CN208834141U - 一种基于安防监控设备的电源管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子电路技术领域，提供了一种基于安防监控设备的电源管理***，安防监控设备包括主控模块，该电源管理***包括电源模块、核心管理模块以及多个功能模块，电源模块对核心管理模块进行供电后，核心管理模块根据工作时序控制主控模块以及多个所述功能模块的上电启动、运行、休眠、唤醒以及掉电关机。由此实现智能控制各个功能模块的作用，并且根据每个功能模块的上电顺序和掉电顺序进行有序控制，避免了设备启动的时候瞬时功耗过大而导致部分硬盘无法正常启动，同时起到了节能的效果，解决了现有的用于安防监控的电源管理技术存在着无法智能管理各个功能模块，以及出现设备启动的时候瞬时功耗过大而导致部分硬盘无法正常启动的问题。

Description

一种基于安防监控设备的电源管理***

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，尤其涉及一种基于安防监控设备的电源管理***。

背景技术

目前，随着安防监控设备的性能越来越强，产品越来越集成化、智能化，单个产品的功耗也越来越大。功耗的增加除了对产品设计过程中的散热有很高的要求之外，对设备本身的电源***性设计也是一种挑战。对于一些不合理的设备内部电源***的设计，会导致设备硬件成本的增加。

在大多数产品的设计中，在主方案(如CPU数量)确定的情况下，产品综合性能和产品功耗是互相矛盾的。例如，对于一个NVR(Network Video Recorder，网络硬盘录像机)产品而言，内置8个硬盘和内置16个硬盘的区别在于：产品满载工作的功耗完全不一样，甚至于会出现在设备启动的时候瞬时功耗过大而导致部分硬盘无法正常启动的情况。

在安防行业内为解决产品电源功耗大的问题，一般采取的做法有：(1)选用大功率的电源给设备供电，使所选用的电源不但能够满足设备内所有模块正常工作的功耗，还能够完全满足设备满载启动时过大的瞬时功耗。该种做法虽然可以从根本上解决设备电源带不动负载的问题，但是会对一个产品带来很大的成本压力，仅仅是电源部分就会增加接近三倍的成本。(2)减少产品的非关键功能模块，从而减少设备开机启动瞬间的波动和稳定工作时的电源功耗，这样不仅可以降低电源成本，还能降低整个产品的成本。该种做法的优点是使产品在成本上有优势，但是缺点也很明显，产品无法做到集成化，使产品本来应该有的扩展性能不能得到充分的发挥，用户要想有一个性能集成度高的产品，还需要多个产品拼凑起来，形成一个外部***，如此反而增加了产品使用者的成本，也间接增加了整套产品***组网集成的压力。

因此，现有的用于安防监控的电源管理技术存在着无法智能管理各个功能模块，以及出现设备启动的时候瞬时功耗过大而导致部分硬盘无法正常启动的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于安防监控设备的电源管理***，旨在解决现有的用于安防监控的电源管理技术存在着无法智能管理各个功能模块，以及出现设备启动的时候瞬时功耗过大而导致部分硬盘无法正常启动的问题。

本实用新型提供了一种基于安防监控设备的电源管理***，所述安防监控设备包括主控模块，所述电源管理***包括：

电源模块、核心管理模块以及多个功能模块；

所述电源模块分别与所述主控模块、所述核心管理模块以及多个所述功能模块相连接，所述核心管理模块分别与所述主控模块以及多个所述功能模块相连接；

所述电源模块用于输出电压信号对所述主控模块、所述核心管理模块以及多个所述功能模块进行供电，所述核心管理模块用于接收到所述电压信号后，根据工作时序控制所述主控模块以及多个所述功能模块的上电启动、运行、休眠、唤醒以及掉电关机。

