CN106208226A - 多功能数字可调移动电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能数字可调移动电源。包括移动电源外壳、控制系统和电池电芯。控制系统包括DC‑DC升降压电路、5v USB输出电路、异常诊断保护模块、MCU控制模块、按键模块、带库仑计的保护板、GPRS通信模块、OLED液晶模块和蜂鸣器。MCU控制模块用来处理异常诊断保护电路反馈的各种异常信息，和采集保护板上的电量信息，最后将这些信息通过蜂鸣器或者OLED来反馈给用户。用户能通过按键模块或者GPRS通信模块输入各种指令给MCU控制模块，MCU控制模块则会根据相关指令进行相应的动作。本发明移动电源具有携带方便，维护容易，运行功耗低，输出效率高、使用寿命长和读数清晰、方便用户使用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及移动电源领域，特别是一种多功能数字可调移动电源。
背景技术
随着科技的发展和人们生活水平的提高，市场上越来越多的产品都迫切需要移动电源来延长产品本身电池的供电时间，如野外使用的RTK接收机、全站仪、三维激光扫描仪、测量机器人、电动无人机和笔记本等设备，在户外作业时，都希望能及时补充电量，多工作几个小时。这样移动电源渐渐成为人们生活或生产的必须品。但目前市场上的移动电源功能比较单一，一般都只有充电和放电这两个个功能，无法满足人们生活水平的提高和设备使用复杂度的需要。如人们出去野外作业前，希望知道电瓶有没有充满电，或者充了多少电，从而推算机器或者设备的使用时间。有些用户希望移动电源的输出电压可调，以适用于不同的设备。还有些用户希望可以远程控制移动电源的开关机或者输出电压，来调整设备的运行状态，或者在一些无人值守的地方，希望实时知道移动电源的输出电压和剩余电量信息等。而且市场上的移动电源大部分都不带有错误检测功能，无法自动诊断出用户各种错误的操作或者设备使用的异常，一般出问题时都需要找专业的人员检测后，才能确定问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种多功能数字可调移动电源。
本发明是这样实现的：多功能数字可调移动电源包括移动电源外壳、控制系统和电池电芯；控制系统包括DC-DC升降压电路、5v USB输出电路、异常诊断保护模块、MCU控制模块、按键模块、带库仑计的保护板、GPRS通信模块、OLED液晶模块和蜂鸣器；
移动电源外壳上设置有手柄、挂扣、输入端口、输出端口、OLED显示屏槽口、sim卡插槽口、设置面板、型号标签浅槽和商标标签浅槽；其中输出端口分为5vUSB输出端口和DC-DC升降压调节输出端口，设置面板包含电源开关键及升降压按键和GPRS输入按键；OLED显示屏槽口、电源开关键和升降压按键放在移动电源外壳的顶面，方便用户设置电压和查看电源的相关信息；手柄放在移动电源外壳的顶面，但不能挡住按键和液晶屏，方便用户移动或携带电源；5vUSB输出端口和DC-DC升降压调节输出端口放在移动电源外壳的同一面，充电器的输入端口放在另一面，方便用户区别输入和输出端口；
MCU控制模块作为移动电源的核心控制模块，能通过按键模块或者GPRS通信模块与用户进行信息交互，并以中断触发的形式来监听按键模块或者GPRS通信模块上报的信息；如用户想通过按键模块输入12.5V，在其点击按键模块时，按键模块会输出低电平信号来提醒MCU控制模块读取按键值，MCU控制模块在读取按键值后，会根据用户输入的信息来精确调整DC-DC升降压电路输出12.5V，调整输出完毕后，又去忙其他的工作，这样能减少MCU控制模块对按键模块一直查询的工作量；MCU控制模块还能检测处理异常保护电路反馈的异常信息，并将这些信息通过蜂鸣器或者OLED来反馈给用户，用户能根据这些信息对电源做相应的处理；
