高可用性物联网网关的供电系统及主动智慧充电方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高可用性物联网网关的供电系统及主动智慧充电方法，本发明专利技术利用标准USB接口连接太阳能光伏板、适配器和/或调试设备，将其电压调节至标准的5伏电压实现电能供给。本发明专利技术在对电池进行充电时，还进一步根据环境采样单元和电池采样单元所获得的外部环境光强、外部环境温度、电池电压、电池温度设定电池的充电电压、电池的最大充电电流和电池的最大电流时间，由此对电池进行高效率的充电。本发明专利技术能够自适应不同规格太阳能光伏板，并选择最好的充电时机，在最优的电池电压，最大的太阳能输出，适当的温度，最大的充电电流下主动充电，实现一次性快充满充锂电。

【技术实现步骤摘要】
高可用性物联网网关的供电系统及主动智慧充电方法
本专利技术涉及太阳能光伏
，尤其涉及一种高可用性物联网网关的供电系统及主动智慧充电方法。
技术介绍
物联网网关是一种可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联的网络设备。现在传统的网关供电设备多为太阳能供电和市电的形式，用这些方法的网关充电设备，调试维护时需要独立用不同的连接器口，且只能适配与接口规格匹配的输入端设备(如5V或12V或24V等(定额功率)输出设备)。现有的网关充电的锂电充电系统，只能在电池电压不足时被动充电，充电电流小而固定，几乎每天都需要进行充电。因此，现有设备电池寿命会大大降低。其充电效能受外部环境因素影响较大，经常不能将电池充满电，因而会严重影响电池寿命，在连续阴雨天气被动充电时，还会导致电池充电电量不够，电池过放。严重时可能发生设备因电量不够自动关机。现有物联网网关锂电设备充放电整个生命周期通常只有3年(600次充放电循环)。而相应的物联网设备产品一般要求达到10年以上工作年限，所以用这些充电系统，会严重破坏设备的稳定性和持续性。现有设备需要将锂电设计成可维护的形式，因而会增加系统设计成本，降低系统的稳定性，并增加客诉及维护成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高可用性物联网网关的供电系统及主动智慧充电方法。本专利技术首先提供一种高可用性物联网网关的供电系统，其包括：标准USB接口，其用于连接太阳能光伏板、适配器和/或调试设备；网关供电输入板，其连接所述标准USB接口，用于接收所述太阳能光伏板和/或适配器的电信号；电池采样单元，其用于采集电池电压、电池温度；环境采样单元，其用于采集外部环境光强、外部环境温度；控制单元，其连接所述电池采样单元、环境采样单元、标准USB接口，用于根据电池电压、电池温度、外部环境光强、外部环境温度设定电池的充电电压、电池的最大充电电流和电池的最大电流时间，还用于根据所述调试设备的调试信号调试其内部数据；充电单元，其连接电池、网关供电输入板和控制单元，用于接收所述网关供电输入板由所述太阳能光伏板和/或适配器所获取的电信号，根据控制单元所设定的电池的充电电压、电池的最大充电电流和电池的最大电流时间对电池进行充充电。可选的，如上任一所述的高可用性物联网网关的供电系统，其中，所述网关供电输入板还在所述太阳能光伏板、适配器与充电单元之间设置有自适应模块，所述自适应模块用于将所述太阳能光伏板、适配器所输入的电信号的电压调整至5伏，输出5伏电信号至充电单元。可选的，如上任一所述的高可用性物联网网关的供电系统，其中，所述自适应模块包括：电压比较器，其连接所述太阳能光伏板和/或适配器，用于比较所述太阳能光伏板和/或适配器所输入的电信号是否大于5伏；电压转换电路，其连接所述电压比较器，用于在所述电压比较器判断所述太阳能光伏板和/或适配器所输入的电信号大于5伏时调整所述电信号的电压至5伏，输出5伏电信号至充电单元，或者在所述太阳能光伏板和/或适配器所输入的电信号等于5伏时直接输出5伏电信号至充电单元。可选的，如上任一所述的高可用性物联网网关的供电系统，其中，所述电池采样单元包括：电池温度传感器和电池电压传感器，其分别采集电池电压和电池温度，输出对应电池电压和电池温度的模拟信号至控制单元中；所述控制单元内设置有数模转换模块，其用于接收对应电池电压和电池温度的模拟信号，将该模拟信号转换为对应的电池电压数值和电池温度数值。