本实用新型提供的一种基于安防监控设备的电源管理***，安防监控设备包括主控模块，该电源管理***包括电源模块、核心管理模块以及多个功能模块，电源模块对核心管理模块进行供电后，核心管理模块根据工作时序控制主控模块以及多个所述功能模块的上电启动、运行、休眠、唤醒以及掉电关机。由此实现了智能控制电源管理***中的各个功能模块的作用，并且根据每个功能模块的上电顺序和掉电顺序进行有序控制，避免了设备启动的时候瞬时功耗过大而导致部分硬盘无法正常启动，同时起到了节能的效果，解决了现有的用于安防监控的电源管理技术存在着无法智能管理各个功能模块，以及出现设备启动的时候瞬时功耗过大而导致部分硬盘无法正常启动的问题。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种基于安防监控设备的电源管理***的模块结构示意图。

图2是本实用新型提供的一种基于安防监控设备的电源管理***的工作原理示意图。

图3是本实用新型一实施例提供的一种基于安防监控设备的电源管理***中开关电路的示例电路图。

图4是本实用新型另一实施例提供的一种基于安防监控设备的电源管理***中开关电路的示例电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

上述的一种基于安防监控设备的电源管理***，安防监控设备包括主控模块，该电源管理***包括电源模块、核心管理模块以及多个功能模块，电源模块对核心管理模块进行供电后，核心管理模块根据工作时序控制主控模块以及多个所述功能模块的上电启动、运行、休眠、唤醒以及掉电关机。其中，上述安防监控设备包括NVR(Network VideoRecorder，网络硬盘录像机)、DVR (Digital Video Recorder，硬盘录像机)以及多模块的网络摄像机中的任意一项。

图1示出了本实用新型提供的一种基于安防监控设备的电源管理***的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述一种基于安防监控设备的电源管理***，该安防监控设备包括主控模块104，该电源管理***包括电源模块101、核心管理模块102以及多个功能模块103。

电源模块101分别与主控模块104、核心管理模块102以及多个功能模块 103相连接，核心管理模块102分别与主控模块104以及多个功能模块103相连接。

电源模块101用于输出电压信号对主控模块104、核心管理模块102以及多个功能模块103进行供电，核心管理模块102用于接收到电压信号后，根据工作时序控制主控模块104以及多个功能模块103的上电启动、运行、休眠、唤醒以及掉电关机。

作为本实用新型一实施例，上述多个功能模块103包括解码显示模块、网络转发模块、传感模块、散热模块以及存储模块。当然，解码显示模块、网络转发模块、传感模块、散热模块以及存储模块都为现有的模块。

以16盘位的NVR设备为例，该安防监控设备中涉及到功率大的功能模块有：(1)主控CPU及其最小***，负责网络数据的接入和转发解码以及存储数据的管理；(2)各个解码显示模块；(3)4个散热风扇；(4)16个存储硬盘；(5)网络转发模块；(6)智能节能电源管理模块(即是上述的核心管理模块)；(7)主电源。

在上面的各个模块中，启动顺序依次为：主电源上电---->智能节能电源管理模块工作--->主控CPU及其最小***上电启动--->网络转发模块启动--->各个解码显示模块上电启动--->16个硬盘分批次上电启动--->根据设备内部温度决定散热风扇模块是否启动。

结合该安防监控设备中核心管理模块所需要管理的功能模块数量，其采用型号为SMT32F103RBT6的单片机，此款型号的单片机有足够的IO口和串口供安防监控设备适用，也不会造成过多的资源浪费。

在该安防监控设备中，CPU及其最小***的功率接近10W，这是必须要首先稳定运行的模块，主要的要求是在CPU及其最小***电源启动时序要求必须满足，启动主控CPU及其最小***时所需要的时序控制由智能节能电源管理模块所采用的单片机实现。

根据上电时序要求，可直接由核心管理模块的单片机来控制，进而省去了控制上电时序的专用芯片。同时，时序间隔是可灵活可调的，不像专门的时序控制芯片，所控制的时序间隔是固定不变的。