DC-DC升降压电路是控制移动电源输出不同电压的核心电路，电路的结构是BUCK-BOOST结构；该电路采用的是高性能的开关稳压控制器，控制器的输出电压是根据反馈电阻和基准电阻的比例来调节的；为了能远程控制移动电源输出不同的电压或者响应用户的按键信息来调节不同的电压，开关稳压控制器的反馈电阻被设计成由数字电位器和N档电阻调节电路组成；MCU控制模块能控制数字电位器和N档电阻调节电路输出不同的电阻值，这样就能通过程序动态控制开关稳压控制器的输出电压；其中N档电阻调节电路原理是多个电阻串联在反馈线路上，并在每个电阻上并联一个mos管，通过控制mos管的开与关的来控制电阻的接入或者断开；
移动电源在接入会变化的负载时，电压的输出可能会有波动，特别是在负载变大，输出电流大的时候，输出电压会有所降低，为了使输出电压和设置的电压差在允许范围内波动，需要采用电压跟踪法来进行电压的自我修正；电压跟踪法主要是对移动电源输出的电压进行采集，并实时反馈到MCU模块中，MCU根据一定的弹性范围，动态修正数字电位器和N档电阻调节电路的输出组合电阻值，使得移动电源的输出无限接近设定的电压值；
异常诊断保护模块包含输出检测和输入检测，采用硬件开关电路保护和软件处理相结合的方式来实现，即硬件开关电路检测到输入或者输出异常时，会主动关闭输入或者输出，同时将这些异常信息以中断信号的形式发送给MCU控制模块，让MCU控制模块来做进一步的处理；MCU控制模块在接收到这些报警信号时，会马上用ADC转换器检测输出或者输入的电压、电流，在MCU控制模块诊断完这些错误信息后，会用蜂鸣器和OLED提醒用户进行相应的操作，如输出短路、过流和灌流都需要用户移除负载，并检查负载的情况；
GPRS通信模块和MCU控制模块通过串口进行通信，有以下几个功能：短信开机、短信关机、短信输出电压调节、短信查询电量、短信低电量通知、电话低电量通知、电话查询电量；在接收到短信时候，如果短信内容是“开机”、“关机”、“查询、“设置X.X”这几个词，则判断是有效的功能指令；在接收到电话呼叫且响3声以上时，就判定是电话查询电量，此时会挂断电话，然后发送剩余电量信息到来电的号码上，如果少于3声，则认为是骚扰电话，MCU控制模块会判断该指令无效。
本发明能够进行精确电压设置，以适应多种户外设备的供电需要，采用库仑计进行全程监控，使得电池容量指示精度高，并采用高亮OLED液晶显示，读数清晰、方便用户使用，同时具有错误检测和GPRS远程控制功能，携带方便，维护容易，运行功耗低，输出效率高，使用寿命长。
附图说明：
图1为本发明多功能数字可调移动电源框架示意图。
图2为本发明DC-DC升降压电路的反馈网络及电压设置电路。
图3为本发明多功能数字可调移动电源外形壳体。
图中标记：1-移动电源外壳，2-控制系统，3-电池电芯，4-DC-DC升降压电路，5-5vUSB输出电路，6-异常诊断保护模块，7-MCU控制模块，8-按键模块，9-带库仑计的保护板，10-GPRS通信模块，11-OLED液晶模块，12-蜂鸣器，13-手柄，14-挂扣，15-DC-DC升降压调节输出端口，16-5vUSB输出端口，17-OLED显示屏槽口，18-电源开关及升降压按键，19-GPRS输入按键，20-电源输入端口，21-sim卡插槽口，22-型号标签浅槽，23-商标标签浅槽。
具体实施方案：
实施例：
如图1所示是多功能数字可调移动电源的框架示意图，包括移动电源外壳1、控制系统2和电池电芯3。控制系统2包括DC-DC升降压电路4、5v USB输出电路5、异常诊断保护模块6、MCU控制模块7、按键模块8、带库仑计的保护板9、GPRS通信模块10、OLED液晶模块11和蜂鸣器12。