可选的，如上任一所述的高可用性物联网网关的供电系统，其中，所述环境采样单元包括：光强传感器和户外温度传感器，其分别采集外部环境光强和外部环境温度，输出对应外部环境光强和外部环境温度的模拟信号至控制单元中；所述控制单元内设置有数模转换模块，其用于接收对应外部环境光强和外部环境温度的模拟信号，将该模拟信号转换为对应的外部环境光强数值和外部环境温度数值。可选的，如上任一所述的高可用性物联网网关的供电系统，其中，所述控制单元中还设置有主动智慧充电单元，其用于：首先，判断电池电压是否达到3.6V，若达到则不充电，若未达到则进一步判断电池电压是否达到3.5伏，若电池电压未达到3.5伏则设置所述充电单元以200毫安对电池进行充电，若电池电压达到3.5伏则执行一次性快充步骤；所述一次性快充步骤包括：根据外部环境光强、外部环境温度以及太阳能光伏特性确认最大功率区间；根据电池电压、电池温度确认电池的最优充电电压、电池的最大充电电流和电池的最大电流时间；设置所述充电单元在最大功率区间以及电池的最优充电电压、电池的最大充电电流、电池的最大电流时间下对电池进行充电。可选的，如上任一所述的高可用性物联网网关的供电系统，其中，还包括升压电路，其一端连接所述电池，其另一端连接在所述标准USB接口与调试设备之间，用于提高所述标准USB接口与调试设备之间电压。可选的，如上任一所述的高可用性物联网网关的供电系统，其中，所述升压电路连接有肖特基二极管，所述肖特基二极管的正极连接所述电池，所述肖特基二极管的负极连接在所述标准USB接口与调试设备之间，所述肖特基二极管的反向电压高于所述太阳能光伏板和适配器的最高电压值。同时，本专利技术还提供一种用于上述任一所述高可用性物联网网关的供电系统的主动智慧充电方法，其步骤包括：第一步，判断电池电压是否达到3.6V，若达到则不充电，若未达到则跳转至第二步；第二步，判断电池电压是否达到3.5伏，若电池电压未达到3.5伏则设置所述充电单元以200毫安对电池进行充电，若电池电压达到3.5伏则跳转至第三步；第三步，根据外部环境光强、外部环境温度以及太阳能光伏特性确认最大功率区间；根据电池电压、电池温度确认电池的最优充电电压、电池的最大充电电流和电池的最大电流时间；第四步，设置所述充电单元在最大功率区间以及电池的最优充电电压、电池的最大充电电流、电池的最大电流时间下对电池进行充电。可选的，如上任一所述的主动智慧充电方法，其中，第四步中，所述充电单元具体按照以下步骤对电池进行充电：判断所述太阳能光伏板和/或适配器的电信号是否超过5伏，若未超过则直接接收所述太阳能光伏板和/或适配器的电信号，并按照电池的最优充电电压、电池的最大充电电流、电池的最大电流时间下对电池进行充电；若超过则先将所述太阳能光伏板和/或适配器的电信号调整至5伏，接收调整后所获得的5伏的电信号，并按照电池的最优充电电压、电池的最大充电电流、电池的最大电流时间下对电池进行充电。有益效果本专利技术能够利用标准USB接口连接太阳能光伏板、适配器和/或调试设备，将其电压调节至标准的5伏电压实现电能供给。由此，本专利技术能够适配不同规格的光伏板，方便采购和控制部件生产成本。本专利技术通过共用标准USB接口可以节省设备空间。本专利技术在对电池进行充电时，还进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高可用性物联网网关的供电系统，其特征在于，包括：/n标准USB接口，其用于连接太阳能光伏板、适配器和/或调试设备；/n网关供电输入板，其连接所述标准USB接口，用于接收所述太阳能光伏板和/或适配器的电信号；/n电池采样单元，其用于采集电池电压、电池温度；/n环境采样单元，其用于采集外部环境光强、外部环境温度；/n控制单元，其连接所述电池采样单元、环境采样单元、标准USB接口，用于根据电池电压、电池温度、外部环境光强、外部环境温度设定电池的充电电压、电池的最大充电电流和电池的最大电流时间，还用于根据所述调试设备的调试信号调试其内部数据；/n充电单元，其连接电池、网关供电输入板和控制单元，用于接收所述网关供电输入板由所述太阳能光伏板和/或适配器所获取的电信号，根据控制单元所设定的电池的充电电压、电池的最大充电电流和电池的最大电流时间对电池进行充充电。/n