在上述模块中，解码显示模块和网络转发模块其实是同时启用，同时工作的。并且解码显示模块是可以扩展的，以扩展板卡的形式存在。因此，对于这些模块的控制，根据实际产品的配置，由主控CPU发送给核心管理模块的单片机，再由单片机来控制这些模块的启动。解码显示模块与主控CPU一样，其最小***的上电时序，也可以由核心管理模块的单片机来控制。此外，对于主控 CPU来说，解码显示模块属于它的***模块，主控CPU需要实时监测解码显示模块的工作状态。主控CPU控制解码显示模块的启动运行和停止运行，只要解码显示模块稳定运行，便可实时地反馈稳定运行的信号给核心管理模块的单片机。

该安防监控设备中的16个硬盘是功耗最大的功能模块，对于安防常用的监控级别的机械硬盘来说，每个硬盘稳定工作的功耗是10瓦，但是每个硬盘启动瞬间的功耗最高可以达到30瓦。在这种情况下，如果16个硬盘同时启动，硬盘部分的总功耗至少要500瓦，但是所有硬盘完成启动稳定工作后总功耗却只要320W。因此，需要核心管理模块的单片机以控制硬盘进行分批次启动。通过实测发现硬盘启动时的瞬时功耗是稳定运行时的三倍，瞬时功耗的波动持续时间在1到2秒不等。将硬盘分成3个批次启动，第一批次启动8个硬盘，间隔4秒，第二批次启动4个硬盘，间隔4秒，第三批次启动4个硬盘。这样就可以很好的避免因为硬盘的瞬时启动功率过高导致电源总功率一定要很高才能满足启动要求的情况。

由于产品属于大功率设备，所以配有4个风扇。每个风扇稳定运行时的总功率是4W，加起来16W，瞬时启动时的总功率有20W。对于风扇的控制，最主要的原因是风扇是用来散热的，设备刚启动的时候设备内部的温度并不高，这个时候没必要打开散热风扇。所以对于设备刚开始开机运行时，核心管理单片机控制风扇不工作，只有实时监测到温度大于预设阈值时，散热风扇才会开启。

图2示出了本实用新型提供的一种基于安防监控设备的电源管理***的工作原理，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，上述电源模块101包括主电源1011、常电区电源1012以及多个非常电区电源1013。

主电源1011分别与常电区电源1012以及多个非常电区电源1013相连接，常电区电源1012与核心管理模块102相连接，多个非常电区电源1013分别与对应的多个功能模块103一一相连接。

具体地，主电源1011主要接受外部电源的输入，并进行转换后得到设备内部电源所需的初级电源。常电区电源1012主要指的就是核心管理模块102的电源，这部分电源会优先上电，然后控制其他部分电源的上电顺序，只要有正常电源输入存在，常电区部分就一直保持供电状态。非常电区电源1013指的就是被控制和管理的各个功能模块的电源。

并且，核心管理模块102分别与主控模块104以及多个功能模块103相连接的方式是采用开关电路进行连接及控制。核心管理模块102采用单片机实现，在本实施例中，单片机的型号为SMT32F103RBT6，该单片机性价比高、启动时间快，当然，单片机的型号不作限定，只要能达到与本实施例中的单片机的功能作用亦可。

核心管理模块102，自身启动快(避免引起整机启动过慢的情况)，不易受其他模块干扰，逻辑控制简单，自身可独立运行，同时还需要与主控模块104 进行双向通信。其主要功能有：1、管理设备各个模块初始启动时的上电顺序和关闭时的关电顺序；2、管理设备中各个模块内部有上电时序要求的最小***的上电时序；3、管理设备各个模块的休眠和唤醒；4、监控设备各个模块的运行状态，进行实时监控，可进行重启和复位各个被管理的模块。

大多数安防设备中，除主电源1011外，还有各个功能模块所需的次级电源，如CPU及其最小***所需的电源、硬盘工作所需的电源、散热风扇所需的电源等。核心管理模块102就是通过其核心单片机的IO口，发送使能控制信号，以控制为各个功能模块供电的电源(DC-DC或者LDO)的使能，进而控制多个功能模块103的电源的开启和关闭，达到控制多个功能模块103的上电或者掉电的目的；同时根据产品中各模块启动的先后顺序以及对应的延迟时间，作相应的间隔延迟。有些模块可以一起启动，有些需要延迟启动，避免相同的启动电流峰值在同一时间叠加，这些都需要核心管理模块102的单片机根据实际情况来决定。

