CN104038350A - 以太网路备用电源模块、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以太网路备用电源模块、装置及系统，涉及电供给装置及系统技术领域。所述备用电源模块包括电源监测及显示模块，用于监测输入的电源，显示电源的工作状态及输入电源的数值，并对电池进行充电或放电控制；电池及保护电路模块，用于接收电源监测及显示模块输出的电源，电池进行充电或放电；电源输出稳压及升压模块，用于接收电源监测及显示模块或电池及保护电路模块输出的电源，将该电源进行稳压和升压处理后输出给需要供电的模块。通过使用所述备用电源模块加以配置POE分离器或POE注入器，能够为以太网路中的IP设备或POE设备提供不间断电源，提高了设备运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电供给装置及系统技术领域，尤其涉及一种以太网路备用电源模块、装置及系统。
背景技术
以太供电网路PoE(Power over Ethernet)是基于以太网路Ethernetnetwork的标准IEEE802.3进一步发展出的下一代以太供电网路。以太供电网路PoE和原本的以太网路Ethernet的最大差别在于：原本的以太网路可以在特定规格的网路线Ethernet cable上在100M的距离内以10M/100M/1000MHz的速率传输数据，传统的以太网基本组成如图4所示。
而新一代的以太供电网路除了可以在特定规格的网路线上，在100M的距离内以10M/100M/1000MHz的速率传输数据外，还可以在同一条网线中传输48VDC的电源，最大能提供的电源功率可以达到每一个RJ45接口有15.4W(IEEE802.3af)或是30W(IEEE802.3at)的功率。PoE相比于传统的Ethernet Network的优势在于，PoE可以只使用单一的一条网路缆线同时传送电源和数据到后端的IP设备，现有技术的以太供电网路的基本组成如图5所示。
PoE相比传统的Ethernet Network的好处如下：(1)传统的Ethernet网路的IP设备需要两组电线，一条是用来传输数据的网路缆线，一条是从本地AC电源通过专用的电源适配器传送到IP设备的DC电源线。PoE则只需要单一条网路缆线，因此PoE设备的配件和安装都比传统IP设备简单很多。
(2)传统的IP设备因为需要外部电源，因此在安装IP设备的电源供应缆线范围内，必须有AC电源插座，否则必须专门安装AC电源，需要安排AC电源会增加额外的材料及安装人工成本，这些成本对于PoE设备的安装都可以节省下来。
(3)传统的IP设备需要外接的110VAC-240VAC的外界电源，在许多特殊场所比如说是潮湿的环境、粉尘易爆的环境、户外的环境或是很难安排或安装AC电源的场合就无法使用这类的IP设备。但是PoE传送的是低压48VDC直流电源，没有触电的危险以及高压火花等安全隐患的问题。
IP设备是泛指能够在以太网路中取得IP位置执行特定或不特定功能的终端设备。举例来说下面的IP摄像头和PoE摄像头都是IP设备的应用备用电源模块。IP摄像头是基于原本传统的摹拟摄像头经过数位化后的新一代摄像头。IP摄像头是设计和应用于以太网路，基于DHCP的定址技术，使得位于同一个以太网路中的摄像头都可以有一个独特的网路位置(以下简称IP)。IP摄像头可以将接收到的影像(及声音)转换成数据通过网路传送到该网路中的任一台电脑。该网路中的任何一台电脑也可以直接存取该IP摄像头接收到的讯息。同时IP摄像头传送的讯息也可以被适当的存储设备比如说网路硬碟、主机硬碟或SD卡储存。
IP摄像头通常具有至少一个RJ45数据传输接口，用来传输影像和声音数据到以太网路中，以及一个电源输入接口，IP摄像头是一个电子设备，因此需要外来的电源供应，一般的IP摄像头需要外界提供的5VDC或12VDC电源。正常环境之下外界的电源经常是AC110V-240V，因此还需要一个110V-240VAC电源转换成为5VDC或12VDC的电源适配器。IP设备也存在一个大缺点，所有的IP设备都需要外界提供的电源，一旦电源停止供电，IP设备就不能工作。
