CN101958574A

CN101958574A - 车载直流供电电源装置

Info

Publication number: CN101958574A
Application number: CN2009102327676A
Authority: CN
Inventors: 梅孝顺; 蒋贤志
Original assignee: CETC 28 Research Institute
Current assignee: CETC 28 Research Institute
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-01-26

Abstract

本发明公开了一种车载直流供电电源装置，包括电源供配电箱，220V交流输入，载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组，应急蓄电池组，单片机，交流固态继电器，连接在220V交流输入与电源供配电箱之间；硅发控制开关，控制端和单片机连接；蓄电池控制开关，控制端和单片机连接；取样输入单元；直流开关阵列，其输入端连接电源供配电箱，输出端连接车载用电设备；IC卡插座；单片机直流开关，连接单片机；直流稳压单元，对单片机供电，输入端为应急蓄电池组，输出端连接所述单片机直流开关。本发明既避免了电源集中上电引起的冲击，又减少了系统操作人员对设备的开/关操作，还能自动检测蓄电池充放电状态，延长系统应急状态下工作时间。

Description

车载直流供电电源装置

技术领域

本发明涉及一种车载直流供电电源装置，特别是一种基于单片机和IC卡控制的直流车载供电电源装置，可直接用于车载系统直流供电。

背景技术

车载机动式信息系统以其机动灵活、信息化程度高被广泛应用于军用、民用各个领域，尤其在抗震救灾、应急抢险、资源勘探等领域发挥出越来越重要的作用。在以往的车载机动式系统设计中，重点考虑的是载车的选型、系统软/硬件平台的搭建、系统功能、系统可靠性和防雷、防雨等设计，而对车载机动式系统的身份识别、供电设计和实际使用状况考虑不够，尤其是身份识别等涉及系统安全的措施考虑不够，多数车载机动式系统仅在系统级设置了登录口令，任何人都可以随便打开载车系统电源使设备上电。另外，实际使用中，在车载设备较多时，设备上电/断电操作太多，存在车载系统操作人员图省事，把所有车载设备电源开关置于常“开”状态，仅使用供电电源开关控制所有设备开/关机的情况。由于电源集中上电冲击，长久使用极易损坏车载设备；另一方面，在外部市电意外断电，车载系统处于应急工作状态时，系统处于最小工作模式，此时供电电源不能自动切断非应急状态工作设备供电，缩短了系统应急工作时间。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种车载直流供电电源装置。

技术方案：本发明公开了一种车载直流供电电源装置，包括电源供配电箱、220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组，还包括：

一个单片机，用于分析输入的电源信号，并控制电源供配电箱的供配电输出；

一个交流固态继电器，连接在220V交流输入与电源供配电箱之间，用于隔离、控制交流220V的通断，其控制端和单片机连接；

一个硅发控制开关，用于控制载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组输出的通断，其控制端和单片机连接；

一个蓄电池控制开关，用于控制应急蓄电池直流输出的通断，其控制端和单片机连接；

一个取样输入单元，连接在单片机和220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组之间；

一个直流开关阵列，其输入端连接电源供配电箱，输出端连接车载用电设备；

一个连接单片机的IC卡插座，用于与IC卡配合触发单片机的工作状态；

一个单片机直流开关，连接单片机，在单片机控制其接通后，对除单片机外的模块供电；

一个直流稳压单元，输出DC3.3V/5V对单片机供电，输入端为应急蓄电池组，输出端连接所述单片机直流开关。

本发明中，优选地，所述IC卡插座与单片机直流开关之间串联IC卡插座开关、第二电阻以及第一电阻；所述第二电阻和第一电阻之间引出连接单片机。

本发明中，优选地，所述取样输入单元与220V交流输入之间连接有隔离输入模块；所述隔离输入模块包括一侧与220V交流输入连接的变压线圈，所述变压线圈的另一侧串接整流二极管，整流二极管另一侧并联用于滤波的第三电容，第三电容的负端接地。

本发明中，优选地，所述取样输入单元包括相互连接的分压模块以及模拟选择开关；所述分压模块包括第五电阻和第八电阻、第六电阻和第九电阻、第七电阻和第十电阻；第五电阻一端连接载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组，第五电阻和第八电阻之间引出连接模拟选择开关，第八电阻另一端接地；第六电阻一端连接应急蓄电池组，第六电阻和第九电阻之间引出连接模拟选择开关，第九电阻另一端接地；第七电阻一端连接所述第三电容的正端和整流二极管的负端，第七电阻和第十电阻之间引出连接模拟选择开关，第十电阻另一端接地；所述模拟选择开关一端连接单片机I/O口，另一端连接单片机A/D输入口。