上述多个功能模块103的供电电源，一般都是由电压转换芯片(DC-DC或者LDO)组成。例如，在主电源1011只有DC 12V输出的情况下，就需要由DC 12V转换成DC 5V、DC 3.3V、DC1.8V、DC 1.0V等其他各个功能模块所需的电压。这些电压转换芯片都有一个使能控制脚，这个使能控制脚用于控制电压转换芯片的开与关。核心管理模块102的单片机就是通过控制电源芯片这个使能脚的电平来控制电源芯片的工作和非工作状态，进而控制该电源芯片所在的功能模块的上电和掉电。例如，核心管理模块102的单片机的IO口给到电源转换芯片使能脚一个高电平，电源转换芯片开始工作，当给到电源转换芯片的使能脚一个低电平且一直保持低电平的状态时，电源转换芯片就一直处于不工作状态。

对于一些功能模块，如风扇，硬盘等，所需的电源电压可能直接由主电源 1011提供，中间不需要电源转换芯片进行电压转换，对于这类功能模块的电源开关控制，可采用由开关管(如MOS管等)组合而成的开关电路来控制，同样由核心管理模块102的单片机的IO通过高低电平进行控制。对开关电路最主要的要求就是所采用的开关管导通时的内阻要足够小，使得开关电路本身的电源损耗足够小。

上述中对于散热风扇的控制，是通过实时监控设备内部的温度，由设备内部温度的高低来决定是否开启散热风扇的。对于大功率的设备都内置有散热风扇，使得设备能够适应温度较高的工作环境。但是对于温度较低的场合，此时的散热风扇就无需一直开启。通过温度传感器检测到设备内的实时温度，传给主控模块104，再由主控模块104根据事先设定的温度阈值，决定是否要开启或者关闭风扇，进一步达到智能节能的目的。同硬盘类似，风扇的电源控制，也可以的开关管组成的开关电路来实现。

上述中，根据被控制模块需要，同时为了保证控制***的精准和整个设备运行的稳定，会有一个闭环反馈控制网络，包括反馈信号和复位或者重启信号。当被控制模块正常工作时，会发送固定频率的方波给核心管理模块102的单片机，当被控制模块不正常工作时，不会发送固定频率的方波，可能发送的是固定的高电平或者低电平等一些不可控不规则的信号给核心管理模块102的单片机，核心控制模块以此信号来判断被控制模块工作是否正常。除此之外，核心管理模块102还可以通过单片机的IO口复位或者重启被控制的功能模块，实现被控制模块的复位或者重启。至于在何种情况下复位，在何种情况下重启，由核心管理模块102的单片机通过和主控模块104的通信决定。

上述中，核心管理模块102的单片机，并非完全独立运行，其中部分上电初始化的控制是由核心控制模块的单片机独立运行的，但是设备正常上电启动后的大部分控制工作是由设备内部的主控模块104来决定的，主控模块104通过串口与核心管理模块102的单片机通信，进而通过核心管理模块102的单片机来实现各模块的控制。

上述中，核心管理模块102的单片机执行的操作并不是固定的不变的，可实现在线升级，实时接收主控模块104的指令。有些功能模块需要定制更改或者不启动时，可以通过主控模块104进行在线升级核心管理模块102的单片机程序以执行新的操作。

上述中，为保证核心管理模块102的单片机的稳定运行，对核心管理模块 102的单片机增加硬件开门狗，实时监测单片机的运行情况。当检测到核心管理模块102的单片机出现异常时，及时复位重启。

图3示出了本实用新型一实施例提供的一种基于安防监控设备的电源管理***中开关电路的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，上述开关电路包括第一电阻R6001、第二电阻 R6002、第三电阻R6003、第十一电阻R6011、第一开关管Q2618、第二开关管 Q2619、第三开关管Q2620、第三电容C8743、第四电容C8744、第五电容C8745 以及第十电容C8750。

