CN104362727A

CN104362727A - 一种基于stm32的矿用本安电源充电机装置

Info

Publication number: CN104362727A
Application number: CN201410488857.2A
Authority: CN
Inventors: 宋建成; 蔡广亮; 田慕琴; 许春雨; 郑丽君; 耿蒲龙; 高云广; 李泽宇
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2015-02-18

Abstract

本发明公开了一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，包括MCU单元、信号反馈电路单元、电池检测电路单元、蓄电池单元和电源供给单元；MCU单元采用单片机分别与信号反馈单元输出端和电池检测单元输出端相连接，蓄电池单元输出端分别与电池检测单元和电源供给单元输入端相连接；本发明充分利用单片机资源，使充电机设计达到最小化，在线检测蓄电池的充电电压和电流，实现对蓄电池过充电和过放电保护，并达到恒流充电；蓄电池充满电时，每节电压均不高于14V，电池放完电时，每节电池电压均不低于10.5V，充电电流不大于1.7A；本发明具有硬件电路简单、运行稳定可靠和控制精度高等优点，能为矿用本安电源提供4h不间断供电，为本安电源的工作提供安全可靠的保障。

Description

一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置

技术领域

本发明属于电力电子与控制技术领域，具体涉及一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，特别适用于实现矿用本安电源的不间断供电。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，煤矿生产自动化、机械化和通信技术水平得到极大的提升，各种检测系统、通讯设备、监控设备、控制系统、报警设备和辅助设备越来越多地应用到煤矿井下，比如胶带输送机检测控制系统、液压支架电液控制系统、采煤机的自动控制系统等。这些系统和设备都必须依靠本安电源来供电，《煤矿安全规程》要求煤矿井下的监测、监控和报警等设备必须满足在交流电网断电后仍能继续工作。然而目前煤矿井下存在电能质量差、供电不连续，经常会有电网断电的情况出现，这就要求本安电源应该具有不间断供电功能，保证矿井监测监控系统在交流电网中断时正常工作，保证煤矿生产的安全性。为此，本发明在现有本安电源装置的基础上，设计了本安电源充电机，以实现矿用本安电源的不间断供电，提高煤矿井下监测监控系统工作的安全性和可靠性。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，能够解决本安电源不间断供电的问题，

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，其特征在于：由MCU单元、信号反馈单元、电池检测单元、蓄电池单元和电源供给单元组成；MCU单元通过I/O口分别与信号反馈单元输出端和电池检测单元输出端相连接；蓄电池单元输出端分别与电池检测单元和电源供给单元输入端相连接。

所述MCU单元是将复位电路（U4）与CPU（U6）的14脚相连接，晶振（Y1）与CPU（U6）的8、9脚相连接，晶振（Y2）与CPU（U6）的12、13脚相连接；用于调试的JTAG接口直接与CPU（U6）的JTAG管脚相连接。

所述信号反馈单元是将采集到的本安电源输出信号经过信号反馈电路与CPU（U6）的I/O口相接。

所述电池检测单元将蓄电池充电电压信号和电流信号经过霍尔传感器（U3、U5）处理后与CPU（U6）的I/O口相连接。

所述电源供给单元通过电源模块U11和U12将蓄电池电压转换为12V和5V电压，通过电压转换芯片（U3）将5V转换成3.3V。

本发明的有益效果在于：在矿井交流电网断电时保证煤矿井下的监测、监控和报警设备正常工作；本发明硬件电路简单、控制可靠、运行稳定，可实现蓄电池的恒流充电和过充过放保护；蓄电池充满电时，每节电压均不高于14V，电池放完电时，每节电池电压均不低于10.5V，充电电流不大于1.7A（蓄电池容量为17Ah）；本发明能为矿用本安电源提供4h不间断供电，为本安电源的工作提供安全可靠的保障。

本发明提供一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，能为本安电源提供不间断电源，包括MCU单元、信号反馈单元、电池检测单元、蓄电池单元和电源供给单元；通过信号反馈单元对本安电源输出信号进行采样，并将信号反馈给单片机，判断矿井交流电网是否正常工作，正常工作时为蓄电池充电，交流电网断电时，蓄电池单元通过电源供给单元为本安电源提供高精度的12V直流输出，电池检测电路单元通过霍尔传感器实时检测蓄电池的充电电压和电流，通过单片机控制充电电路的通断，对蓄电池实行过充保护和过放保护，本发明可通过程序改变采样电路的反馈值来改变充电机反馈电压值，进而改变输出电压值，实现蓄电池的恒流充电过程。

附图说明

图1是本发明一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置总体结构框图；

图2是本发明一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置总体结构原理示意图；

图3是本发明一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置MCU单元结构原理示意图；

图4是本发明一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置电池检测电路单元结构原理示意图；

图5是本发明一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置信号反馈电路单元结构原理示意图；

图6是本发明一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置电源供给单元结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明提出的一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，所述领域的技术人员在阅读了本具体实施例后，能够实现本发明所述的技术方案，同时也能够体现本发明所述的技术特点与积极效果。