本发明中，优选地，所述直流开关阵列包括一组输出直流开关；所述输出直流开关包括一个继电器，继电器两端并联一个二极管；继电器一端连接相并联两个电容，一个电容用于滤除高频杂波，另一个电解电容用于滤除低频杂波；继电器的另一端连接一个三极管的集电极，所述三极管的基极串接一个电阻后接单片机I/O口，所述三极管的发射极串接一个电阻后接地。

本发明中，优选地，所述单片机连接一个LCD显示模块。

本发明中，优选地，所述单片机连接一个4×4调试键盘，用于数据输入。

有益效果：本发明具有以下优点：利用接触式IC卡进行身份识别，解决系统安全性问题；单片机直接自动、按序地控制接通载车系统各设备电源，避免电源集中上电引起的冲击，保护车载设备；根据载车供电情况，自动检测蓄电池充放电状态，必要时关闭部分设备的供电，延长应急状态下工作时间；实现“IC卡安全开机”、“一键关机”功能，减少系统操作人员对设备的开/关操作；必要时，可为远程监控系统提供电源数据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/ 或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是传统车载系统供电电路框图。

图2是本发明的供电电路框图。

图3是本发明的直流开关阵列单元图。

图4是本发明的取样输入电路图。

具体实施方式：

如图2所示，本发明公开了一种车载直流供电电源装置，包括电源供配电箱、220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组，还包括：一个单片机，用于分析输入的电源信号，并控制电源供配电箱的供配电输出；一个交流固态继电器，连接在220V交流输入与电源供配电箱之间，用于隔离、控制交流220V的通断，其控制端和单片机连接；一个硅发控制开关，用于控制载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组输出的通断，其控制端和单片机连接；一个蓄电池控制开关，用于控制应急蓄电池直流输出的通断，其控制端和单片机连接；一个取样输入单元，连接在单片机和220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组之间；一个直流开关阵列，其输入端连接电源供配电箱，输出端连接车载用电设备；一个连接单片机的IC卡插座，用于与IC卡配合触发单片机的工作状态；一个单片机直流开关，连接单片机，在单片机控制其接通后，对除单片机外的模块供电；一个直流稳压单元，输出DC3.3V/5V对单片机供电，输入端为应急蓄电池组，输出端连接所述单片机直流开关。本发明中，所述IC卡插座与单片机直流开关之间串联IC卡插座开关、第二电阻以及第一电阻；所述第二电阻和第一电阻之间引出连接单片机。

如图4所示，所述取样输入单元与220V交流输入之间连接有隔离输入模块；所述隔离输入模块包括一侧与220V交流输入连接的变压线圈，所述变压线圈的另一侧串接整流二极管，整流二极管另一侧并联起滤波作用的第三电容，第三电容的负端接地。所述取样输入单元包括相互连接的分压模块以及模拟选择开关；所述分压模块包括第五电阻和第八电阻、第六电阻和第九电阻、第七电阻和第十电阻；第五电阻一端连接载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组，第五电阻和第八电阻之间引出连接模拟选择开关，第八电阻另一端接地；第六电阻一端连接应急蓄电池组，第六电阻和第九电阻之间引出连接模拟选择开关，第九电阻另一端接地；第七电阻一端连接所述第三电容的正端和整流二极管的负端，第七电阻和第十电阻之间引出连接模拟选择开关，第十电阻另一端接地；所述模拟选择开关一端连接单片机I/O口，另一端连接单片机A/D输入口。

如图3所示，所述直流开关阵列包括一组输出直流开关；所述输出直流开关包括一个继电器，继电器两端并联一个二极管；继电器一端连接相并联起滤波作用的电解电容和一个小电容；继电器的另一端连接一个三极管的集电极，所述三极管的基极串接一个电阻后接单片机I/O口，所述三极管的发射极串接一个电阻后接地。

本发明中，所述单片机连接一个LCD显示模块。所述单片机连接一个4×4调试键盘，用于数据输入。

实施例：

如图2所示，更具体地说，本实施例包括一个电源供配电箱，其输入为交流220V(市电或外接油机)、车载28V硅直流发电机(含原装蓄电池，可用载车原配)、应急供电蓄电池组，输出为直流(典型值24V，8～12路输出)。输入交流220V(市电或外接油机)、车载28V硅直流发电机、应急供电蓄电池组间能不间断切换，输出保持连续输出，在交流220V或28V硅直流发电正常时，能对应急供电蓄电池组充电，以上部分与图1的现有技术类似，图2中虚线框内为本发明增加的模块：

