一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置及其智能切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置及其智能切換方法，采用太陽能板、市電和蓄電池三種電源供電；通過光敏電路檢測太陽能板所處環(huán)境陽光是否充足；通過電壓檢測電路檢測各供電電源電壓是否正常；通過支路供電狀態(tài)檢測電路檢測市電和太陽能是否為異常供電狀態(tài)；通過電量檢測電路實時監(jiān)測蓄電池的電量；通過驅(qū)動電路將控制信號連接到繼電器的線圈，以控制各供電支路的通斷；由MCU控制對蓄電池充電的速度和精度；通過LCD顯示屏，顯示當(dāng)前供電電源的相關(guān)信息及實時報警信息；通過GSM模塊，及時給維修人員發(fā)送故障短信。本發(fā)明能實現(xiàn)供電電源的無縫智能切換以及蓄電池的充、放電智能管理與控制，提高戶外無人值守嵌入式設(shè)備供電的可靠性。
【專利說明】一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置及其智能切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置及其智能切換方法，具體為一種由太陽能板、市電以及蓄電池組成的多電源供電裝置，涉及嵌入式設(shè)備的供電電源控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]對于一些戶外使用、無人值守的實時信息采集或?qū)崟r控制的重要嵌入式設(shè)備，其供電電源的可靠性至關(guān)重要，如果供電電源突然中斷，極易造成重要信息的遺失或造成整個控制系統(tǒng)的崩潰，造成不可挽回的損失。采用多電源供電的方式則可以很好地提高嵌入式設(shè)備供電電源的可靠性。另外，對于一些市電不可及的戶外嵌入式設(shè)備，采用帶太陽能板及蓄電池的供電電源是一種較好的解決方案；對于一些市電可及的戶外嵌入式設(shè)備，采用以太陽能板為主要供電電源、蓄電池為備用供電電源、市電為異常情況下的應(yīng)急電源的解決方案則可以環(huán)保節(jié)能?，F(xiàn)有的技術(shù)手段中，嵌入式設(shè)備的供電裝置，其供電電源的類型往往比較單一，大多數(shù)為市電經(jīng)過降壓直接供電；也有一部分利用太陽能供電作為電源的設(shè)備，但是其對電源的選擇和切換缺少相應(yīng)的智能控制手段。同時，現(xiàn)有技術(shù)中缺少對嵌入式設(shè)備供電裝置的實時監(jiān)測手段，無法及時的通過檢測和監(jiān)控提前發(fā)現(xiàn)問題解決問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置及其智能切換方法，實現(xiàn)太陽能板、蓄電池、市電三種供電電源的“無縫”智能切換，以蓄電池為備用電源供電的方式填補切換過程的供電間隙；同時可對蓄電池充、放電的過程進行智能控制，解決太陽能板和市電均不可用情況下嵌入式設(shè)備的供電問題。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置，包括太陽能板、220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊、蓄電池、光敏電路、第一電壓檢測模塊、第二電壓檢測模塊、第三電壓檢測模塊、第一支路供電狀態(tài)檢測模塊、第二支路供電狀態(tài)檢測模塊、蓄電池電量檢測模塊、采樣電阻(Rl)、MOS管開關(guān)、第一肖特基二極管(Dl)、第二肖特基二極管(D2)、第三肖特基二極管(D3)、第一繼電器(K1)、第二繼電器(K2)、第三繼電器(K3)、驅(qū)動電路、電源總線模塊、多電壓等級輸出模塊、嵌入式MCU;所述太陽能板的輸出端分別和第一電壓檢測模塊的輸入端、第一肖特基二極管(Dl)的一端、第一支路供電狀態(tài)檢測模塊的第一輸入端相連，光敏電路和太陽能板相連，光敏電路的輸出端、第一電壓檢測模塊的輸出端、第一支路供電狀態(tài)檢測模塊的輸出端分別和嵌入式MCU相連，第一肖特基二極管(Dl)的另一端分別和第一支路供電狀態(tài)檢測模塊的第二輸入端、第一繼電器(Kl)的一端相連，第一繼電器(Kl)的另一端和電源總