一种嵌入式设备多电源供电装置及其智能切换方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种嵌入式设备多电源供电装置及其智能切换方法，采用太阳能板、市电和蓄电池三种电源供电；通过光敏电路检测太阳能板所处环境阳光是否充足；通过电压检测电路检测各供电电源电压是否正常；通过支路供电状态检测电路检测市电和太阳能是否为异常供电状态；通过电量检测电路实时监测蓄电池的电量；通过驱动电路将控制信号连接到继电器的线圈，以控制各供电支路的通断；由MCU控制对蓄电池充电的速度和精度；通过LCD显示屏，显示当前供电电源的相关信息及实时报警信息；通过GSM模块，及时给维修人员发送故障短信。本发明专利技术能实现供电电源的无缝智能切换以及蓄电池的充、放电智能管理与控制，提高户外无人值守嵌入式设备供电的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了，具体为一种由太阳能板、市电以及蓄电池组成的多电源供电装置，涉及嵌入式设备的供电电源控制
。
技术介绍
对于一些户外使用、无人值守的实时信息采集或实时控制的重要嵌入式设备，其供电电源的可靠性至关重要，如果供电电源突然中断，极易造成重要信息的遗失或造成整个控制系统的崩溃，造成不可挽回的损失。采用多电源供电的方式则可以很好地提高嵌入式设备供电电源的可靠性。另外，对于一些市电不可及的户外嵌入式设备，采用带太阳能板及蓄电池的供电电源是一种较好的解决方案；对于一些市电可及的户外嵌入式设备，采用以太阳能板为主要供电电源、蓄电池为备用供电电源、市电为异常情况下的应急电源的解决方案则可以环保节能。现有的技术手段中，嵌入式设备的供电装置，其供电电源的类型往往比较单一，大多数为市电经过降压直接供电；也有一部分利用太阳能供电作为电源的设备，但是其对电源的选择和切换缺少相应的智能控制手段。同时，现有技术中缺少对嵌入式设备供电装置的实时监测手段，无法及时的通过检测和监控提前发现问题解决问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:针对现有技术的缺陷，提供，实现太阳能板、蓄电池、市电三种供电电源的“无缝”智能切换，以蓄电池为备用电源供电的方式填补切换过程的供电间隙；同时可对蓄电池充、放电的过程进行智能控制，解决太阳能板和市电均不可用情况下嵌入式设备的供电问题。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案:一种嵌入式设备多电源供电装置，包括太阳能板、220V市电AD/DC转换模块、蓄电池、光敏电路、第一电压检测模块、第二电压检测模块、第三电压检测模块、第一支路供电状态检测模块、第二支路供电状态检测模块、蓄电池电量检测模块、采样电阻(Rl)、MOS管开关、第一肖特基二极管(Dl)、第二肖特基二极管(D2)、第三肖特基二极管(D3)、第一继电器(K1)、第二继电器(K2)、第三继电器(K3)、驱动电路、电源总线模块、多电压等级输出模块、嵌入式MCU;所述太阳能板的输出端分别和第一电压检测模块的输入端、第一肖特基二极管(Dl)的一端、第一支路供电状态检测模块的第一输入端相连，光敏电路和太阳能板相连，光敏电路的输出端、第一电压检测模块的输出端、第一支路供电状态检测模块的输出端分别和嵌入式MCU相连，第一肖特基二极管(Dl)的另一端分别和第一支路供电状态检测模块的第二输入端、第一继电器(Kl)的一端相连，第一继电器(Kl)的另一端和电源总线模块相连，第一继电器(Kl)的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连；所述220V市电AD/DC转换模块的输出端分别和第二电压检测模块的输入端、第二肖特基二极管(D2)的一端、第二支路供电状态检测模块的第一输入端相连，第二电压检测模块的输出端和嵌入式MCU相连，第二肖特基二极管(D2)的另一端分别和第二支路供电状态检测模块的第二输入端、第二继电器(K2)的一端相连，第二继电器(K2)的另一端和电源总线模块相连，第二继电器(K2)的