一个单片机模块，包含内置E²ROM和模拟输入取样的单片机、时钟电路、上电/复位电路、键盘接口电路(供调试、设置参数用)、LCD显示接口、告警等，采用DC3.3V/5V电源，可选Microchip公司PIC单片机，其功耗低、驱动能力强、品种丰富。主要完成对电源输入的取样、处理、控制，能响应IC卡插入引起的中断触发并处理，能对键盘输入处理。在多路输入电源选择上，单片机根据取样数据，首先判断有无交流220V(市电或外接油机)并优先使用交流220V；无交流220V时，判断有无硅发电机供电，有硅发供电时，使用硅发供电，无交流220V和硅发电机供电时，用蓄电池供电；在硅发电机或蓄电池供电时，如果交流220V恢复正常，使用交流220V供电。

一个LCD显示模块，用于显示各种参数。

一个IC卡插座模块，包含IC卡插座、单片机中断触发电路、总线接口。

一个输入取样电路，结合交流220V隔离输入电路，用于对交流220V(市电或外接油机)、车载28V硅直流发电机、应急供电蓄电池组取样。如图4所示，交流220V由变压器线圈T1隔离、降压，经过二极管D2整流、电容C3滤波后，得到24V直流电压，此电压与汽车硅发电机、加装的蓄电池电压，经电阻R5～R10分压后分别得到3路小于5V(或3.3V)的直流电压，此电压送入多选一模拟开关。单片机控制模拟开关译码，选择相应电压输入通道，用内部A/D转换器对各通道进行采样，就能得到各通道电压数据，进行供电状态判断。

一个直流稳压电路，用于从24V蓄电池组输入DC24V，输出DC3.3V/5V对单片机系统供电，可选用低功耗三端稳压器。

一个直流开关电路，单片机控制其接通后，对除单片机外其它模块供电，可采用常用的半导体开关，断开后耗电极小。

一个交流固态继电器，用于隔离、控制交流220V通/断，控制端能直接和单片机连接。

一个硅发控制开关单元，用于控制硅发直流输出通/断，如图3所示，需要注意的是根据总功率选择合适继电器。

一个蓄电池控制开关单元，用于控制加装蓄电池直流输出通/断，如图3所示，也需要注意的是根据总功率选择合适继电器。

一个直流开关阵列，输入为电源供配电箱输出，输出接用电设备。其内部电路由三极管G1、继电器J、二极管D1、电阻R3、R4、电容C1、C2等组成，电容C1用于滤除高频杂波，另一个电解电容C2用于滤除低频杂波；其开关阵列的一路，如图3所示，单片机I/O口输出低电压时，三极管G1截止，继电器断开，设备供电断开；单片机I/O口输出高电压时，三极管G1导通，继电器吸合，设备供电接通，二极管D1起保护作用，电容C1、C2滤波，R3、R4为偏置电阻。

一个4×4调试键盘，用于系统开发时调试，也可用于现场控制参数(如蓄电池组监控电压参数，报警时间长短)调整，不需要安装在设备面板上(在后面板留有键盘接口就可以)，出厂时作为配件随设备配发。

一个24V应急蓄电池组，一般车载系统都配置，不占用车辆原蓄电池组。

设备面板上设置关机键，用于系统“一键关机”。

该电源利用现有成熟的IC卡技术，解决车载机动式系统的身份识别问题，增加系统的安全性；同时具有自动、按序接通载车系统各设备电源，即“IC卡安全开机”，又避免电源集中上电引起的冲击，还可以根据载车供电情况，自动检测蓄电池充放电状态，必要时关闭部分设备的供电，延长应急状态下工作时间，并能实现“一键关机”功能。

本发明的工作流程如下：

1、单片机控制模块(虚线内部分)电源取自加装的大容量蓄电池组。IC卡插入IC卡插座前，单片机设计为休眠状态，仅开放外部中断唤醒，其周围模块均不工作，功耗极低；

2、当IC卡插入IC卡插座时，IC卡插座底部的开关K接通，触发单片机外部中断，程序读取IC卡中的相关数据与存储在E²ROM中的数据比较，出现以下两种情况：

(a)数据比较无误，确认用户合法，接通直流开关K1，单片机外围电路电源接通，LCD显示屏显示登录号码，进入步骤3；

(b)数据比较错误，各电源开关均不接通电源，系统关闭，必要时告警，达到了禁止非法用户进入系统目的。

3、持有IC卡合法用户登录确认后，单片机由取样选择电路判别当前供电模式，接通相应输入供电开关(加装蓄电池开关必须接通，这样才能在电源各输入间切换时，输出保持连续输出)，然后单片机可以根据预先设置好的上电顺序(存储在E²ROM中)控制输出直流开关阵列，间隔一定时间(30ms左右)有序接通上电，实现了“IC卡安全开机”，有效避免电压浪涌，保护系统设备，延长设备寿命，同时减少了操作人员动作，之后系统进入正常状态；