可能发生的状况：比如说IP设备所在位置的AC电源无法供电，但是以太网路正常的状况下，IP摄像头无法提供影像和声音的数位数据。这对于许多需要高度安全的场所比如说银行，监狱，实验室…等等需要24小时提供及时网路影像的场所是无法接受。整个以太网路因为断电或是人为破坏的情况下无法动作，理论上相连的IP设备也无法正常动作，当然现有部分的IP摄像头本身有搭配SD记忆卡，可以在没有网路讯号的情况下将接收到的影像及声音数位化之后，存储到本身的SD(或其他类似)的记忆卡中。这样的情况发生时，虽然IP摄像头不能传送及时的影像和声音，但是还是可以将一定时间内的影像及声音转换成数位数据后储存在内部记忆卡中。
举例来说，一个家庭中安装了以太网路以及设有储存能力的IP摄像头的安保系统，万一发生窃贼切断安保系统的话，可能安保系统就会失去报警以及其他功能，但是含有内存记忆的IP摄像头在有电源供应的情况下可以将发生的经过记录下来以便后续处裡。但是如果窃贼切断外界进入的电源话，有内部存储功能的IP摄像头也无法发挥作用。简单的说就是，如果外界电源停止供电的状况下，整个IP设备都不能动作，这项内部储存数据的功能也不能使用。
PoE设备：是指包含PoE功能的IP设备，以下的IP摄像头只是IP设备的应用之一。PoE摄像头是基于现有的IP摄像头的技术基础上加上新一代PoE技术的新一代摄像头。PoE摄像头可以直接从PoE以太供电网路中直接传输数据，以及直接从网路电缆中经过内部的电路转换PoE网路中的48VDC(55VDC)取得PoE摄像头使用的5VDC或12VDC电源。
PoE设备和传统的以太网路IP设备的相同的缺点：当PoE设备来自PoE供电网路的电源故障，或是PoE系统本身故障或是以太网路故障的话，也无法动作。
移动电源(Power pack)是智能手机流行后新产生的备用电源模块。由于新一代的智能手机的大屏及高速的微处裡器需要消耗大量的电力，现有手机的电池在正常使用的情况下，常常只能维持不到24小时的电量，所以需要经常的充电。但是在旅行或是外出或是无法进行充电的情况下，会造成手机电池耗光而无法使用手机的窘况。因此可以为手机充电移动电源就变成手机使用者的必备品。移动电源基本上是由一组USB充电线路+3.7VDC可充电电池以及放电管理线路组成。正常状况下移动电源可以通过USB接口，从电脑或AC转USB5V或其他电源转换设备取得5VDC输入电源。
当输入5VDC电源后，USB充电线路会替3.7V电池充电。当电池充满电后，会自动进入缓充模式以避免对电池过充电。一旦放电接口被连接到设备(如手机或平板电脑)后，移动电源会进入放电模式，3.7V电池会通过升压线路将3.7V提升到5VDC，这样就可以对被连接的设备(如手机或平板电脑)的电池进行充电。一旦有了移动电源后，使用者就可以在没有外界AC电源的情况下给设备(如手机或平板电脑)进行充电。至于可以进行充电的次数是由可充电电池的容量来决定。可充电电池的容量越大，一次充满电(只移动电源的电池)可以进行充电的次数也越多。
目前移动电源的输入只能接受由USB接口传送的5VDC电源，输出也都是5VDC。同时也不具备能从PoE网路中分离电源以及数据的能力，因此无法在以太网路或以太供电网路中担任备用电源的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以太网路备用电源模块、装置及系统，所述装置能够为以太网路中的IP设备或POE设备提供不间断电源，提高了设备运行的稳定性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种以太网路备用电源模块，其特征在于：所述备用电源模块包括电源监测及显示模块，用于监测输入的电源，显示电源的工作状态及输入电源的数值，并对电池进行充电或放电控制；电池及保护电路模块，用于接收电源监测及显示模块输出的电源，电池进行充电或放电；电源输出稳压及升压模块，用于接收电源监测及显示模块或电池及保护电路模块输出的电源，将该电源进行稳压和升压处理后输出给需要供电的模块。