線模塊相連，第一繼電器(Kl)的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連；所述220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別和第二電壓檢測模塊的輸入端、第二肖特基二極管(D2)的一端、第二支路供電狀態(tài)檢測模塊的第一輸入端相連，第二電壓檢測模塊的輸出端和嵌入式MCU相連，第二肖特基二極管(D2)的另一端分別和第二支路供電狀態(tài)檢測模塊的第二輸入端、第二繼電器(K2)的一端相連，第二繼電器(K2)的另一端和電源總線模塊相連，第二繼電器(K2)的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連；所述蓄電池的充電輸入端和MOS管開關(guān)的一端相連，MOS管的另一端和電源總線模塊相連，MOS管的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連,蓄電池的放電輸出端分別和第三電壓檢測模塊的輸入端、蓄電池電量檢測模塊的第一輸入端、米樣電阻(Rl)的一端相連，第三支路供電狀態(tài)檢測模塊的輸出端和嵌入式MCU相連，采樣電阻(Rl)的另一端分別和第三肖特基二極管(D3)的一端、蓄電池電量檢測模塊的第二輸入端相連，蓄電池電量檢測模塊的輸出端和嵌入式MCU相連，第三肖特基二極管(D3)的另一端和第三繼電器(K3)的一端相連，第三繼電器(K3)的另一端和電源總線模塊相連，第三繼電器(K3)的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連；
[0006]所述電源總線模塊和多電壓等級輸出模塊相連；太陽能板、220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊和蓄電池構(gòu)成三路供電電源，三路供電電源并聯(lián)接入電源總線模塊，經(jīng)多電壓等級輸出模塊，對外圍電路及嵌入式設(shè)備供電；通過嵌入式MCU的I/O數(shù)字端口和ADC模擬端口實時檢測太陽能板、220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電狀態(tài)以及蓄電池的實時電量；所述驅(qū)動電路控制三路供電電源的通斷以及蓄電池的充、放電；通過電壓檢測模塊連接到嵌入式MCU的ADC模擬端口判斷供電電源的電壓值是否在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，通過支路供電狀態(tài)檢測模塊檢測220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊和太陽能板的供電狀態(tài)，通過光敏電路檢測太陽能板所處環(huán)境的光照量，將上述供電狀態(tài)和光照量的邏輯信息輸送至嵌入式MCU的I/O數(shù)字端口，對太陽能板進行異常供電診斷；通過嵌入式MCU的I/O數(shù)字端口控制輸出PWM波信號，經(jīng)過MOS開關(guān)管，對蓄電池的進行充電管理，控制蓄電池充電的速度和精度，當(dāng)蓄電池電量低于設(shè)定的閾值時，增大PWM波的占空比，快速充電；當(dāng)蓄電池電量高于設(shè)定的閾值時，減小PWM波占空比，緩慢充電，蓄電池的電量檢測信號連接到嵌入式MCU的ADC模擬端口，嵌入式MCU對蓄電池進行實時電量監(jiān)測。
[0007]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述嵌入式設(shè)備多電源供電裝置還包括與嵌入式MCU相連接的GSM模塊、蜂鳴器和IXD顯示屏。
[0008]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述多電壓等級輸出模塊的輸出電壓信號等級包括 24V、12V、9V、±5V、±3V。
[0009]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述支路供電狀態(tài)檢測電路包括第一至第四精密可調(diào)電阻(R4、R5、R6、R7)、第一放大器(Ul)、第二放大器(U2)；
