发送采集蓄电池电源的命令帧对服务端进行响应。无线终端设备的电源开启主要根据传感器采集频率进行合理的控制，首先读出保存在单片机内部EEPROM的采集频率，利用单片机定时器0中断服务子程序获取定时时间，接着定时时间与采集频率进行比较，当定时时间小于采集频率十分钟的时候，单片机立即发送信号打开无线终端设备的供电电源。该装置通过自动关闭、开启传感器无线终端设备的供电电源，节约了大量的能源，延长了传感器、无线终端和蓄电池等硬件设备的使用寿命，。

参图3所示，图3是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置主控电路的电路图。

在本实施例中，主控电路包括STC12C5620AD单片机，STC12C5620AD单片机的引脚4与外部晶体起振陶瓷电容C9及外部晶体Y1电连接；STC12C5620AD单片机的引脚5与外部晶体起振陶瓷电容C10及外部晶体Y1电连接；外部晶体起振陶瓷电容C9、C10与GND及接地电连接；外部晶体起振陶瓷电容C9、C10与外部晶体Y1电连接；复位电路与STC12C5620AD单片机电连接，复位电路包括电容C8及电阻R14，电阻R14与接地及电容C8电连接，电容C8与电源正极VCC电连接，STC12C5620AD单片机的引脚1与电容C8及电阻R14电连接；独石电容 C7与STC12C5620AD单片机的引脚20、电源正极VCC及接地电连接；STC12C5620AD单片机包括传感器电源控制端口SERSON、无线终端设备电源控制端口SIM_CTR、单片机通信发送指示灯控制端口TXD_LED、单片机通信接收指示灯控制端口RXD_LED、蓄电池电压采集通道口ADC0、串口数据接收端口RXD0、串口数据发送端口TXD0、数据控制端口COM1以及传感器电源关闭打开指示灯控制端口POW_LED。

本实施例主控电路的微处理器可采用STC系列的STC12C5620AD单片机，该单片机为增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍，低功耗设计空闲模式、掉电模式，片内EEPROM功能，擦写次数10万次以上，8通道，10位ADC，速度可达10万次/秒，4路PWM还可当4路D/A使用，全双工异步串行口(UART)等功能。STC12C5620AD单片机主要起到设备大脑的作用。外部晶体Y1为单片机提供时钟，C9～C10为外部晶体起振陶瓷电容，C8、R14为单片机的复位电路，C7为单片机的供电电源独石电容，标号VCC、GND分别为电源5V的正极和负极，标号SERSON、SIM_CTR分别控制传感器电源端口和无线终端设备电源端口，TXD_LED～RXD_LED分别控制单片机通信发送指示灯和单片机通信接收指示灯，标号ADC0为蓄电池电压采集通道口，标号RXD0、TXD0分别接受和发送串口数据的端口，标号COM1控制芯片MAX485接收和发送数据端口，标号POW_LED控制传感器电源关闭打开指示灯端口。

参图4所示，图4是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置传感器电源控制电路的电路图。

在本实施例中，传感器电源控制电路包括开关电源芯片U4；开关电源芯片U4的引脚1与输入电压端VIN12V电连接；开关电源芯片U4的引脚2与电感L2电连接，电感L2与12V供电端电连接；输入滤波电容C3与开关电源芯片U4的引脚1、输入电压端VIN12V及GND电连接；输出滤波电容C4与电感L2与12V供电端、GND及接地电连接；二极管D3与开关电源芯片U4的引脚2、电感L2、GND及接地电连接；顶调电阻R3与电感L2、12V 供电端、开关电源芯片U4的引脚4、GND及接地电连接；开关电源芯片U4的引脚5与限流电阻R1电连接，限流电阻R1与二极管D5电连接，二极管D5与传感器电源控制端口SERSON电连接；开关电源芯片U4的引脚4与接地电连接。

本实施例的传感器电源控制电路可采用开关电源芯片LM2596-ADJ，该芯片为降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，本实施例使用可调版本可以输出小于37V的各种电压，而且为该芯片的第五个引脚提供相应的TTL电平就可以关断开启输出电压。标号VIN12V是芯片的输入电压，标号12VSERSON为12V的输出电压为传感器供电电压，电解电容C3、C4分别为芯片LM2596-ADJ的输入滤波电容和输出滤波电容，二极管1N5822(D3)在芯片LM2596-ADJ关断时续流，电感L2在芯片LM2596-ADJ开通时蓄能，顶调电阻R3主要调节输出电压，二极管1N4148(D5)保护单片机的端口防止外界电压烧毁单片机，电阻R1主要是限流。