第十一电阻R6011的第一端与第二电阻R6002的第一端以及第二开关管 Q2619的受控端接核心管理模块102，第十一电阻R6011的第二端接第一参考电压5V，第二电阻R6002的第二端与第二开关管Q2619的输入端接地，第二开关管Q2619的输出端、第一电阻R6001的第一端、第三电容C8743的第一端、第四电容C8744的第一端、第一开关管Q2618的受控端、第三电阻R6003的第一端、第五电容C8745的第一端、第十电容C8750的第一端以及第三开关管Q2620的受控端共接，第一电阻R6001的第二端与第四电容C8744的第二端以及第一开关管Q2618的输出端接第二参考电压12V，第三电阻R6003的第二端与第十电容C8750的第二端以及第三开关管Q2620的输出端接第二参考电压 12V，第三电容C8743的第二端与第五电容C8745的第二端接地，第一开关管 Q2618的输入端与第三开关管Q2620的输入端共接。

具体地，上述开关电路主要应用于硬盘等大功率模块的电源开关控制上。其中，SATA_PWR_CTRL0是由核心管理模块102发出的控制信号。当需要关闭开关电路时，核心管理模块102的单片机控制SATA_PWR_CTRL0为低电平状态，第二开关管Q2619关断，从而导致第一开关管Q2618和第三开关管Q2620 的栅极处于高电平状态，则第一开关管Q2618和第三开关管Q2620也处于关断状态。这样整个开关电路都处于关断状态，硬盘模块不上电。反之，如果需要开启开关电路时，由单片机控制SATA_PWR_CTRL0为高电平状态，第二开关管Q2619导通，从而导致第一开关管Q2618和第三开关管Q2620的栅极处于低平状态，第一开关管Q2618和第三开关管Q2620处于导通状态。这样整个开关电路都处于开启状态，硬盘模块上电。在该开关电路中之所以选择第一开关管Q2618和第三开关管Q2620两个MOS管同时使用，防止单个MOS管导通电流有限，避免因为MOS管的限流导致硬盘模块因电源功率不足而出现掉电的情况。

图4示出了本实用新型另一实施例提供的一种基于安防监控设备的电源管理***中开关电路的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型另一实施例，上述开关电路包括第九电阻R6009、第十电阻R6010、第十五电阻R6015、第三二极管D2203、第八电容C8808、第九电容C8809、第十电容C8810、第十八电容C3688、第四开关管Q2634以及第五开关管Q2635。

第十电阻R6010的第一端与第十五电阻R6015的第一端以及第五开关管 Q2635的受控端接核心管理模块102，第十五电阻R6015接第一参考电压5V，第十电阻R6010的第二端与第五开关管Q2635的输入端接地，第五开关管 Q2635的输出端、第九电阻R6009的第一端、第十电容C8810的第一端、第九电容C8809的第一端以及第四开关管Q2634的受控端共接，第九电阻R6009 的第二端与第十电容C8810的第二端以及第四开关管Q2634的输出端接第二参考电压12V，第四开关管Q2634的输入端、第八电容C8808的第一端、第十八电容C3688的第一端以及第三二极管D2203的阴极共接，第八电容C8808的第二端与第十八电容C3688的第二端以及第三二极管D2203的阳极共接。

具体地，上述开关电路主要应用于风扇等功率相对较小的模块的电源开关控制上。其中，FUN_CTRL是由核心管理模块102发出的控制信号。当需要关闭开关电路时，核心管理模块102的单片机控制FUN_CTRL为低电平状态，第五开关管Q2635不导通，从而导致第四开关管Q2634的栅极处于高电平状态，则第四开关管Q2634也处于关断状态，这样整个开关电路都处于关断状态，风扇模块不上电。反之，如果需要开启开关电路时，由核心管理模块102的单片机控制FUN_CTRL为高电平状态，第五开关管Q2635导通，从而导致第四开关管Q2634的栅极处于低平状态，第四开关管Q2634处于导通状态，这样整个开关电路都处于开启状态，风扇模块上电。