[0010]所述第一精密可調(diào)電阻的一端和肖特基二極管的正極相連，第一精密可調(diào)電阻的另一端分別和第二精密可調(diào)電阻的一端、第一放大器的正輸入端相連，第二精密可調(diào)電阻的另一端接地，第三精密可調(diào)電阻的一端和肖特基二極管的負(fù)極相連，第三精密可調(diào)電阻的另一端分別和第四精密可調(diào)電阻的一端、第一放大器的負(fù)輸入端相連，第四精密可調(diào)電阻的另一端接地，第一放大器的輸出端和第二放大器的負(fù)輸入端相連，第二放大器的輸出端和嵌入式MCU相連,第二放大器的正輸入端輸入?yún)⒖茧妷骸?br> [0011]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述太陽能板的輸出電壓為24V。
[0012]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述嵌入式MCU為STM32F107VCT6。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述第一、第二放大器為INA129。
[0014]本發(fā)明還公開了基于所述的嵌入式設(shè)備多電源供電裝置的智能切換方法，具體步驟如下:
[0015]步驟1、設(shè)置蓄電池剩余電量閾值Ql和Q2，且Q1〈Q2，將蓄電池供電支路設(shè)置于常閉狀態(tài)；
[0016]步驟2、檢測太陽能板的供電電壓是否處于設(shè)定的正常工作閾值之內(nèi)，如果處于設(shè)定的正常工作閾值之內(nèi)，則啟動太陽能板和蓄電池并聯(lián)供電，并執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟
6；
[0017]步驟3、檢測太陽能板的供電狀態(tài)，當(dāng)供電狀態(tài)不正常時，切斷太陽能板供電，并執(zhí)行步驟6，否則，執(zhí)行步驟4;
[0018]步驟4、檢測220V市電供電支路的通斷，如果220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電支路處于閉合，則切斷220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊供電，然后執(zhí)行步驟5，否則直接執(zhí)行步驟5 ；
[0019]步驟5、檢測蓄電池電量，對蓄電池進行充電或浮充管理，并返回步驟2 ;
[0020]步驟6、檢測光照量是否大于設(shè)定的閾值，如果大于設(shè)定的閾值，則對太陽能板供電異常進行故障診斷，啟動蜂鳴報警，啟動GSM短信報警，并返回步驟2，如果光照量小于設(shè)定的閾值，則使用蓄電池獨立供電，并執(zhí)行步驟7 ；
[0021]步驟7、再次檢測光照量是否大于設(shè)定的閾值，如果大于設(shè)定的閾值，則返回步驟2;否則執(zhí)行步驟8;
[0022]步驟8、檢測220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電狀態(tài)是否正常，如果正常則執(zhí)行步驟9，否則執(zhí)行步驟10;
[0023]步驟9、檢測判斷蓄電池電量是否大于設(shè)置的剩余電量閾值Q1，如果大于，則返回步驟7，否則閉合220V市電供電支路，將220V市電投入運行，且為蓄電池進行充電，并返回步驟7 ;
[0024]步驟10、檢測判斷蓄電池電量是否大于設(shè)置的剩余電量閾值Q2，如果大于，則返回步驟7 ;否則啟動GSM模塊進行短信報警，并啟動蜂鳴器報警，然后再返回步驟7。
[0025]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明實現(xiàn)了太陽能、市電、蓄電池三種供電電源的“無縫”智能切換，以廣泛存在的、清潔的太陽能優(yōu)先供電，以蓄電池供電的方式填補切換過程的供電間隙，檢測供電電源電壓的范圍，確保供電電源正常，及時切斷異常的供電電源，提高了供電的可靠性和安全性。本發(fā)明對于解決戶外無人值守嵌入式設(shè)備的可靠供電，尤其對于解決市電不可及、日照充足環(huán)境下重要嵌入式設(shè)備的可靠供電問題具有明顯的優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明總體框圖。