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连；所述蓄电池的充电输入端和MOS管开关的一端相连，MOS管的另一端和电源总线模块相连，MOS管的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连,蓄电池的放电输出端分别和第三电压检测模块的输入端、蓄电池电量检测模块的第一输入端、米样电阻(Rl)的一端相连，第三支路供电状态检测模块的输出端和嵌入式MCU相连，采样电阻(Rl)的另一端分别和第三肖特基二极管(D3)的一端、蓄电池电量检测模块的第二输入端相连，蓄电池电量检测模块的输出端和嵌入式MCU相连，第三肖特基二极管(D3)的另一端和第三继电器(K3)的一端相连，第三继电器(K3)的另一端和电源总线模块相连，第三继电器(K3)的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连；所述电源总线模块和多电压等级输出模块相连；太阳能板、220V市电AD/DC转换模块和蓄电池构成三路供电电源，三路供电电源并联接入电源总线模块，经多电压等级输出模块，对外围电路及嵌入式设备供电；通过嵌入式MCU的I/O数字端口和ADC模拟端口实时检测太阳能板、220V市电AD/DC转换模块的供电状态以及蓄电池的实时电量；所述驱动电路控制三路供电电源的通断以及蓄电池的充、放电；通过电压检测模块连接到嵌入式MCU的ADC模拟端口判断供电电源的电压值是否在设定的阈值范围内，通过支路供电状态检测模块检测220V市电AD/DC转换模块和太阳能板的供电状态，通过光敏电路检测太阳能板所处环境的光照量，将上述供电状态和光照量的逻辑信息输送至嵌入式MCU的I/O数字端口，对太阳能板进行异常供电诊断；通过嵌入式MCU的I/O数字端口控制输出PWM波信号，经过MOS开关管，对蓄电池的进行充电管理，控制蓄电池充电的速度和精度，当蓄电池电量低于设定的阈值时，增大PWM波的占空比，快速充电；当蓄电池电量高于设定的阈值时，减小PWM波占空比，缓慢充电，蓄电池的电量检测信号连接到嵌入式MCU的ADC模拟端口，嵌入式MCU对蓄电池进行实时电量监测。作为本专利技术的进一步优选方案，所述嵌入式设备多电源供电装置还包括与嵌入式MCU相连接的GSM模块、蜂鸣器和IXD显示屏。作为本专利技术的进一步优选方案，所述多电压等级输出模块的输出电压信号等级包括 24V、12V、9V、±5V、±3V。作为本专利技术的进一步优选方案，所述支路供电状态检测电路包括第一至第四精密可调电阻(R4、R5、R6、R7)、第一放大器(Ul)、第二放大器(U2)；所述第一精密可调电阻的一端和肖特基二极管的正极相连，第一精密可调电阻的另一端分别和第二精密可调电阻的一端、第一放大器的正输入端相连，第二精密可调电阻的另一端接地，第三精密可调电阻的一端和肖特基二极管的负极相连，第三精密可调电阻的另一端分别和第四精密可调电阻的一端、第一放大器的负输入端相连，第四精密可调电阻的另一端接地，第一放大器的输出端和第二放大器的负输入端相连，第二放大器的输出端和嵌入式MCU相连,第二放大器的正输入端输入参考电压。作为本专利技术的进一步优选方案，所述太阳能板的输出电压为24V。作为本专利技术的进一步优选方案，所述嵌入式MCU为STM32F107VCT6。作为本专利技术的进一步优选方案，所述第一、第二放大器为INA129。本专利技术还公开了基于所述的嵌入式设备多电源供电装置的智能切换方法，具体步骤如下:步骤1、设置蓄电池剩余电量阈值Ql和Q2，且Q1〈Q2，将蓄电池供电支路设置于常闭状态；步骤2、检测太阳能板的供电电压是否处于设定的正常工作阈值之内，如果处于设定的正常工作阈值之内，则启动太阳能板和蓄电池并联供电，并执行步骤3，否则执行步骤6；步骤3、检测太阳能板的供电状态，当供电状态不正常时，切断太阳能板供电，并执行步骤6，否则，执行步骤4;步骤4、检测220V市电供电支路的通断，如果220V市电AD/DC转换模块的供电支路处于闭合，则切断220V市电AD/DC转换模块供电，然后执行步骤5，否则直接执行步骤5 ；步骤5、检测蓄电池电量，对蓄电池进行充电或浮充管理，并返回步骤2 ;步骤6、检测光照量是否大于设定的阈值，如果大于设定的阈值，则对太阳能板供电异常进行故障诊断，启动蜂鸣报警，启动GSM短信报警，并返回步骤2，如果光照量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式设备多电源供电装置，其特征在于：包括太阳能板、220V市电AD/DC转换模块、蓄电池、光敏电路、第一电压检测模块、第二电压检测模块、第三电压检测模块、第一支路供电状态检测模块、第二支路供电状态检测模块、蓄电池电量检测模块、采样电阻（R1）、MOS管开关、第一肖特基二极管（D1）、第二肖特基二极管（D2）、第三肖特基二极管（D3）、第一继电器（K1）、第二继电器（K2）、第三继电器（K3）、驱动电路、电源总线模块、多电压等级输出模块、嵌入式MCU；所述太阳能板的输出端分别和第一电压检测模块的输入端、第一肖特基二极管（D1）的一端、第一支路供电状态检测模块的第一输入端相连，光敏电路和太阳能板相连，光敏电路的输出端、第一电压检测模块的输出端、第一支路供电状态检测模块的输出端分别和嵌入式MCU相连，第一肖特基二极管（D1）的另一端分别和第一支路供电状态检测模块的第二输入端、第一继电器（K1）的一端相连，第一继电器（K1）的另一端和电源总线模块相连，第一继电器（K1）的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连；所述220V市电AD/DC转换模块的输出端分别和第二电压检测模块的输入端、第二肖特基二极管（D2）的一端、第二支路供电状态检测模块的第一输入端相连，第二电压检测模块的输出端和嵌入式MCU相连，第二肖特基二极管（D2）的另一端分别和第二支路供电状态检测模块的第二输入端、第二继电器（K2）的一端相连，第二继电器（K2）的另一端和电源总线模块相连，第二继电器（K2）的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连；所述蓄电池的充电输入端和MOS管开关的一端相连，MOS管开关的另一端和电源总线模块相连，MOS管开关的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连，蓄电池的放电输出端分别和第三电压检测模块的输入端、蓄电池电量检测模块的第一输入端、采样电阻（R1）的一端相连，第三支路供电状态检测模块的输出端和嵌入式MCU相连，采样电阻（R1）的另一端分别和第三肖特基二极管（D3）的一端、蓄电池电量检测模块的第二输入端相连，蓄电池电量检测模块的输出端和嵌入式MCU相连，第三肖特基二极管（D3）的另一端和第三继电器（K3）的一端相连，第三继电器（K3）的另一端和电源总线模块相连，第三继电器（K3）的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连；所述电源总线模块和多电压等级输出模块相连；太阳能板、220V市电AD/DC转换模块和蓄电池构成三路供电电源，三路供电电源并联接入电源总线模块，经多电压等级输出模块，对外围电路及嵌入式设备供电；通过嵌入式MCU的I/O数字端口和ADC模拟端口实时检测太阳能板、220V市电AD/DC转换模块的供电状态以及蓄电池的实时电量；所述驱动电路控制三路供电电源的通断以及蓄电池的充、放电； 通过电压检测模块连接到嵌入式MCU的ADC模拟端口判断供电电源的电压值是否在设定的阈值范围内，通过支路供电状态检测模块检测220V市电AD/DC转换模块和太阳能板的供电状态，通过光敏电路检测太阳能板所处环境的光照量，将上述供电状态和光照量的逻辑信息输送至嵌入式MCU的I/O数字端口，对太阳能板进行异常供电诊断；通过嵌入式MCU的I/O数字端口控制输出PWM波信号，经过MOS开关管，对蓄电池进行充电管理，控制蓄电池充电的速度和精度，当蓄电池电量低于设定的阈值时，增大PWM波的占空比，快速充电；当蓄电池电量高于设定的阈值时，减小PWM波占空比，缓慢充电，蓄电池的电量检测信号连接到嵌入式MCU的ADC模拟端口，嵌入式MCU对蓄电池进行实时电量监测。...