4、单片机由取样选择电路判别当前供电是载车硅发供电，则随时监控载车原配24V蓄电池组和加装的大容量蓄电池组电压，如果低于一定门限值(门限1)，可判断硅整流发电机输出功率(或应急情况下采用加装的大容量蓄电池组供电)不足以满足车载系统全负荷工作，单片机可以根据预先设计自动关闭部分车载设备供电，保证载车原配24V蓄电池组和加装的大容量蓄电池组处于充电或低强度放电状态，同时告警提示；蓄电池电压进一步降低，低于门限2时，切断所有输出直流开关阵列，最后关闭所有输入，关闭直流开关K1，从而保护蓄电池组不受损坏。

5、当面板“关机”键按下后，单片机根据预先设置好的程序控制输出直流开关阵列，间隔一定时间(30ms左右)有序关闭，最后关闭所有输入，关闭直流开关K1，切断单片机外围电路电源，从而实现“一键关机”；

6、选用合适单片机(如Microchip公司单片机)，满足单片机休眠时耗电20uA以下，在断开直流开关K1后，整个单片机控制模块功耗小于3mA/3.3V，以加装大容量蓄电池组65AH/24V，蓄电池每月自放电4％计算，单片机控制模块功耗小于蓄电池自放电，即使载车长时间驻车贮存(不能超过正常保养时间)，忘记关闭蓄电池总开关，也不会损坏电池。

本发明利用单片机作为控制核心，结合IC卡技术，解决车载机动式系统的身份识别问题。实现“IC卡安全开机”、“一键关机”功能，同时实现设备有序上电、断电，有效避免电压浪涌，并且减少操作人员开关机动作。车载系统不工作时单片机处于休眠状态，耗电极低，可忽略不计。当IC卡插入插座后，单片机被唤醒，随后进行一系列的控制过程，完成车载系统的供电。本发明具有LCD显示模块、IC卡插座模块、输入取样电路、隔离输入电路、交流固态继电器、硅发控制开关、蓄电池控制开关、直流开关阵列、调试键盘。

本发明通过单片机对车载电源输入、输出进行检测、处理、控制，解决以往车载电源的缺点。

本发明提供了一种车载直流供电电源装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种车载直流供电电源装置，包括电源供配电箱、220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组；其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置，其特征在于，所述IC卡插座与单片机直流开关之间串联IC卡插座开关、第二电阻以及第一电阻；所述第二电阻和第一电阻之间引出连接单片机。

3.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置，其特征在于，所述取样输入单元与220V交流输入之间连接有隔离输入模块；所述隔离输入模块包括一侧与220V交流输入连接的变压线圈，所述变压线圈的另一侧串接整流二极管，整流二极管另一侧并联用于滤波的第三电容，第三电容的负端接地。

4.根据权利要求3所述的车载直流供电电源装置，其特征在于，所述取样输入单元包括相互连接的分压模块以及模拟选择开关；

所述分压模块包括第五电阻和第八电阻、第六电阻和第九电阻、第七电阻和第十电阻；

第五电阻一端连接载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组，第五电阻和第八电阻之间引出连接模拟选择开关，第八电阻另一端接地；

第六电阻一端连接应急蓄电池组，第六电阻和第九电阻之间引出连接模拟选择开关，第九电阻另一端接地；

第七电阻一端连接所述第三电容的正端和整流二极管的负端，第七电阻和第十电阻之间引出连接模拟选择开关，第十电阻另一端接地；

所述模拟选择开关一端连接单片机I/O口，另一端连接单片机A/D输入口。

5.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置，其特征在于，所述直流开关阵列包括一组输出直流开关；

所述输出直流开关包括一个继电器，继电器两端并联一个二极管；继电器一端连接相并联两个电容，一个电容用于滤除高频杂波，另一个电解电容用于滤除低频杂波；继电器的另一端连接一个三极管的集电极，所述三极管的基极串接一个电阻后接单片机I/O口，所述三极管的发射极串接一个电阻后接地。

6.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置，其特征在于，所述单片机连接一个LCD显示模块。

7.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置，其特征在于，所述单片机连接一个4×4调试键盘，用于数据输入。