参图5所示，图5是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置无线终端设备电源控制电路的电路图。

在本实施例中，无线终端设备电源控制电路包括开关电源芯片U5，开关电源芯片U5的引脚1与输入电压端VIN12V电连接；输入滤波电容C5与开关电源芯片U5的引脚1、输入电压端VIN12V、GND及接地电连接；开关电源芯片U5的引脚2与电感L3电连接，电感L3通过接口J5与4.2V电源电连接，4.2V电源通过接口J6与GND及接地电连接；输出滤波电容C6与电感L3、接口J5、GND及接地电连接；二极管D4与开关电源芯片U5的引脚2、电感L3、GND及接地电连接；顶调电阻R4与电感L3、接口J5、GND及接地电连接；开关电源芯片U5的引脚5与限流电阻R2电连接，限流电阻R2与二极管D6电连接，二极管D6与无线终端设备电源控制端口SIM_CTR电连接；开关电源芯片U5的引脚3与接地电连接。

本实施例的无线终端设备电源电路同样可以采用开关电源芯片 LM2596-ADJ。标号VIN12V是芯片的输入电压，电解电容C5、C6分别为芯片LM2596的输入滤波电容和输出滤波电容，二极管1N5822(D4)在芯片LM2596关断时续流，电感L3在芯片LM2596-ADJ开通时蓄能，顶调电阻R4主要调节输出电压，二极管1N4148(D6)保护单片机的端口防止外界电压烧毁单片机，电阻R2主要是限流。

参图6所示，图6是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置主控电源电路的电路图。

本实施例的主控电源电路可采用开关电源芯片LM2596-5V(U1)，该芯片相应的特性大多数LM2596-ADJ保存一致，该芯片主要提供固定5V输出电压，主控制电路的供电电压为5V，因此本实施例采用的主控电源电路完全满足主控电路的供电要求。标号VIN12V是芯片的输入电压，标号VCC为直流电压5V输出，电解电容C1、C2分别为芯片LM2596-5V的输入滤波电容和输出滤波电容，二极管1N5822(D2)在芯片LM2596-5.0V关断时续流，电感L1在芯片LM2596-5.0V开通时蓄能。

参图7所示，图7是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置蓄电池电源采集电路的电路图。

在本实施例中，蓄电池电源采集电路包括分压电阻R25、分压电阻R26，分压电阻R25与分压电阻R26串联，分压电阻R25与供电输入端VIN电连接；分压电阻R26与接地电连接，限流电阻R27与分压电阻R25、分压电阻R26及单片机P17电连接；电容C18与限流电阻R27、单片机P17及接地电连接。

本实施例的蓄电池电源采集电路利用电阻R25、R26来采样蓄电池的电压，其中R25、R26电阻对蓄电池进行分压以供单片机AD采样通道采集，STC12C5620AD单片机(P17)带有A/D转换的功能，共有8路10位高速A/D转换器，速度可达到100KHZ，参考电压为单片机提供的外部电压VCC，相应的蓄电池电压计算公式为，假设单片机采集到数据为X，则转换电压为X*VCC/1024，蓄电池的实际电压为((R25+R26)/R26)*(X*VCC/1024)。其中电阻R27为限流作用保护单片机的引脚，电容C18为采集端口去耦防止外接干扰。

参图8所示，图8是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置串口通信接口电路的电路图。

本实施例的串口通信接口电路主要用于单片机与无线数终端设备的数据接收和发送。U3采用电平转换芯片MAX485，该芯片将单片机的TTL电平转换成RS485信号，电阻R20、R22、R24启动上拉、下拉的作用，电容C11为芯片MAX485电源去耦，标号COMA2、COMB2分别为RS485数据线的RS485+和RS485-。

参图9所示，图9是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置指示灯电路的电路图。

本实施例的指示灯电路由限流电阻R5～R8和发光元件P04～P07组成。P04/P05/P06/P07分别为菜单按钮、菜单选择上移按钮、菜单选择下移按钮、菜单退出按钮。

参图10所示，图10是本实用新型基于传感器监测***的电源管理装置外部设备接口电路的电路图。

本实施例的外部设备接口电路由接口J2和二极管D10(1N4001)组成。其中二极管D10为防止电源接反启动保护电路作用，标号VIN12V为设备电源正极输入端口，GND为设备电源负极端口，12V为设备的供电电压12V，COMA0/COMB0分别为数据总线RS485+/RS485-用来连接通信设备数据端口,PCTXD/PCRXD分别为电脑端口的发送数据和接收数据端口用来连接电脑终端设备的数据端口，TXD0/RXD0分别为单片机串口0的发送数据和接受数据端口用来单片机下载调试程序端口。

在本实施例中，远程服务端发送到该装置的令帧格式，参见表1所示。

表1：令帧格格式1

起始字头

命令码

设备编号

数据块

校验码

0XBD,0XC9

HEX

XXXXXXXX

XXX

XOR

命令帧中所有字节都用十六进制表示，通信数据起始位为0，八位数据位，一位停止位，无奇偶校验，波特率为9600bit/s。报头为命令帧的起始标头固定为0XBD,0XC9。命令码分别表示传感器采集频率、打开传感器电源、关闭传感器电源。设备编号为设备的编号，共有八个字节(表1中用X表示)。数据块为采集的日期、蓄电池电源等(表1中用X表示)。校验码为它们所有之间进行异或校验得到的。