优选的，所述电源监测及显示模块包括电源监测模块，用于监测输入电源并将该电源的信息进行处理输出给微控制器模块；微控制器模块，用于处理电源监测模块采集的电源信息并根据该信息输出指令给电池充放电模块和显示模块；电池充放电模块，用于接收微控制器模块输出的指令并根据该指令对电池进行充放电处理；显示模块，用于接收微控制器模块输出的电源信息，并将该信息进行显示。
优选的，所述显示模块为LED或LCD显示屏。
本申请还提供了一种以太网路备用电源装置，其特征在于：包括如权利要求1-3中任意一项所述的备用电源模块，还包括POE输入接口、POE分离器以及DC电源输出接口，所述POE输入接口与POE分离器的输入端连接，POE分离器的电源输出端与所述备用电源模块的输入端连接，所述备用电源模块的电源输出端与DC电源输出接口连接。
优选的，所述POE输入接口为RJ45接口。
本申请还提供了一种以太网路备用电源装置，其特征在于：包括如权利要求1-3中任意一项所述的备用电源模块，还包括DC电源输入接口和POE注入器，所述DC电源输入接口与所述备用电源模块的电源输入端连接，所述备用电源模块的电源输出端与POE注入器的电源输入端连接。
本申请还提供了一种以太供电网路系统，其特征在于：包括如权利要求4-6中任意一项所述的备用电源装置，用于为POE和/或IP设备提供不间断电源，还包括POE和/或IP设备，用于采集周围环境的图像及声音并将采集到的数据通过以太网络传输给以太网供电网交换机；以太供电网交换机，用于负责在以太网路由器和POE和/或IP设备之间传输实时影像数据以及通过网路缆线为每一台POE和/或IP设备提供电源；以太网路由器，用于给每一个在本网路中存在的设备提供一个固定IP地址，同时将由摄像头传送过来的实时影像数据传送到本地主机；本地主机，用于控制、监视以及储存摄像头传回来的高清实时影像以及声音；所述本地主机依次经以太网路由器、以太供电网交换机、以太网路电线以及所述备用电源装置与POE和/或IP设备进行连接。
优选的，所述POE设备为POE摄像头，所述IP设备为IP摄像头。
优选的，所述POE摄像头和IP摄像头内设有存储模块。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述备用电源模块最明显的有益效果是能够让在以太网路或以太供电网路中工作的IP设备或PoE设备在停电或是失去外部电源后，持续工作一段时间甚至到外部电源恢复正常供电为止，持续时间的长短可以由电池的容量大小来调整。
本发明结合了PoE供电网路以及移动电源两项技术的优点，设计开发出可以在PoE以太供电网路进行充电以及断电后提供DC电源，让在PoE网路中工作的IP和/或PoE设备可以有备用电源，避免停电失效的问题。当然这项技术和备用电源模块也可以应用在传统的以太网中。只要将备用电源的输入电源从PoE网路切换到一般的DC电源适配器中，即可应用在非PoE的传统以太网路中。如果配合PoE注入器使用，不只是能提供断电时持续供电的能力，还能把原本传统的以太网路提升到新一代的以太供电网路。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是第一种以太网路备用电源装置的原理框图；
图2是第二种以太网路备用电源装置的原理框图；
图3是一种新的以太供电网路原理框图；
图4是传统的以太网路基本结构框图；
图5是现有的以太供电网路基本结构框图。
具体实施方式