【技术特征摘要】
1.一种高可用性物联网网关的供电系统，其特征在于，包括：
标准USB接口，其用于连接太阳能光伏板、适配器和/或调试设备；
网关供电输入板，其连接所述标准USB接口，用于接收所述太阳能光伏板和/或适配器的电信号；
电池采样单元，其用于采集电池电压、电池温度；
环境采样单元，其用于采集外部环境光强、外部环境温度；
控制单元，其连接所述电池采样单元、环境采样单元、标准USB接口，用于根据电池电压、电池温度、外部环境光强、外部环境温度设定电池的充电电压、电池的最大充电电流和电池的最大电流时间，还用于根据所述调试设备的调试信号调试其内部数据；
充电单元，其连接电池、网关供电输入板和控制单元，用于接收所述网关供电输入板由所述太阳能光伏板和/或适配器所获取的电信号，根据控制单元所设定的电池的充电电压、电池的最大充电电流和电池的最大电流时间对电池进行充充电。


2.如权利要求1所述的高可用性物联网网关的供电系统，其特征在于，所述网关供电输入板还在所述太阳能光伏板、适配器与充电单元之间设置有自适应模块，所述自适应模块用于将所述太阳能光伏板、适配器所输入的电信号的电压调整至5伏，输出5伏电信号至充电单元。


3.如权利要求2所述的高可用性物联网网关的供电系统，其特征在于，所述自适应模块包括：
电压比较器，其连接所述太阳能光伏板和/或适配器，用于比较所述太阳能光伏板和/或适配器所输入的电信号是否大于5伏；
电压转换电路，其连接所述电压比较器，用于在所述电压比较器判断所述太阳能光伏板和/或适配器所输入的电信号大于5伏时调整所述电信号的电压至5伏，输出5伏电信号至充电单元，或者在所述太阳能光伏板和/或适配器所输入的电信号等于5伏时直接输出5伏电信号至充电单元。


4.如权利要求1所述的高可用性物联网网关的供电系统，其特征在于，所述电池采样单元包括：电池温度传感器和电池电压传感器，其分别采集电池电压和电池温度，输出对应电池电压和电池温度的模拟信号至控制单元中；
所述控制单元内设置有数模转换模块，其用于接收对应电池电压和电池温度的模拟信号，将该模拟信号转换为对应的电池电压数值和电池温度数值。


5.如权利要求1所述的高可用性物联网网关的供电系统，其特征在于，所述环境采样单元包括：光强传感器和户外温度传感器，其分别采集外部环境光强和外部环境温度，输出对应外部环境光强和外部环境温度的模拟信号至控制单元中；
所述控制单元内设置有数模转换模块，其用于接收对应外部环境光强和外部环境温度的模拟信号，将该模拟信号转换为对应的外部环境光强数值和外部环境温度数值。

【专利技术属性】
技术研发人员：姜锋，顾洪林，杨明，陆澎新，
申请(专利权)人：江苏东洲物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32