如图1和图2所示，一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，包括MCU单元、信号反馈单元、电池检测单元、蓄电池单元和电源供给单元。其中，所述MCU单元包括CPU（U6）、复位电路（U4）、晶振（Y1和Y2）、存储单元（U1）、启动模式选择电路以及用于调试的JTAG接口；信号反馈单元（U2）将本安电源的输出电压信号反馈到芯片U2，U2的输出口与光电耦合器芯片（U8）相连接，之后进入CPU（U6）控制I/O口；电池检测单元（U3、U5、U7、U9）包括充电电压检测电路和充电电流检测电路，U3为霍尔电流传感器，电流传感器的输入为0-10A，输出为0-25mA，U5为霍尔电压传感器，输出为0-48V直流电压，输出为0-25mA；蓄电池单元采用山特蓄电池6GFM-17AH；电源供给单元（U11、U12、U13、U14）包括整个电路中用到的5V（U13）、3.3V（U14）以及隔离的12V（U11）、5V（U12）。

如图3所示，在MCU单元实施的过程中，CPU（U6）采用了意法半导体公司生产的ARM单片机STM32F103VCT6，它内含2个12位模数转换器、7通道DMA控制器、80个多功能双向5V兼容的I/O口、4个定时器、9个通信接口、2个I2C接口、3个USART、2个SPI、1个CAN、1个USB2.0全速接口、ARM32位Cortex-M3内核和128k字节FLASH程序存储器。复位电路（U4）与CPU（U6）的14脚相连接，晶振（Y1）与CPU（U6）的8、9脚相连接，晶振（Y2）与CPU（U6）的12、13脚相连接，BOOT0和BOOT1用于设置单片机的启动模式，JTAG直接与CPU（U6）的JTAG管脚相连。

如图4所示，基于STM32的矿用本安电源充电机信号反馈单元（U2、U8）实施过程中，本安电源输出电压反馈信号经过U2和U8进行转换和调理，与单片机STM32F103VCT6的I/O口直接相连。信号反馈电路单元的输入信号为本安电源的输出电压，该信号经过电阻R1、R2、R3和可变电阻VR1进行分压，可变电阻VR1由可编程电位器控制，电阻R3和VR1上的电压降作为电压采样信号，该信号可作为本安电源的内部采样信号，同时通过U8调理后送至CPU（U6），通过软件程序判断本安电源是否正常工作，正常工作时，能调整本安电源输出电压值，并保证蓄电池实现恒流充电，当本安电源交流输入中断，通过CPU控制切换至蓄电池供电。

如图5所示，基于STM32的矿用本安电源充电机电池检测电路单元（U3、U4、U7、U9）实施过程中，光电耦合器（U9）的5脚和7脚分别接蓄电池的正极和负极，CPU通过控制开关继电器的4引脚（蓄电池检测控制信号）来决定是否进行蓄电池电压的检测。正常工作时B_S引脚处于低电平，此时光电耦合器（U9）导通，蓄电池的电压通过霍尔电压传感器（U5）进行隔离、降压和整形处理，输出信号送至给CPU（U6），实现CPU对蓄电池电压的实时监控。通过在蓄电池输出回路串接电阻RFL来检测充电电流，CPU通过光电耦合器PC817（U7）的VS引脚（蓄电池充电电流检测控制信号）来决定是否进行蓄电池充电电流的检测。正常工作时V_S引脚处于低电平，此时光电耦合器PC817（U7）导通，蓄电池的充电电流通过霍尔电流传感器进行隔离、降压和整形处理，输出信号送至CPU（U6），实现CPU对蓄电池充电电流的实时监控。同时V_S引脚还控制蓄电池充电回路的开关MOS管，当本安电源交流输入断开时，CPU控制开关MOS管导通，切换至蓄电池供电。

如图6所示，基于STM32的矿用本安电源充电机电源供给单元（U11、U12、U13、U14）实施过程中，蓄电池单元输出电压通过DC/DC变换（U11、U12）成12V、5V电压，经过LM78M05将12V电压转换成5V电压，经过电源转换芯片AMS1117-3.3将5V电压转换为3.3V电压。

本发明在上述一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置的硬件结构基础上，本专业技术人员可以得到相应的系统应用软件以及软件的组合，并能够实现矿用本安电源的不间断供电功能。在本说明书中涉及到其它技术内容以及技术术语应当按照本领域的公知常识和惯用的技术手段理解和实施，也可以通过合理的分析推理设置实施。

Claims

1.一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，其特征在于：包括MCU单元、信号反馈单元、电池检测单元、蓄电池单元和电源供给单元；MCU单元通过I/O口分别与信号反馈单元的输出端和电池检测单元的输出端相连接，蓄电池单元的输出端分别与电池检测单元和电源供给单元的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，其特征在于：所述MCU单元包括CPU（U6）、复位电路（U4）、晶振（Y1和Y2）、存储单元（U1）、启动模式选择电路以及用于调试的JTAG接口，所述复位电路（U4）与CPU（U6）的14脚相连接，晶振（Y1）与CPU（U6）的8、9脚相连接，晶振（Y2）与CPU（U6）的12、13脚相连接，用于调试的JTAG接口直接与CPU（U6）的JTAG管脚相连接，所述CPU（U6）采用SMT32F103VCT6单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，其特征在于：所述信号反馈单元将采集到的本安电源输出信号经过信号反馈电路与CPU（U6）的I/O口相接。

4.根据权利要求1所述的一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，其特征在于：所述电池检测单元将蓄电池充电电压信号和电流信号经过霍尔传感器（U3、U5）处理后与CPU（U6）的I/O口相连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于STM32的矿用本安电源充电机装置，其特征在于：所述电源供给单元通过电源模块（U11和U12）将蓄电池电压转换为12V和5V电压，通过电压转换芯片（U3）将5V转换成3.3V。