该装置发送到远程服务端的命令帧格式，参见表2。

表2：令帧格格式2

报头	命令码	设备编号	内容	校验码
					0XCC,0X8D	HEX	XXXXXXXX	XXX	XOR

命令帧中所以字节都为十六进制表示，通信数据起始位为0，八位数据位，一位停止位，无奇偶校验，波特率为9600bit/s。报头为命令帧的起始标头固定为0XCC,0X8D。命令码分别表示传感器采集频率、打开传感器电源、关闭传感器电源。设备编号为设备的编号，共有八个字节(表2中用X表示)。内容为采集日期、采集电压数据等(表2中用X表示)。校验码为它们所有之间进行异或校验得到的。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims

1.一种基于传感器监测***的电源管理装置，其特征在于，包括：主控制单元、第一电源控制单元、第二电源控制单元及数据传输单元；所述主控制单元与所述第一电源控制单元、第二电源控制单元及数据传输单元电连接；所述第二电源控制单元与所述数据传输单元电连接；所述主控制单元包括主控电路、指示灯电路、串口通信接口电路、主控电源电路、蓄电池电源采集电路及外部设备接口电路；所述第一电源控制单元包括传感器电源控制电路；所述第二电源控制单元包括无线终端设备电源控制电路；所述数据传输单元包括无线终端设备。

2.根据权利要求1所述的基于传感器监测***的电源管理装置，其特征在于，所述主控电路包括STC12C5620AD单片机，所述STC12C5620AD单片机的引脚4与外部晶体起振陶瓷电容C9及外部晶体Y1电连接；所述STC12C5620AD单片机的引脚5与外部晶体起振陶瓷电容C10及外部晶体Y1电连接；所述外部晶体起振陶瓷电容C9、C10与GND及接地电连接；所述外部晶体起振陶瓷电容C9、C10与所述外部晶体Y1电连接；复位电路与所述STC12C5620AD单片机电连接，所述复位电路包括电容C8及电阻R14，所述电阻R14与接地及电容C8电连接，所述电容C8与电源正极VCC电连接，所述STC12C5620AD单片机的引脚1与所述电容C8及电阻R14电连接；独石电容C7与所述STC12C5620AD单片机的引脚20、电源正极VCC及接地电连接；所述STC12C5620AD单片机包括传感器电源控制端口SERSON、无线终端设备电源控制端口SIM_CTR、单片机通信发送指示灯控制端口TXD_LED、单片机通信接收指示灯控制端口RXD_LED、蓄电池电压采集通道口ADC0、串口数据接收端口RXD0、串口数据发送端口TXD0、数据控制端口COM1以及传感器电源关闭打开指示灯控制端口POW_LED。

3.根据权利要求2所述的基于传感器监测***的电源管理装置，其特征在于，所述传感器电源控制电路包括开关电源芯片U4；所述开关电源芯片U4的引脚1与输入电压端VIN12V电连接；所述开关电源芯片U4的引脚2与电感L2电连接，电感L2与12V供电端电连接；输入滤波电容C3与所述开关电源芯片U4的引脚1、输入电压端VIN12V及GND电连接；输出滤波电容C4与电感L2与12V供电端、GND及接地电连接；二极管D3与所述开关电源芯片U4的引脚2、电感L2、GND及接地电连接；顶调电阻R3与所述电感L2、12V供电端、开关电源芯片U4的引脚4、GND及接地电连接；所述开关电源芯片U4的引脚5与限流电阻R1电连接，所述限流电阻R1与二极管D5电连接，所述二极管D5与所述传感器电源控制端口SERSON电连接；所述开关电源芯片U4的引脚4与接地电连接。

4.根据权利要求3所述的基于传感器监测***的电源管理装置，其特征在于，所述无线终端设备电源控制电路包括开关电源芯片U5，所述开关电源芯片U5的引脚1与输入电压端VIN12V电连接；输入滤波电容C5与所述开关电源芯片U5的引脚1、输入电压端VIN12V、GND及接地电连接；所述开关电源芯片U5的引脚2与电感L3电连接，所述电感L3通过接口J5与4.2V电源电连接，所述4.2V电源通过接口J6与GND及接地电连接；输出滤波电容C6与所述电感L3、接口J5、GND及接地电连接；二极管D4与所述开关电源芯片U5的引脚2、电感L3、GND及接地电连接；顶调电阻R4与所述电感L3、接口J5、GND及接地电连接；所述开关电源芯片U5的引脚5与限流电阻R2电连接，所述限流电阻R2与二极管D6电连接，所述二极管D6与所述无线终端设备电源控制端口SIM_CTR电连接；所述开关电源芯片U5的引脚3与接地电连接。

5.根据权利要求4所述的基于传感器监测***的电源管理装置，其特征在于，所述蓄电池电源采集电路包括分压电阻R25、分压电阻R26，所述分压电阻R25与所述分压电阻R26串联，所述分压电阻R25与供电输入端VIN电连接；所述分压电阻R26与接地电连接，限流电阻R27与所述分压电阻R25、所述分压电阻R26及单片机P17电连接；电容C18与所述限流电阻R27、单片机P17及接地电连接。