综上，本实用新型实施例提供的一种基于安防监控设备的电源管理***，安防监控设备包括主控模块，该电源管理***包括电源模块、核心管理模块以及多个功能模块，电源模块对核心管理模块进行供电后，核心管理模块根据工作时序控制主控模块以及多个所述功能模块的上电启动、运行、休眠、唤醒以及掉电关机。由此实现了智能控制电源管理***中的各个功能模块的作用，并且根据每个功能模块的上电顺序和掉电顺序进行有序控制，避免了设备启动的时候瞬时功耗过大而导致部分硬盘无法正常启动，同时起到了节能的效果，解决了现有的用于安防监控的电源管理技术存在着无法智能管理各个功能模块，以及出现设备启动的时候瞬时功耗过大而导致部分硬盘无法正常启动的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于安防监控设备的电源管理***，所述安防监控设备包括主控模块，其特征在于，所述电源管理***包括：

电源模块、核心管理模块以及多个功能模块；

所述电源模块分别与所述主控模块、所述核心管理模块以及多个所述功能模块相连接，所述核心管理模块分别与所述主控模块以及多个所述功能模块相连接；

所述电源模块用于输出电压信号对所述主控模块、所述核心管理模块以及多个所述功能模块进行供电，所述核心管理模块用于接收到所述电压信号后，根据工作时序控制所述主控模块以及多个所述功能模块的上电启动、运行、休眠、唤醒以及掉电关机。

2.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，多个所述功能模块包括解码显示模块、网络转发模块、传感模块、散热模块以及存储模块。

3.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，所述电源模块包括主电源、常电区电源以及多个非常电区电源；

所述主电源分别与所述常电区电源以及多个所述非常电区电源相连接，所述常电区电源与所述核心管理模块相连接，多个所述非常电区电源分别与对应的多个所述功能模块一一相连接。

4.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，所述核心管理模块采用单片机实现。

5.如权利要求1所述的电源管理***，其特征在于，所述核心管理模块分别与所述主控模块以及多个所述功能模块相连接的方式是采用开关电路进行连接。

6.如权利要求5所述的电源管理***，其特征在于，所述开关电路包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第十一电阻、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第三电容、第四电容、第五电容以及第十电容；

所述第十一电阻的第一端与所述第二电阻的第一端以及所述第二开关管的受控端接所述核心管理模块，所述第十一电阻的第二端接第一参考电压，所述第二电阻的第二端与所述第二开关管的输入端接地，所述第二开关管的输出端、所述第一电阻的第一端、所述第三电容的第一端、所述第四电容的第一端、所述第一开关管的受控端、所述第三电阻的第一端、所述第五电容的第一端、所述第十电容的第一端以及所述第三开关管的受控端共接，所述第一电阻的第二端与所述第四电容的第二端以及所述第一开关管的输出端接第二参考电压，所述第三电阻的第二端与所述第十电容的第二端以及所述第三开关管的输出端接所述第二参考电压，所述第三电容的第二端与所述第五电容的第二端接地，所述第一开关管的输入端与所述第三开关管的输入端共接。

7.如权利要求5所述的电源管理***，其特征在于，所述开关电路包括：

第九电阻、第十电阻、第十五电阻、第三二极管、第八电容、第九电容、第十电容、第十八电容、第四开关管以及第五开关管；

所述第十电阻的第一端与所述第十五电阻的第一端以及所述第五开关管的受控端接所述核心管理模块，所述第十五电阻接第一参考电压，所述第十电阻的第二端与所述第五开关管的输入端接地，所述第五开关管的输出端、所述第九电阻的第一端、所述第十电容的第一端、所述第九电容的第一端以及所述第四开关管的受控端共接，所述第九电阻的第二端与所述第十电容的第二端以及所述第四开关管的输出端接第二参考电压，所述第四开关管的输入端、所述第八电容的第一端、所述第十八电容的第一端以及所述第三二极管的阴极共接，所述第八电容的第二端与所述第十八电容的第二端以及所述第三二极管的阳极共接。