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式设备多电源供电装置，其特征在于:包括太阳能板、220V市电AD/DC转换模块、蓄电池、光敏电路、第一电压检测模块、第二电压检测模块、第三电压检测模块、第一支路供电状态检测模块、第二支路供电状态检测模块、蓄电池电量检测模块、采样电阻(Rl)、MOS管开关、第一肖特基二极管(D1)、第二肖特基二极管(D2)、第三肖特基二极管(D3)、第一继电器(Kl)、第二继电器(K2)、第三继电器(K3)、驱动电路、电源总线模块、多电压等级输出模块、嵌入式MCU ； 所述太阳能板的输出端分别和第一电压检测模块的输入端、第一肖特基二极管(Dl)的一端、第一支路供电状态检测模块的第一输入端相连，光敏电路和太阳能板相连，光敏电路的输出端、第一电压检测模块的输出端、第一支路供电状态检测模块的输出端分别和嵌入式MCU相连，第一肖特基二极管(Dl)的另一端分别和第一支路供电状态检测模块的第二输入端、第一继电器(Kl)的一端相连,第一继电器(Kl)的另一端和电源总线模块相连,第一继电器(Kl)的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连； 所述220V市电AD/DC转换模块的输出端分别和第二电压检测模块的输入端、第二肖特基二极管(D2)的一端、第二支路供电状态检测模块的第一输入端相连，第二电压检测模块的输出端和嵌入式MCU相连，第二肖特基二极管(D2)的另一端分别和第二支路供电状态检测模块的第二输入端、第二继电器(K2)的一端相连，第二继电器(K2)的另一端和电源总线模块相连，第二继电器(K2)的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连； 所述蓄电池的充电输入端和MOS管开关的一端相连，MOS管开关的另一端和电源总线模块相连，MOS管开关的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连，蓄电池的放电输出端分别和第三电压检测模块的输入端、蓄电池电量检测模块的第一输入端、采样电阻(Rl)的一端相连，第三支路供电状态检测模块的输出端和嵌入式MCU相连，采样电阻(Rl)的另一端分别和第三肖特基二极管(D3)的一端、蓄电池电量检测模块的第二输入端相连，蓄电池电量检测模块的输出端和嵌入式M CU相连，第三肖特基二极管(D3 )的另一端和第三继电器(K3 )的一端相连，第三继电器(K3)的另一端和电源总线模块相连，第三继电器(K3)的输入端经过驱动电路和嵌入式MCU相连； 所述电源总线模块和多电压等级输出模块相连； 太阳能板、220V市电AD/DC转换模块和蓄电池构成三路供电电源，三路供电电源并联接入电源总线模块，经多电压等级输出模块，对外围电路及嵌入式设备供电；通过嵌入式MCU的I/O数字端口和ADC模拟端口实时检测太阳能板、220V市电AD/DC转换模块的供电状态以及蓄电池的实时电量；所述驱动电路控制三路供电电源的通断以及蓄电池的充、放电； 通过电压检测模块连接到嵌入式MCU的ADC模拟端口判断供电电源的电压值是否在设定的阈值范围内，通过支路供电状态检测模块检测220V市电AD/DC转换模块和太阳能板的供电状态，通过光敏电路检测太阳能板所处环境的光照量，将上述供电状态和光照量的逻辑信息输送至嵌入式MCU的I/O数字端口，对太阳能板进行异常供电诊断； 通过嵌入式MCU的I/O数字端口控制输出PWM波信号，经过MOS开关管，对蓄电池进行充电管理，控制蓄电池充电的速度和精度，当蓄电池电量低于设定的阈值时，增大PWM波的占...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾飞，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32