[0027]圖2是本發(fā)明實施例中，支路供電狀態(tài)檢測電路連接圖。
[0028]圖3是本發(fā)明實施例中，蓄電池電壓、電量檢測電路連接圖。
[0029]圖4是本發(fā)明智能切換方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明:
[0031 ] 本發(fā)明中的電壓檢測電路，檢測供電電源的電壓是否在正常的范圍內(nèi)，確保電源電壓足夠給電源總線供電、系統(tǒng)能夠正常工作；支路供電狀態(tài)檢測電路，檢測市電和太陽能是否為異常供電狀態(tài)，并結(jié)合光敏電路模塊給出太陽能供電支路的故障診斷信息；蓄電池電量檢測電路，檢測蓄電池的實時電量；蓄電池充電管理電路，根據(jù)蓄電池的剩余電量控制是否對蓄電池充電，以及充電的精度和速度；蓄電池的電量檢測和充電管理形成一個負(fù)反饋回路，嵌入式的MCU通過控制算法實現(xiàn)蓄電池的精確、安全充電；多電壓等級輸出電路，系統(tǒng)可輸出24V、15V、12V、9V、±5V、±3.3V等不同等級的直流電壓，滿足不同嵌入式設(shè)備的多種電壓需求，同時各等級輸出設(shè)有供電狀態(tài)指示燈，方便判斷供電是否正常；LCD顯示，TFT液晶顯示屏用于顯示當(dāng)前供電支路、供電電壓、蓄電池的充放電狀態(tài)、蓄電池實時電量、故障報警信息等；蜂鳴器報警，當(dāng)供電支路發(fā)生故障時，裝置及時發(fā)出蜂鳴警報，提醒現(xiàn)場工作人員；GSM模塊，當(dāng)供電支路發(fā)生故障時，及時通過GSM模塊發(fā)送短信，通知維修人員盡快修復(fù)故障。
[0032]所述支路供電狀態(tài)檢測電路采用供電支路上串聯(lián)肖特基二極管的方式，一方面可以防止電源總線向供電電源反向充電，另一反面根據(jù)二極管兩端的電壓差判斷該支路供電是否正常。如果電壓差接近二極管正常工作時的導(dǎo)通壓降，則該支路供電正常；否則該支路供電異常，需要及時切斷該供電支路。
[0033]所述蓄電池電量檢測電路采用供電支路上串聯(lián)高精度采樣電阻的方式，一次充電開始后，流經(jīng)采樣電阻的電流與時間的積分得到流入的蓄電池的電量，加上蓄電池此次充電前的電量，即可以得到當(dāng)前蓄電池的電量。蓄電池一次充電前的電量通過蓄電池的電量與電壓關(guān)系估算得到。由于蓄電池作為備用電源一直連接在電源總線上，其電量相對較充足，因此可以根據(jù)電壓相對準(zhǔn)確地判斷出電量多少。
[0034]所述蓄電池充電管理電路由嵌入式MCU與MOS管控制開關(guān)組成。嵌入式MCU通過控制輸出PWM波的占空比控制充電的精度和速度。當(dāng)蓄電池電量較少時，增大PWM波的占空比，加大輸出電流以快速充電；當(dāng)蓄電池電量較充足時，減小PWM波的占空比，減小輸出電流以緩慢充電。調(diào)整PWM波的占空比還可以抑制過大的充電電流，避免對蓄電池的損害。
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明:
[0036]本發(fā)明總體框圖如圖1所示，所述嵌入式設(shè)備多電源供電裝置，包括太陽能板、220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊、蓄電池、光敏電路、第一電壓檢測模塊、第二電壓檢測模塊、第三電壓檢測模塊、第一支路供電狀態(tài)檢測模塊、第二支路供電狀態(tài)檢測模塊、蓄電池電量檢測模塊、采樣電阻R1、M0S管開關(guān)、第一肖特基二極管D1、第二肖特基二極管D2、第三肖特基二極管D3、第一繼電器K1、第二繼電器K2、第三繼電器K3、驅(qū)動電路、電源總線模塊、多電壓等級輸出模塊、嵌入式MCU ;所述太陽能板的輸出端分別和第一電壓檢測模塊的輸入端、第一肖特基二極管Dl的一端、第一支路供電狀態(tài)檢測模塊的第一輸入端相連，光敏電路和太陽能板相連，光敏電路的輸出端、第一電壓檢測模塊的輸出端、第一支路供電狀態(tài)檢測模塊的輸出端分別和嵌入式MCU相連，第一肖特基二極管Dl的另一端分別和第一支路供電狀態(tài)檢測模塊的第二輸入端、第一繼電器Kl的一端相連,第一繼電器Kl的另一端和電源總線模塊相連，第一繼電器Kl的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連；所述220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別和第二電壓檢測模塊的輸入端、第二肖特基二極管D2的一端、第二支路供電狀態(tài)檢測模塊的第一輸入端相連，第二電壓檢測模塊的輸出端和嵌入式MCU相連,第二肖特基二極管D2的另一端分別和第二支路供電狀態(tài)檢測模塊的第二輸入端、第二繼電器K2的一端相連，第二繼電器Κ2的另一端和電源總線模塊相連，第二繼電器Κ2的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連；所述蓄電池的充電輸入端和MOS管開關(guān)的一端相連，MOS管的另一端和電源總線模塊相連，MOS管的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連，蓄電池的放電輸出端分別和第三電壓檢測模塊的輸入端、蓄電池電量檢測模塊的第一輸入端、采樣電阻Rl的一端相連，第三支路供電狀態(tài)檢測模塊的輸出端和嵌入式MCU相連，采樣電阻Rl的另一端分別和第三肖特基二極管D3的一端、蓄電池電量檢測模塊的第二輸入端相連，蓄電池電量檢測模塊的輸出端和嵌入式MCU相連，第三肖特基二極管D3的另一端和第三繼電器Κ3的一端相連,第三繼電器Κ3的另一端和電源總線模塊相連,第三繼電器Κ3的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連；所述電源總線模塊和多電壓等級輸出模塊相連。
[0037]所述嵌入式設(shè)備多電源供電裝置采用太陽能板、市電和蓄電池三種電源供電，通過光敏電路檢測太陽能板接收的陽光是否充足；通過電壓檢測電路檢測供電電源電壓是否在合理的范圍內(nèi)；通過支路供電狀態(tài)檢測電路檢測市電和太陽能的支路是否出現(xiàn)電源總線電壓大于供電電源電壓而造成的支路供電異常情況；通過電量檢測電路檢查蓄電池的電量；通過驅(qū)動電路將控制信號連接到繼電器的線圈，以控制供電支路的通斷；通過I/O端口輸出PWM控制MOS管通斷，以控制對蓄電池充電的精度和速度；通過嵌入式設(shè)備的MCU通過SPI接到LCD顯示屏，顯示供電電源、供電支路、蓄電池的信息及報警信息。三路電源并聯(lián)接入到電源總線，并經(jīng)多電壓等級輸出電路調(diào)整后，輸出多種等級電壓，供嵌入式設(shè)備及外圍電路使用。
[0038]所述電壓檢測電路取供電電源的電壓經(jīng)過R2、R3分壓后R3上的電壓作為微處理器STM32F107VCT6 (以下簡稱STM32)的ADC的采樣信號，STM32根據(jù)采樣值計算供電支路的供電電壓。
[0039]本發(fā)明發(fā)明實施例中，支路供電狀態(tài)檢測電路連接圖如圖2所示。所述支路供電狀態(tài)檢測電路通過肖特基二極管兩端的壓降判斷支路供電狀態(tài)是否正常。肖特基二極管Dl正常工作時的導(dǎo)通壓降為0.18V。Dl的I號腳通過精密可調(diào)電阻R4和R5分壓后接到放大器Ul (ΙΝΑ129)的Vin+(3號腳)，D1的2號腳通過精密可調(diào)電阻R6和R7分壓后接到放大器Ul (INA129)的Vin_(2號腳)經(jīng)過Ul放大后輸出電壓Vout (6號腳)。Vout接到比較器U2 (LM358)的IN_(2號腳)，由5V通過分壓電路分出的0.1V作為U2的輸入?yún)⒖茧妷篤ref，接到U2的IN+(3號腳)。Ul的Vwt和V,ef比較后輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的高低電平連接到STM32的引腳，作為外部中斷信號。當(dāng)Ul的V-大于等于Vief時，U2輸出高電平，說明此支路供電正常；當(dāng)仍的Vwt小于V,ef時，U2輸出低電平，說明此支路供電異常。STM32根據(jù)外部中斷信號做出判斷，及時將異常供電支路切斷。由于二極管的單相導(dǎo)通原理，二極管還可以防止電源總線對該支路的供電電源反向充電。