PoE分离器可以将由PoE交换机(或其他PoE设备)通过网路缆线提供的电源和传输的数据流分离，数据流和供应电源分别从不同的接口流出，可以利用从PoE分离器中分离出来的电源持续的为备用电源模块中的电池供电，而不需要从附近的AC电源中通过适配器先取出DC电源再给电池充电。在某些特殊的场合比如说没有PoE交换机，而只有传统的以太网交换机的情况下，也可以通过内含或外加的电源适配器从附近的AC电源中取得充电所需要的DC电源，而通过使用POE分离器还可以确保高速的数据流能准确无误的双项传输。
PoE注入器，可以将由AC电源通过AC-DC转换适配器提供的电源48VDC(55VDC)和由以太网交换机(或路由器或其他类似的设备)传输的高速数据流，整合到一条PoE网线中。通过将POE注入器整合到本发明中，可以将原本传统的以太网经过备用电源模块后变成新一代的以太供电网路。本发明还有另外一个额外的好处，还具有提供稳定的电源电压能力。因为本备用电源模块的电力是由电池提供的，因此就算外界的供应电源不稳定，也不会影响本备用电源模块的输出电压。
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提供了一种以太网路备用电源模块，所述备用电源模块与POE分离器或POE注入器相互配合构成以太网路备用电源装置，通过使用以太网路备用电源装置与其他设备进行配合使用构成新的以太供电网路系统。
如图1或2所示，一种以太网路备用电源模块，包括电源监测及显示模块，用于监测输入的电源，显示电源的工作状态及输入电源的数值，并对电池进行充电或放电控制；电池及保护电路模块，用于接收电源监测及显示模块输出的电源，电池进行充电或放电；电源输出稳压及升压模块，用于接收电源监测及显示模块或电池及保护电路模块输出的电源，将该电源进行稳压和升压处理后输出给需要供电的模块。
如图1或2所示，所述电源监测及显示模块包括电源监测模块，用于监测输入电源并将该电源的信息进行处理输出给微控制器模块；微控制器模块，用于处理电源监测模块采集的电源信息并根据该信息输出指令给电池充放电模块和显示模块；电池充放电模块，用于接收微控制器模块输出的指令并根据该指令对电池进行充放电处理；显示模块，用于接收微控制器模块输出的电源信息，并将该信息进行显示。
本发明提供两种以太网路备用电源装置，第一种如图1所示，提供了一种使用本申请的备用电源模块制作的以太网路备用电源装置，包括文中所述的备用电源模块，还包括POE输入接口、POE分离器以及DC电源输出接口，所述POE输入接口为RJ45接口，所述POE输入接口与POE分离器的输入端连接，POE分离器的电源输出端与所述备用电源模块的输入端连接，所述备用电源模块的电源输出端与DC电源输出接口连接。
第二种如图2所示，提供了一种使用本申请的备用电源模块制作的以太网路备用电源装置，包括文中所述的备用电源模块，还包括DC电源输入接口和POE注入器，所述DC电源输入接口与所述备用电源模块的电源输入端连接，所述备用电源模块的电源输出端与POE注入器的电源输入端连接。
备用电源模块优选使用锂电池，锂电池的标准电压是3.7V，为了能给电池充电，必须先将PoE提供的48VDC(55VDC)利用降压电路，将电压下降到5V(可以根据电池和状况进行调整)。锂电池的快速充电以及缓冲电路，尽可能在安全的范围和最短的时间内能将完全放电的电池充满。而且当充满电后能够以极小的电流持续的维持电池的电量。
因为不同的IP设备或PoE设备会使用到不同的工作电压，比如说常见的3.3VDC/5VDC/9VDC/12VDC/24VDC/48VDC。这些从低电压到48V之间的工作电压，除了低于3.7V电池电压的工作电压不需要额外的升压电路外，其它高于3.7V的工作电压，都需要利用到升压电路将电池的电压提高到指定的电压。
