CN106774604B - 按键唤醒电路、唤醒方法及其制成的抄表终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种按键唤醒电路，包括控制器、按键检测电路、按键驱动电路、市电掉电驱动电路、开关驱动电路和电池切换开关；按键检测电路检测按键状态并传给按键驱动电路；市电掉电驱动电路检测市电情况并输入到按键驱动电路和开关驱动电路；按键驱动电路输出控制信号到开关驱动电路；开关驱动电路驱动电池切换开关工作。本发明还提供了所述按键唤醒电路的唤醒方法，包括检测市电掉电状态；检测按键状态；检测电池切换电路控制信号；完成电路的唤醒。本发明还公开了包括所述按键唤醒电路和唤醒方法的抄表终端。本发明电路简单可靠，而且功耗极低。

Description

按键唤醒电路、唤醒方法及其制成的抄表终端

技术领域

本发明具体涉及一种按键唤醒电路、唤醒方法及其制成的抄表终端。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们日常生活中最重要的二次能源。

抄表终端是电力系统的重要部件之一，其承担着抄读电能表的计量数据的重要作用，因此抄表终端都要求具有配备不间断供电装置。现有的抄表终端都要求配备有后备电池，在无市电输入情况下，能够按键唤醒终端进行参数设置、查看等操作。技术要求后备电池在终端在市电掉电情况下，长期待机，等待按键唤醒。

目前的抄表终端按键唤醒电路如图1所示，该电路包括按键检测电路（由按键K1，电阻R5、R4和R7，三极管V2和滤波电容C1构成）。可以看到，现有的抄表终端按键唤醒电路采用了与门芯片（D1，型号为74LVC1G08GW），在抄表终端待机时，后备电池需提供与门芯片电源。由于电路中LDO及与与门芯片需带电待机，自身有一定的功率消耗。此类型按键唤醒电路待机时消耗电流为5mA左右。抄表终端一般采用450mAh的后备电池，如采用此电路，后备电池在满电情况下可待机时间大约为450÷5÷24=3.75天。

可以看到，如果采用现有的按键唤醒电路，则抄表终端在满电情况下也只能支撑最多4天的时间。明显的，现有的按键唤醒电路功耗太大，导致抄表终端使用极其不便，而且频繁更换电池使得成本居高不下。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种电路简单可靠、功耗极低的按键唤醒电路。

本发明的目的之二在于提供一种所述按键唤醒电路的唤醒方法。

本发明的目的之三在于提供一种应用所述按键唤醒电路和唤醒方法制成的抄表终端。

本发明提供的这种按键唤醒电路，包括控制器和按键检测电路，还包括按键驱动电路、市电掉电驱动电路、开关驱动电路和电池切换开关；按键检测电路检测按键状态并产生驱动信号给按键驱动电路；市电掉电驱动电路检测市电的掉电情况，并产生一路唤醒驱动信号和一路按键驱动信号，按键驱动信号输入到按键驱动电路，唤醒驱动信号则输入到开关驱动电路；按键驱动电路根据按键检测电路和市电掉电驱动电路输入的按键驱动信号输出一路控制信号到开关驱动电路；开关驱动电路根据按键驱动电路输出的控制信号、市电掉电驱动电路输出的唤醒驱动信号以及控制器发出的电源切换信号输出相应的驱动信号，驱动电池切换开关工作，从而完成电路的唤醒。

所述的按键检测电路包括按键检测按键开关、按键检测限流电阻、按键检测开关管、按键检测第一上拉电阻、按键检测第二上拉电阻、按键检测下拉电阻和按键检测滤波电容；按键的一端与地连接，另一端通过按键检测限流电阻连接按键检测开关管的控制端；按键检测开关管的控制端还通过按键检测第一上拉电阻连接电池正极；按键检测开关管的活动端一端同样通过按键检测第二上拉电阻连接电源正极，另一端为信号输出端，同时通过按键检测下拉电阻接地，还通过按键检测滤波电容接地。

所述的按键驱动电路包括上拉电阻、下拉电阻、第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻、按键触发开关管、市电触发开关管和按键驱动开关管；按键检测电路的输出信号通过第一限流电阻连接按键触发开关管的控制端；按键触发开关的活动端一端通过上拉电阻连接电池的正极，同时也通过第四限流电阻连接按键驱动开关管的控制端；按键触发开关的活动端的另一端通过第二限流电阻连接电池的正极，同时也直接与市电触发开关管的活动端的一端连接；市电触发开关管的活动端的另一端直接接地，控制端通过第三限流电阻连接市电掉电驱动电路输出的按键驱动信号；第四开关管的活动端的一端连接电池的正极，另一端为按键驱动电路的输出端，同时也通过下拉电阻接地。