[0040]本發(fā)明發(fā)明實施例中，蓄電池電壓、電量檢測電路連接圖如圖3所示，所述蓄電池電量檢測電路通過一次充電開始后流經(jīng)采樣電阻的電流與時間的積分得到流入的蓄電池的電量，并結(jié)合蓄電池的供電電壓估算得到充電開始前的電量，得到當(dāng)前蓄電池的電量。在蓄電池供電支路中串聯(lián)一個50πιΩ的高精度采樣電阻R1，取Rl的I腳與2腳的電壓差A(yù)Vki做判斷，當(dāng)對蓄電池充電時，AVei為負(fù)；蓄電池放電時，AVei為正。采樣電阻兩端的電壓經(jīng)過分壓后連接到放大器U5(INA129)的Vin+(3號腳)和Vin_(2號腳)經(jīng)過放大后輸出Vwt (6號腳)連接到STM32的ADC4端口和比較器U6的IN_(2號腳)。STM32將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓，計算每次取樣時的充放電電流值，通過電流與時間的積分得出流入的蓄電池的電量。同時，放大器的輸出Vtjut和U6的參考電壓U比較后的輸出連接到STM32的VO1端口，作為MCU的中斷信號。
[0041]所述蓄電池充電管理電路通過MCU輸出PWM波控制MOS管的通斷來實現(xiàn)。STM32根據(jù)蓄電池電量，及時調(diào)整占空比，控制充電的精度和速度。當(dāng)蓄電池電量較少時，增大PWM波的占空比，加大輸出電流以快速充電；當(dāng)蓄電池電量較充足時，減小PWM波的占空比，減小輸出電流以緩慢充電。調(diào)整PWM波的占空比還可以抑制過大的充電電流，避免對蓄電池的損害。
[0042]本發(fā)明的具體智能切換方法如圖4所示，具體為:
[0043]步驟1、設(shè)置蓄電池剩余電量閾值Ql和Q2，且Q1〈Q2，將蓄電池供電支路設(shè)置于常閉狀態(tài)；
[0044]步驟2、檢測太陽能板的供電電壓是否處于設(shè)定的正常工作閾值之內(nèi)，如果處于設(shè)定的正常工作閾值之內(nèi)，則啟動太陽能板和蓄電池并聯(lián)供電，并執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟
6；
[0045]步驟3、檢測太陽能板的供電狀態(tài)，當(dāng)供電狀態(tài)不正常時，切斷太陽能板供電，并執(zhí)行步驟6，否則，執(zhí)行步驟4;
[0046]步驟4、檢測220V市電供電支路的通斷，如果220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電支路處于閉合，則切斷220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊供電，然后執(zhí)行步驟5，否則直接執(zhí)行步驟5 ；
[0047]步驟5、檢測蓄電池電量，對蓄電池進行充電或浮充管理，并返回步驟2 ;
[0048]步驟6、檢測光照量是否大于設(shè)定的閾值，如果大于設(shè)定的閾值，則對太陽能板供電異常進行故障診斷，啟動蜂鳴報警，啟動GSM短信報警，并返回步驟2，如果光照量小于設(shè)定的閾值，則使用蓄電池獨立供電，并執(zhí)行步驟7 ;
[0049]步驟7、再次檢測光照量是否大于設(shè)定的閾值，如果大于設(shè)定的閾值，則返回步驟2;否則執(zhí)行步驟8;
[0050]步驟8、檢測220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電狀態(tài)是否正常，如果正常則執(zhí)行步驟9，否則執(zhí)行步驟10;
[0051]步驟9、檢測判斷蓄電池電量是否大于設(shè)置的剩余電量閾值Q1，如果大于，則返回步驟7，否則閉合220V市電供電支路，將220V市電投入運行，且為蓄電池進行充電，并返回步驟7 ;
[0052]步驟10、檢測判斷蓄電池電量是否大于設(shè)置的剩余電量閾值Q2，如果大于，則返回步驟7 ;否則啟動GSM模塊進行短信報警，并啟動蜂鳴器報警，然后再返回步驟7。
[0053]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置，其特征在于:包括太陽能板、220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊、蓄電池、光敏電路、第一電壓檢測模塊、第二電壓檢測模塊、第三電壓檢測模塊、第一支路供電狀態(tài)檢測模塊、第二支路供電狀態(tài)檢測模塊、蓄電池電量檢測模塊、采樣電阻(Rl)、MOS管開關(guān)、第一肖特基二極管(D1)、第二肖特基二極管(D2)、第三肖特基二極管(D3)、第一繼電器(Kl)、第二繼電器(K2)、第三繼電器(K3)、驅(qū)動電路、電源總線模塊、多電壓等級輸出模塊、嵌入式MCU ； 所述太陽能板的輸出端分別和第一電壓檢測模塊的輸入端、第一肖特基二極管(Dl)的一端、第一支路供電狀態(tài)檢測模塊的第一輸入端相連，光敏電路和太陽能板相連，光敏電路的輸出端、第一電壓檢測模塊的輸出端、第一支路供電狀態(tài)檢測模塊的輸出端分別和嵌入式MCU相連，第一肖特基二極管(Dl)的另一端分別和第一支路供電狀態(tài)檢測模塊的第二輸入端、第一繼電器(Kl)的一端相連,第一繼電器(Kl)的另一端和電源總線模塊相連,第一繼電器(Kl)的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連； 所述220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別和第二電壓檢測模塊的輸入端、第二肖特基二極管(D2)的一端、第二支路供電狀態(tài)檢測模塊的第一輸入端相連，第二電壓檢測模塊的輸出端和嵌入式MCU相連，第二肖特基二極管(D2)的另一端分別和第二支路供電狀態(tài)檢測模塊的第二輸入端、第二繼電器(K2)的一端相連，第二繼電器(K2)的另一端和電源總線模塊相連，第二繼電器(K2)的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連； 所述蓄電池的充電輸入端和MOS管開關(guān)的一端相連，MOS管開關(guān)的另一端和電源總線模塊相連，MOS管開關(guān)的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連，蓄電池的放電輸出端分別和第三電壓檢測模塊的輸入端、蓄電池電量檢測模塊的第一輸入端、采樣電阻(Rl)的一端相連，第三支路供電狀態(tài)檢測模塊的輸出端和嵌入式MCU相連，采樣電阻(Rl)的另一端分別和第三肖特基二極管(D3)的一端、蓄電池電量檢測模塊的第二輸入端相連，蓄電池電量檢測模塊的輸出端和嵌入式M CU相連，第三肖特基二極管(D3 )的另一端和第三繼電器(K3 )的一端相連，第三繼電器(K3)的另一端和電源總線模塊相連，第三繼電器(K3)的輸入端經(jīng)過驅(qū)動電路和嵌入式MCU相連； 所述電源總線模塊和多電壓等級輸出模塊相連； 太陽能板、220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊和蓄電池構(gòu)成三路供電電源，三路供電電源并聯(lián)接入電源總線模塊，經(jīng)多電壓等級輸出模塊，對外圍電路及嵌入式設(shè)備供電；通過嵌入式MCU的I/O數(shù)字端口和ADC模擬端口實時檢測太陽能板、220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電狀態(tài)以及蓄電池的實時電量；所述驅(qū)動電路控制三路供電電源的通斷以及蓄電池的充、放電； 通過電壓檢測模塊連接到嵌入式MCU的ADC模擬端口判斷供電電源的電壓值是否在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，通過支路供電狀態(tài)檢測模塊檢測220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊和太陽能板的供電狀態(tài)，通過光敏電路檢測太陽能板所處環(huán)境的光照量，將上述供電狀態(tài)和光照量的邏輯信息輸送至嵌入式MCU的I/O數(shù)字端口，對太陽能板進行異常供電診斷； 通過嵌入式MCU的I/O數(shù)字端口控制輸出PWM波信號，經(jīng)過MOS開關(guān)管，對蓄電池進行充電管理，控制蓄電池充電的速度和精度，當(dāng)蓄電池電量低于設(shè)定的閾值時，增大PWM波的占空比，快速充電；當(dāng)蓄電池電量高于設(shè)定的閾值時，減小PWM波占空比，緩慢充電，蓄電池的電量檢測信號連接到嵌入式MCU的ADC模擬端口，嵌入式MCU對蓄電池進行實時電量監(jiān)測。
2.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置，其特征在于:還包括與嵌入式MCU相連接的GSM模塊、蜂鳴器和IXD顯示屏。