异常诊断保护模块6，其保护和诊断的异常情况主要如表2所示。其中输出端短路和输出过流都是先用硬件电路检测出已经接入了负载，在确认已经接入负载的情况下，MCU控制模块7通过ADC转换器检测输出电压和输出电流，当检测到实际输出的电压值很小，和设置的输出电压相差很大时，MCU控制模块7会认为是短路，当采集到的输出电流大于移动电源的安全工作电流时，MCU会认为是过流。短路或者过流发生，MCU控制模块7都会主动关闭移动电源输出，并用蜂鸣器12和OLED液晶模块11提醒用户要注意检测接线状态。输出端防灌流也是在检测到已经接入负载的情况下，用比较器来判断输出电流的流向，如果输出电流正常流向，比较器会打开mos管输出电流，如果输出电流逆流，则比较器会关闭输出mos管，停止输出，同时通知MCU控制模块7处理。电源低电量提醒是MCU控制模块7在没有检测到充电器接入的情况下，采集到保护板上库仑计的电量信息低于安全指定值时的一种电源异常，此时MCU控制模块7会用蜂鸣器12和OLED液晶模块11提醒用户进行充电。
表1为移动电源主要的异常信息处理表，用户可根据表2来处理各种异常或者错误的操作。
表1：移动电源报警简介及其处理方法
DC-DC升降压电路4的输出电压是根据反馈电阻和基准电阻的比例来调节的，反馈网络及电压设置电路如图2所示。其中升降压电路的开关控制器的输出电压由公式：决定，开关控制器的反馈电阻RA被设计成由数字电位器和N档电阻调节电路组成，采用这种档位切换方式，可以使得输出电压设置的量程变得更宽。图2中的R6,R8,R59以及数字电位器阻值(RX)动态串联组合成RA，RB为R3的值，由公式可以看出，只要改变的比例，就可以改变输出的电压值。所以图2中的输出电压分为四个档位控制：1)MCU控制M20和M5的导通时为第一档，其输出电压是2)MCU控制M20关闭，M5导通时候为第二档位，其输出电压是3)MCU控制M20导通，M5关闭时候为第三档位，其输出电压是4)MCU控制M20关闭，M5关闭时为第四档位，其输出电压是则第N档档位设置的公式是∑R为所有串联在反馈线路上的电阻值的总和。
GPRS通信模块10和MCU控制模块7通过串口进行通信。移动电源在开机初始化时，MCU控制模块7会自动检查出有没有插入SIM卡，如果检查到已插入SIM卡，则开启GPRS远程服务功能。用户在发送远程控制指令时，应该根据预先设定好的指令来发送信息，否则GPRS通信模块10不会做出回应。GPRS通信模块10在接收到用户发来的信息时，首先是发送中断信号给MCU控制模块7，让其做好接收信息工作的准备，MCU控制模块7则根据GPRS通信模块10上报的信息，查询相对应的指令表来进行相应的控制动作，在执行完动作后，用短信回复用户执行成功。具体短信操作如表2所示：
表2：短信控制指令
图3所示，移动电源外壳1上设置有手柄13、挂扣14、输入端口20、输出端口(15和16)、OLED显示屏槽口17、sim卡插槽口21、设置面板(18和19)、型号标签浅槽22和商标标签浅槽23。其中输出端口分为5vUSB输出端口16和DC-DC升降压调节输出端口15，设置面板包含电源开关及升降压按键18、GPRS输入按键19。
Claims (1)
1.一种多功能数字可调移动电源，其特征在于多功能数字可调移动电源包括移动电源外壳（1）、控制系统（2）和电池电芯（3）；控制系统（1）包括DC-DC升降压电路（4）、5v USB输出电路（5）、异常诊断保护模块（6）、MCU控制模块（7）、按键模块（8）、带库仑计的保护板（9）、GPRS通信模块（10）、OLED液晶模块（11）和蜂鸣器（12）；
移动电源外壳（1）上设置有手柄（13）、挂扣（14）、输入端口、输出端口、OLED显示屏槽口(17)、sim卡插槽口(21)、设置面板、型号标签浅槽(22)和商标标签浅槽(23)；其中输出端口分为5vUSB输出端口(16)和DC-DC升降压调节输出端口(15)，设置面板包含电源开关键及升降压按键（18）和GPRS输入按键（19）；OLED显示屏槽口（17）、电源开关键和升降压按键（18）放在移动电源外壳（1）的顶面，方便用户设置电压和查看电源的相关信息；手柄（13）放在移动电源外壳（1）的顶面，但不能挡住按键和液晶屏，方便用户移动或携带电源；5vUSB输出端口（16）和DC-DC升降压调节输出端口（15）放在移动电源外壳（1）的同一面，充电器的输入端口放在另一面，方便用户区别输入和输出端口；
MCU控制模块（7）作为移动电源的核心控制模块，能通过按键模块（8）或者GPRS通信模块（10）与用户进行信息交互，并以中断触发的形式来监听按键模块（8）或者GPRS通信模块（10）上报的信息；如用户想通过按键模块（8）输入12.5V，在其点击按键模块（8）时，按键模块（8）会输出低电平信号来提醒MCU控制模块（7）读取按键值，MCU控制模块（7）在读取按键值后，会根据用户输入的信息来精确调整DC-DC升降压电路输出12.5V，调整输出完毕后，又去忙其他的工作，这样能减少MCU控制模块（7）对按键模块（8）一直查询的工作量；MCU控制模块（7）还能检测处理异常保护电路反馈的异常信息，并将这些信息通过蜂鸣器（12）或者OLED来反馈给用户，用户能根据这些信息对电源做相应的处理；
DC-DC升降压电路是控制移动电源输出不同电压的核心电路，电路的结构是BUCK-BOOST结构；该电路采用的是高性能的开关稳压控制器，控制器的输出电压是根据反馈电阻和基准电阻的比例来调节的；为了能远程控制移动电源输出不同的电压或者响应用户的按键信息来调节不同的电压，开关稳压控制器的反馈电阻被设计成由数字电位器和N档电阻调节电路组成；MCU控制模块（7）能控制数字电位器和N档电阻调节电路输出不同的电阻值，这样就能通过程序动态控制开关稳压控制器的输出电压；其中N档电阻调节电路原理是多个电阻串联在反馈线路上，并在每个电阻上并联一个mos管，通过控制mos管的开与关的来控制电阻的接入或者断开；
移动电源在接入会变化的负载时，电压的输出可能会有波动，特别是在负载变大，输出电流大的时候，输出电压会有所降低，为了使输出电压和设置的电压差在允许范围内波动，需要采用电压跟踪法来进行电压的自我修正；电压跟踪法主要是对移动电源输出的电压进行采集，并实时反馈到MCU模块中，MCU根据一定的弹性范围，动态修正数字电位器和N档电阻调节电路的输出组合电阻值，使得移动电源的输出无限接近设定的电压值；
异常诊断保护模块（6）包含输出检测和输入检测，采用硬件开关电路保护和软件处理相结合的方式来实现，即硬件开关电路检测到输入或者输出异常时，会主动关闭输入或者输出，同时将这些异常信息以中断信号的形式发送给MCU控制模块（7），让MCU控制模块（7）来做进一步的处理；MCU控制模块（7）在接收到这些报警信号时，会马上用ADC转换器检测输出或者输入的电压、电流，在MCU控制模块（7）诊断完这些错误信息后，会用蜂鸣器（12）和OLED提醒用户进行相应的操作，如输出短路、过流和灌流都需要用户移除负载，并检查负载的情况；
GPRS通信模块（10）和MCU控制模块（7）通过串口进行通信，有以下几个功能：短信开机、短信关机、短信输出电压调节、短信查询电量、短信低电量通知、电话低电量通知、电话查询电量；在接收到短信时候，如果短信内容是“开机”、“关机”、“查询、“设置X.X ”这几个词，则判断是有效的功能指令；在接收到电话呼叫且响3声以上时，就判定是电话查询电量，此时会挂断电话，然后发送剩余电量信息到来电的号码上，如果少于3声，则认为是骚扰电话，MCU控制模块（7）会判断该指令无效。
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