所述的市电掉电驱动电路包括掉电驱动第一限流电阻、掉电驱动唤醒驱动开关管、掉电驱动第一下拉电阻、掉电驱动第二限流电阻、掉电驱动按键驱动开关管、掉电驱动第二下拉电阻和掉电驱动上拉电阻；市电掉电驱动电路的输入端为市电掉电的检测信号；市电掉电驱动电路的输入信号通过掉电驱动第一限流电阻连接掉电驱动唤醒驱动开关管的控制端；掉电驱动唤醒驱动开关管的活动端一端连接电池的正极，另一端为唤醒驱动信号的输出端，同时也通过掉电驱动第一下拉电阻接地；市电掉电驱动电路的输入信号还通过掉电驱动第二下拉电阻接地，还通过掉电驱动第二限流电阻连接掉电驱动按键驱动开关管的控制端；掉电驱动按键驱动开关管的活动端一端接地，另一端为按键驱动信号的输出端，同时还通过掉电驱动上拉电阻连接电池的正极。

所述的开关驱动电路包括了开关驱动第一二极管、开关驱动第二二极管、开关驱动第三二极管、开关驱动第一下拉电阻、开关驱动滤波电容、开关驱动第一限流电阻、开关驱动第二限流电阻、开关驱动第三限流电阻、开关驱动第一上拉电阻、开关驱动第二上拉电阻以及开关驱动控制触发开关管和开关驱动按键市电触发开关管；控制器发出的电源切换信号通过开关驱动第一二极管和开关驱动第一限流电阻连接开关驱动控制触发开关管的控制端，开关驱动控制触发开关管的控制端的开关驱动第一限流电阻还通过开关驱动第一下拉电阻接地，同时还通过开关驱动滤波电容接地；按键驱动电路的输出信号分为两路，一路通过开关驱动第二二极管连接开关驱动第一限流电阻，另一路通过开关驱动第三二极管直接与市电掉电驱动电路输出的唤醒驱动信号连接后通过开关驱动第二限流电阻连接开关驱动按键市电触发开关管的控制端；开关驱动控制触发开关管的活动端一端通过开关驱动上拉电阻连接电池正极，还通过开关驱动第三限流电阻连接电池切换开关的控制端；开关驱动控制触发开关管的活动端另一端通过开关驱动第二上拉电阻连接电池的正极，同时也直接连接开关驱动按键市电触发开关管的活动端的一端；开关驱动按键市电触发开关管的活动端的另一端直接接地。

本发明还提供了所述按键唤醒电路的唤醒方法，包括如下步骤：

S1. 检测市电掉电状态：

若市电未掉电，电路正常工作，则不进行电路唤醒；

若市电掉电，则输出市电掉电信号；

S2. 检测按键状态：

若按键未按下，则电路维持之前的工作状态；

若按键按下，则输出按键检测信号；

S3. 检测控制器发出的电池切换电路控制信号；

S4. 根据检测到的市电掉电信号、按键检测信号和电池切换电路控制信号，控制电池切换开关工作，完成电路的唤醒。

本发明还提供了应用所述按键唤醒电路和唤醒方法制成的抄表终端。

本发明提供的这种唤醒电路、唤醒方法及其制成的抄表终端，由于没有采用与门等集成芯片，直接采用电容、电阻和开关管等低功耗器件，因此本发明的电路简单可靠，而且功耗极低。在开关管采用三极管时，在后备电池关断情况下，后备电池的待机消耗主要是三极管的漏电流消耗。此电路后备电池待机时，五个三极管截止，三个三极管导通，典型三极管截止时漏电流为0.1uA，理论待机时消耗电流为16uA。因此，此电路的待机总功耗理论值为32.5uA，而电路实测待机电流为35uA左右；如抄表终端采用480mAh的后备电池，则可待机时间为450mAh÷0.035mA÷24h=535天，远远高于背景技术的4天。因此本发明的好处明显，具有突出性的、明显的进步。