如图1所示，本发明的装置因为需要在外界电源中断的时候能及时转接到电池供电，因此会需要到实时监测电路，监测电路会持续的侦测来自PoE的电源电压或来自DC电源适配器的电压，一旦发现到供电中断的情况发生，会自动的启动电池供应电路，将电池连接到输出电路上，使连接的IP设备或是PoE设备不至于因为原本的供应电源中断而停止运行。如图2所示，另外一种方式可以采用的是，让IP设备或是PoE设备的输入电源直接连接到锂电池的输出电压。这种连接的重点是IP设备和PoE设备在正常的状况下就是由电池来供应所需要的电源。而充电线路则是持续的补充电池消耗的电源，这样的方式也可以确保万一发生断电的时候，不会因为电子线路延迟反应而造成瞬间的断电。
同时所述备用电源装置有几个用来显示目前状况的显示器，所述显示器为LED或LCD显示屏。比如说：(1)供应电源显示：显示屏可以显示目前使用的是PoE电源或是DC外来电源或是电池电源，如果发生断电的现象，也可以发出警示。(2)充电显示：显示屏可以显示目前电池的电量以及充电状况。(3)其它参数的显示。
所述备用电源装置的电源可能来自以下的方式(但是不限于以下的方式)PoE传输的电源，来自AC电源通过AC-DC适配器产生的DC电源，来自USB充电器或是USB接口或是USB转换器的电源，也可以将几种不同的电源输入都放在备用电源装置中。
输出的端口和电压：本备用电源装置的输出端口可以有以下的方式(但是并不限于以下方式)。带有PoE功能的RJ45端口，或是使用DC接口或DC电源接口，或是USB端口，或是其他任何可以用来传输DC电源的连接器或缆线。本备用电源模块的输出电压可以从0.1VDC到55VDC。可以是固定输出电压也可以是可选择或可调整的0.1VDC到55VDC电压。
本备用电源装置具有一个坚固的金属(或塑胶或其他可用材料)的外壳。内部的设计可以容纳所需要的锂电池以及所有需要的电子元器件、PCB以及相关的零件，机壳上面会有需要的输出及输入的接口、连接器和LED显示口。
如图3所示，本发明还提供了一种以太供电网路系统，包括如图1或2所示的备用电源装置，用于为POE和/或IP设备提供不间断电源，还包括POE和/或IP设备，用于采集周围环境的图像及声音并将采集到的数据通过以太网络传输给以太网供电网交换机；以太供电网交换机，用于负责在以太网路由器和POE和/或IP设备之间传输实时影像数据以及通过网路缆线为每一台POE和/或IP设备提供电源；以太网路由器，用于给每一个在本网路中存在的设备提供一个固定IP地址，同时将由摄像头传送过来的实时影像数据传送到本地主机；本地主机，用于控制、监视以及储存摄像头传回来的高清实时影像以及声音；所述本地主机依次经以太网路由器、以太供电网交换机、以太网路电线以及所述备用电源装置与POE和/或IP设备进行连接。一般情况下，所述POE设备为POE摄像头，所述IP设备为IP摄像头。
如图3所示，是在一个使用以太供电网路的工厂中，连接了4个PoE/IP摄像头，因为生产的需要，四个PoE/IP摄像头必需实时的传送重要的监控影像，但是因为常常在夏季发生供应电压不稳定、无法预测的停电以及每天定时的限电措施，造成重要的监控影像的不稳定或遗失。因此厂方改用了具有内部存储SD卡的IP/PoE摄像头，并且搭配本备用电源装置以完全避免因为电压不稳定或断电所带来的困扰和损失。
以太网路由器负责给每一个在本网路中存在的设备提供一个固定IP位置，(通过路由器内建的DHCP功能，给网路中每一个设备提供一个IP address)，同时将由设备传送过来的实时影像数据传送到网路本地主机。PoE交换机，负责在路由器和PoE摄像头之间传输实时影像数据资料以及通过网路缆线为每一台PoE/IP摄像头提供动作所需要的电源。以太网路缆线(Cat5/5E/6类8芯对绞网线)，负责在物理层面不同位置的设备间传输实时影像数据资料/控制讯号及PoE电源。
备用电源装置可以把由缆线传输过来的实时影像数据资料/控制讯号以及PoE电源从缆线上分离出来，将实时影像数据资料/控制讯号传递给PoE/IP摄像头，将PoE电源通过内部的线路给锂电池充电，并且由锂电池提供PoE/IP摄像头所需要的电源，因此本备用电源装置可以在相当长的一段时间内提供不间断电源(时间的长短可以由增加或减少锂电池的容量来决定，也可以由控制电路中的软件来设定持续供电的时间)。