3.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置，其特征在于:所述多電壓等級輸出模塊的輸出電壓信號等級包括24V、12V、9V、±5V、±3V。
4.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置，其特征在于:所述支路供電狀態(tài)檢測電路包括第一至第四精密可調(diào)電阻(R4、R5、R6、R7)、第一放大器(U1)、第二放大器(U2)； 所述第一精密可調(diào)電阻的一端和肖特基二極管的正極相連，第一精密可調(diào)電阻的另一端分別和第二精密可調(diào)電阻的一端、第一放大器的正輸入端相連，第二精密可調(diào)電阻的另一端接地，第三精密可調(diào)電阻的一端和肖特基二極管的負(fù)極相連，第三精密可調(diào)電阻的另一端分別和第四精密可調(diào)電阻的一端、第一放大器的負(fù)輸入端相連，第四精密可調(diào)電阻的另一端接地，第一放大器的輸出端和第二放大器的負(fù)輸入端相連，第二放大器的輸出端和嵌入式MCU相連,第二放大器的正輸入端輸入?yún)⒖茧妷骸?br> 5.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置，其特征在于:所述太陽能板的輸出電壓為24V。
6.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置，其特征在于:所述嵌入式MCU為 STM32F107VCT6 。
7.如權(quán)利要求4所述的一種嵌入式設(shè)備多電源供電裝置，其特征在于:所述第一、第二放大器為INA129。
8.基于權(quán)利要求2所述的嵌入式設(shè)備多電源供電裝置的智能切換方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟1、設(shè)置蓄電池剩余電量閾值Ql和Q2，且Q1〈Q2，將蓄電池供電支路設(shè)置于常閉狀態(tài)； 步驟2、檢測太陽能板的供電電壓是否處于設(shè)定的正常工作閾值之內(nèi)，如果處于設(shè)定的正常工作閾值之內(nèi)，則啟動太陽能板和蓄電池并聯(lián)供電，并執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟6 ; 步驟3、檢測太陽能板的供電狀態(tài)，當(dāng)供電狀態(tài)不正常時，切斷太陽能板供電，并執(zhí)行步驟6，否則，執(zhí)行步驟4; 步驟4、檢測220V市電供電支路的通斷，如果220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電支路處于閉合，則切斷220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊供電，然后執(zhí)行步驟5，否則直接執(zhí)行步驟5 ； 步驟5、檢測蓄電池電量，對蓄電池進行充電或浮充管理，并返回步驟2 ; 步驟6、檢測光照量是否大于設(shè)定的閾值，如果大于設(shè)定的閾值，則對太陽能板供電異常進行故障診斷，啟動蜂鳴報警，啟動GSM短信報警，并返回步驟2，如果光照量小于設(shè)定的閾值，則使用蓄電池獨立供電，并執(zhí)行步驟7 ; 步驟7、再次檢測光照量是否大于設(shè)定的閾值，如果大于設(shè)定的閾值，則返回步驟2 ;否則執(zhí)行步驟8 ； 步驟8、檢測220V市電AD/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電狀態(tài)是否正常，如果正常則執(zhí)行步驟9，否則執(zhí)行步驟10 ； 步驟9、檢測判斷蓄電池電量是否大于設(shè)置的剩余電量閾值Q1，如果大于，則返回步驟.7，否則閉合220V市電供電支路，將220V市電投入運行，且為蓄電池進行充電，并返回步驟.7 ； 步驟10、檢測判斷蓄電池電量是否大于設(shè)置的剩余電量閾值Q2，如果大于，則返回步驟7 ;否則啟動GSM模 塊進行短信報警，并啟動蜂鳴器報警，然后再返回步驟7。
【文檔編號】H02J9/06GK104037926SQ201410240593
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】張騰飛 申請人:南京郵電大學(xué)