附图说明

图1为背景技术的按键唤醒电路的电路原理图。

图2为本发明的按键唤醒电路的功能模块图。

图3为本发明的按键唤醒电路的按键检测电路的电路原理图。

图4为本发明的按键唤醒电路的按键驱动电路、市电掉电驱动电路、开关驱动电路和电池切换开关的电路原理图。

图5为本发明的唤醒方法的方法流程图。

具体实施方式

如图2所示为本发明的按键唤醒电路的功能模块图：本发明提供的这种按键唤醒电路，包括控制器和按键检测电路，还包括按键驱动电路、市电掉电驱动电路、开关驱动电路和电池切换开关；按键检测电路检测按键状态并产生驱动信号给按键驱动电路；市电掉电驱动电路检测市电的掉电情况，并产生一路唤醒驱动信号和一路按键驱动信号，按键驱动信号输入到按键驱动电路，唤醒驱动信号则输入到开关驱动电路；按键驱动电路根据按键检测电路和市电掉电驱动电路输入的按键驱动信号输出一路控制信号到开关驱动电路；开关驱动电路根据按键驱动电路输出的控制信号、市电掉电驱动电路输出的唤醒驱动信号以及控制器发出的电源切换信号输出相应的驱动信号，驱动电池切换开关工作，从而完成电路的唤醒。

如图3所示为本发明的按键唤醒电路的按键检测电路的电路原理图：按键检测电路包括按键检测按键开关K1、按键检测限流电阻R20、按键检测开关管（采用PNP三极管）、按键检测第一上拉电阻R18、按键检测第二上拉电阻R19、按键检测下拉电阻R21和按键检测滤波电容C2；按键的一端与地连接，另一端通过按键检测限流电阻连接三极管的基极；三极管的基极还通过按键检测第一上拉电阻连接电池正极；三极管的发射极同样通过按键检测第二上拉电阻连接电源正极，集电极为信号输出端，同时通过按键检测下拉电阻接地，还通过按键检测滤波电容接地。当按键开关未按下时，三极管的基极被拉高，三极管截止，因此输出的信号为低电平；当按键开关按下时，三极管的基极被拉低，从而输出的信号被拉高到高电平（即电池的电压）。

如图4所示为本发明的按键唤醒电路的按键驱动电路、市电掉电驱动电路、开关驱动电路和电池切换开关的电路原理图：按键驱动电路包括上拉电阻R9、下拉电阻R15、第一限流电阻R12、第二限流电阻R13、第三限流电阻R14、第四限流电阻R11、按键触发开关管V9（采用NPN型三极管）、市电触发开关管V10（采用NPN型三极管）和按键驱动开关管V8（采用PNP型三极管）；按键检测电路的输出信号通过第一限流电阻连接按键触发开关管的基极；按键触发开关的集电极通过上拉电阻连接电池的正极，同时也通过第四限流电阻连接按键驱动开关管的基极；按键触发开关的发射极通过第二限流电阻连接电池的正极，同时也直接与市电触发开关管集电极连接；市电触发开关管的发射极直接接地，基极通过第三限流电阻连接市电掉电驱动电路输出的按键驱动信号；第四开关管的发射极连接电池的正极，集电极为按键驱动电路的输出端，同时也通过下拉电阻接地。

市电掉电驱动电路包括掉电驱动第一限流电阻R7、掉电驱动唤醒驱动开关管V7（采用PNP型三极管）、掉电驱动第二下拉电阻R17、掉电驱动第二限流电阻R16、掉电驱动按键驱动开关管V11（采用NPN型三极管）、掉电驱动第一下拉电阻R8和掉电驱动上拉电阻R10；市电掉电驱动电路的输入端为市电掉电的检测信号；市电掉电驱动电路的输入信号通过掉电驱动第一限流电阻连接掉电驱动唤醒驱动开关管的基极；掉电驱动唤醒驱动开关管的发射极连接电池的正极，集电极为唤醒驱动信号的输出端，同时也通过掉电驱动第一下拉电阻接地；市电掉电驱动电路的输入信号还通过掉电驱动第二下拉电阻接地，还通过掉电驱动第二限流电阻连接掉电驱动按键驱动开关管的基极；掉电驱动按键驱动开关管的发射极接地，集电极为按键驱动信号的输出端，同时还通过掉电驱动上拉电阻连接电池的正极。

所述的开关驱动电路包括了开关驱动第一二极管V1、开关驱动第二二极管V4、开关驱动第三二极管V6、开关驱动第一下拉电阻R4、开关驱动滤波电容C1、开关驱动第一限流电阻R3、开关驱动第二限流电阻R6、开关驱动第三限流电阻R2、开关驱动第一上拉电阻R1、开关驱动第二上拉电阻R5以及开关驱动控制触发开关管V2（采用NPN型三极管）和开关驱动按键市电触发开关管V3（采用NPN型三极管）；控制器发出的电源切换信号通过开关驱动第一二极管和开关驱动第一限流电阻连接开关驱动控制触发开关管的基极，开关驱动控制触发开关管的基极的开关驱动第一限流电阻还通过开关驱动第一下拉电阻接地，同时还通过开关驱动滤波电容接地；按键驱动电路的输出信号分为两路，一路通过开关驱动第二二极管连接开关驱动第一限流电阻，另一路通过开关驱动第三二极管直接与市电掉电驱动电路输出的唤醒驱动信号连接后通过开关驱动第二限流电阻连接开关驱动按键市电触发开关管的基极；开关驱动控制触发开关管的集电极通过开关驱动上拉电阻连接电池正极，还通过开关驱动第三限流电阻连接电池切换开关的控制端；开关驱动控制触发开关管的发射极通过开关驱动第二上拉电阻连接电池的正极，同时也直接连接开关驱动按键市电触发开关管的集电极；开关驱动按键市电触发开关管的发射端直接接地。

根据图3和图4可以知道：市电掉电后，系统掉电，POW_DOWN信号和 控制器发出的电源切换信号BATT_CTRL为低，KEY_D1在按键未按下时为低；三极管V2、V3截止，MOS管V5截止。后备电池不给系统主电源VCC供电。当K1按下后，KEY_D1为高，三极管V2、V3导通，MOS管V5导通。后备电池给系统主电源VCC供电。

当系统上电后，系统CPU将BATT_CTRL信号置高，则V2导通，由于POW_DOWN为低，则三极管V7导通，三极管V3基级为高，V3导通，在松开按键后，后备电池可正常给系统主电源VCC供电。如系统需停止工作，CPU将BATT_CTRL置低即可，此时后备电池关断。

本发明提供的这种按键唤醒电路和唤醒方法，不仅适用于抄表终端，还可用于其他任何需要进行按键唤醒的电子设备，包括各类型的计量仪表（比如电能表、水表、燃气表、热量表等）、电能管理终端、配电终端、电能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表、手抄器、故障指示器等。

如图5所示为本发明的唤醒方法的方法流程图：本发明提供的所述按键唤醒电路的唤醒方法，包括如下步骤：

S1. 检测市电掉电状态：

若市电未掉电，电路正常工作，则不进行电路唤醒；

若市电掉电，则输出市电掉电信号；

S2. 检测按键状态：

若按键未按下，则电路维持之前的工作状态；

若按键按下，则输出按键检测信号；

S3. 检测控制器发出的电池切换电路控制信号；

S4. 根据检测到的市电掉电信号、按键检测信号和电池切换电路控制信号，控制电池切换开关工作，完成电路的唤醒。

Claims (6)

1.一种按键唤醒电路，包括控制器和按键检测电路，其特征在于还包括按键驱动电路、市电掉电驱动电路、开关驱动电路和电池切换开关；按键检测电路检测按键状态并产生驱动信号给按键驱动电路；市电掉电驱动电路检测市电的掉电情况，并产生一路唤醒驱动信号和一路按键驱动信号，按键驱动信号输入到按键驱动电路，唤醒驱动信号则输入到开关驱动电路；按键驱动电路根据按键检测电路和市电掉电驱动电路输入的按键驱动信号输出一路控制信号到开关驱动电路；开关驱动电路根据按键驱动电路输出的控制信号、市电掉电驱动电路输出的唤醒驱动信号以及控制器发出的电源切换信号输出相应的驱动信号，驱动电池切换开关工作，从而完成电路的唤醒；所述的按键驱动电路包括上拉电阻、下拉电阻、第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻、按键触发开关管、市电触发开关管和按键驱动开关管；按键检测电路的输出信号通过第一限流电阻连接按键触发开关管的控制端；按键触发开关的活动端一端通过上拉电阻连接电池的正极，同时也通过第四限流电阻连接按键驱动开关管的控制端；按键触发开关的活动端的另一端通过第二限流电阻连接电池的正极，同时也直接与市电触发开关管的活动端的一端连接；市电触发开关管的活动端的另一端直接接地，控制端通过第三限流电阻连接市电掉电驱动电路输出的按键驱动信号；第四开关管的活动端的一端连接电池的正极，另一端为按键驱动电路的输出端，同时也通过下拉电阻接地。

2.根据权利要求1所述的按键唤醒电路，其特征在于所述的按键检测电路包括按键检测按键开关、按键检测限流电阻、按键检测开关管、按键检测第一上拉电阻、按键检测第二上拉电阻、按键检测下拉电阻和按键检测滤波电容；按键的一端与地连接，另一端通过按键检测限流电阻连接按键检测开关管的控制端；按键检测开关管的控制端还通过按键检测第一上拉电阻连接电池正极；按键检测开关管的活动端一端同样通过按键检测第二上拉电阻连接电源正极，另一端为信号输出端，同时通过按键检测下拉电阻接地，还通过按键检测滤波电容接地。

3.根据权利要求2所述的按键唤醒电路，其特征在于所述的市电掉电驱动电路包括掉电驱动第一限流电阻、掉电驱动唤醒驱动开关管、掉电驱动第一下拉电阻、掉电驱动第二限流电阻、掉电驱动按键驱动开关管、掉电驱动第二下拉电阻和掉电驱动上拉电阻；市电掉电驱动电路的输入端为市电掉电的检测信号；市电掉电驱动电路的输入信号通过掉电驱动第一限流电阻连接掉电驱动唤醒驱动开关管的控制端；掉电驱动唤醒驱动开关管的活动端一端连接电池的正极，另一端为唤醒驱动信号的输出端，同时也通过掉电驱动第一下拉电阻接地；市电掉电驱动电路的输入信号还通过掉电驱动第二下拉电阻接地，还通过掉电驱动第二限流电阻连接掉电驱动按键驱动开关管的控制端；掉电驱动按键驱动开关管的活动端一端接地，另一端为按键驱动信号的输出端，同时还通过掉电驱动上拉电阻连接电池的正极。

4.根据权利要求3所述的按键唤醒电路，其特征在于所述的开关驱动电路包括了开关驱动第一二极管、开关驱动第二二极管、开关驱动第三二极管、开关驱动第一下拉电阻、开关驱动滤波电容、开关驱动第一限流电阻、开关驱动第二限流电阻、开关驱动第三限流电阻、开关驱动第一上拉电阻、开关驱动第二上拉电阻以及开关驱动控制触发开关管和开关驱动按键市电触发开关管；控制器发出的电源切换信号通过开关驱动第一二极管和开关驱动第一限流电阻连接开关驱动控制触发开关管的控制端，开关驱动控制触发开关管的控制端的开关驱动第一限流电阻还通过开关驱动第一下拉电阻接地，同时还通过开关驱动滤波电容接地；按键驱动电路的输出信号分为两路，一路通过开关驱动第二二极管连接开关驱动第一限流电阻，另一路通过开关驱动第三二极管直接与市电掉电驱动电路输出的唤醒驱动信号连接后通过开关驱动第二限流电阻连接开关驱动按键市电触发开关管的控制端；开关驱动控制触发开关管的活动端一端通过开关驱动上拉电阻连接电池正极，还通过开关驱动第三限流电阻连接电池切换开关的控制端；开关驱动控制触发开关管的活动端另一端通过开关驱动第二上拉电阻连接电池的正极，同时也直接连接开关驱动按键市电触发开关管的活动端的一端；开关驱动按键市电触发开关管的活动端的另一端直接接地。

5.一种权利要求1~4之一所述按键唤醒电路的唤醒方法，包括如下步骤：

S1. 检测市电掉电状态：

若市电未掉电，电路正常工作，则不进行电路唤醒；

若市电掉电，则输出市电掉电信号；

S2. 检测按键状态：

若按键未按下，则电路维持之前的工作状态；

若按键按下，则输出按键检测信号；

S3. 检测控制器发出的电池切换电路控制信号；

S4. 根据检测到的市电掉电信号、按键检测信号和电池切换电路控制信号，控制电池切换开关工作，完成电路的唤醒。

6.一种抄表终端，其特征在于包括权利要求1~4之一所述的按键唤醒电路，并采用权利要求5所述的唤醒方法进行唤醒。