PoE摄像头:带有PoE功能的高清网路IP摄像头，而且还具有内部的存储SD卡，可以传送每秒24张的百万高清像素的数位影像，更重要的是存储SD卡可以让摄像头在无法传送资料或是失去网路连接功能的时候，可以将摄像头取得的百万高清像素的数位影像储存在SD卡中，以便之后可以从SD卡中读取到当时的数据资料。IP摄像头:高清网IP摄像头，而且还具有内部的存SD卡。这个IP摄像头可以传送每秒24张的百万高清像素的数位影像，更重要的是存储SD卡可以让摄像头在无法传送资料或是失去网路连接功能的时候，可以将摄像头取得的百万高清像素的数位影像储存在SD卡中，以便之后可以从SD卡中读取到当时的数据资料。但是因为不具备有PoE功能，因此必须改用图2中的扩展型的备用电源装置才能连接到本网路中，并从PoE网路中取的电源。
Claims (9)
1.一种以太网路备用电源模块，其特征在于：所述备用电源模块包括电源监测及显示模块，用于监测输入的电源，显示电源的工作状态及输入电源的数值，并对电池进行充电或放电控制；电池及保护电路模块，用于接收电源监测及显示模块输出的电源，电池进行充电或放电；电源输出稳压及升压模块，用于接收电源监测及显示模块或电池及保护电路模块输出的电源，将该电源进行稳压和升压处理后输出给需要供电的模块。
2.根据权利要求1所述的以太网路备用电源模块，其特征在于：所述电源监测及显示模块包括电源监测模块，用于监测输入电源并将该电源的信息进行处理输出给微控制器模块；微控制器模块，用于处理电源监测模块采集的电源信息并根据该信息输出指令给电池充放电模块和显示模块；电池充放电模块，用于接收微控制器模块输出的指令并根据该指令对电池进行充放电处理；显示模块，用于接收微控制器模块输出的电源信息，并将该信息进行显示。
3.根据权利要求2所述的以太网路备用电源模块，其特征在于：所述显示模块为LED或LCD显示屏。
4.一种以太网路备用电源装置，其特征在于：包括如权利要求1-3中任意一项所述的备用电源模块，还包括POE输入接口、POE分离器以及DC电源输出接口，所述POE输入接口与POE分离器的输入端连接，POE分离器的电源输出端与所述备用电源模块的输入端连接，所述备用电源模块的电源输出端与DC电源输出接口连接。
5.根据权利要求4所述的以太网路备用电源装置，其特征在于：所述POE输入接口为RJ45接口。
6.一种以太网路备用电源装置，其特征在于：包括如权利要求1-3中任意一项所述的备用电源模块，还包括DC电源输入接口和POE注入器，所述DC电源输入接口与所述备用电源模块的电源输入端连接，所述备用电源模块的电源输出端与POE注入器的电源输入端连接。
7.一种以太供电网路系统，其特征在于：包括如权利要求4-6中任意一项所述的备用电源装置，用于为POE和/或IP设备提供不间断电源，还包括POE和/或IP设备，用于采集周围环境的图像及声音并将采集到的数据通过以太网络传输给以太网供电网交换机；以太供电网交换机，用于负责在以太网路由器和POE和/或IP设备之间传输实时影像数据以及通过网路缆线为每一台POE和/或IP设备提供电源；以太网路由器，用于给每一个在本网路中存在的设备提供一个固定IP地址，同时将由摄像头传送过来的实时影像数据传送到本地主机；本地主机，用于控制、监视以及储存摄像头传回来的高清实时影像以及声音；所述本地主机依次经以太网路由器、以太供电网交换机、以太网路电线以及所述备用电源装置与POE和/或IP设备进行连接。
8.根据权利要求7所述的以太供电网路系统，其特征在于：所述POE设备为POE摄像头，所述IP设备为IP摄像头。
9.根据权利要求8所述的以太供电网路系统，其特征在于：所述POE摄像头和IP摄像头内设有存储模块。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |