CN107272457B - 间歇式供电的物联网模块装置及物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种间歇式供电的物联网模块装置以及物联网系统，该装置包括转换电路、储能元件、充电控制电路以及主控芯片，转换电路与储能元件以及充电控制电路均电性连接，主控芯片与储能元件以及充电控制电路均电性连接；主控芯片在第一预定时间内输出第一控制信号给充电控制电路以控制转换电路工作，以便于转换电路给储能元件充电；主控芯片在第二预定时间内输出第二控制信号给充电控制电路控制转换电路停止工作，其中第一预定时间与第二预定时间形成一个间歇式供电周期。通过主控芯片以及储能元件来实现电源对储能元件的间歇性供电，降低了功耗，延长了电源使用寿命，减少模块维护强度，实用性强。

Description

间歇式供电的物联网模块装置及物联网系统

技术领域

本发明涉及物联网领域，具体而言，涉及一种间歇式供电的物联网模块装置及物联网系统。

背景技术

目前，现有技术中，传统物联网模块供电电路采用线性电压转换器件或者DC/DC开关电源转换器件将较高的电池电压转换成较低的电源电压供模块的单片机和GPRS模块使用。这种方案的有许多的不足，一方面，当物联网模块的GPRS离线时，物联网模块仅仅需要很小的的待机电流，而线性电压转换器件或者DC/DC开关电源转换器件在较低的负载电流下，其效率通常较低；另一方面，当GPRS上线或者数据传输时，需要较大的电流，这要求线性电压转换器件或者DC/DC开关电源转换器具有较大的输出电流，既增加了模块的成本，同时也不利于模块的小型化。

因此，如何解决上述问题是目前本领域技术人员亟待解决的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种间歇式供电的物联网模块装置及物联网系统，以实现开关电源电路间歇工作的目的。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种间歇式供电的物联网模块装置，所述装置包括转换电路、储能元件、充电控制电路以及主控芯片，所述转换电路与储能元件以及充电控制电路均电性连接，所述主控芯片与所述储能元件以及所述充电控制电路均电性连接；

所述转换电路的输入端与电源电性连接，所述转换电路的输出端与所述储能元件电性连接，以通过所述储能元件为负载提供所需的电压；

所述储能元件与主控芯片电性连接为所述主控芯片供电，所述主控芯片经由充电控制电路与转换电路电性连接，用于控制所述转换电路的工作状态；

所述主控芯片在第一预定时间内输出第一控制信号给所述充电控制电路以控制所述转换电路工作，以便于所述转换电路给所述储能元件供电；

所述主控芯片在第二预定时间内输出第二控制信号给所述充电控制电路控制所述转换电路停止工作，其中所述第一预定时间与所述第二预定时间形成一个间歇式供电周期。

在本发明较佳的实施例中，所述装置还包括用于防止所述电源与转换电路反接的防反接电路，所述电源通过所述防反接电路与所述转换电路电性连接；

当所述电源正接时，所述防反接电路截止，使所述电源与所述转换电路导通，当所述电源反接时，所述防反接电路导通，使所述电源与所述转换电路断开。

在本发明较佳的实施例中，所述防反接电路包括电源输入端、第一二极管、第一开关管、第一电阻、第二电阻以及第一电容；

所述电源输入端与第一二极管并联后接地，所述电源输入端还与所述第一开关管的第一极电性连接；

所述第二电阻与所述第一电容并联后连接于所述第一开关管的栅极和源极之间；

所述第一开关管的源极与所述转换电路电性连接；

所述第一开关管的栅极通过所述第一电阻接地；

当电源正接于所述电源输入端时，所述第一开关管导通，使所述电源与所述转换电路导通；

当电源反接于所述电源输入端时，所述第一开关管截止，使所述电源与所述转换电路断开。

在本发明较佳的实施例中，所述储能元件包括容性电池，所述容性电池的阳极与所述转换电路电性连接，所述容性电池的阴极接地，所述容性电池的阳极还与所述主控芯片电性连接。

在本发明较佳的实施例中，所述储能元件还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述转换电路电性连接，所述第二二极管的阴极与所述容性电池的阳极电性连接。

在本发明较佳的实施例中，所述转换电路包括电压转换芯片，所述电压转换芯片的输入端与所述第二电源电性连接，所述转换芯片的使能端与所述充电控制电路电性连接，所述转换芯片的输出端与所述储能元件电性连接。

在本发明较佳的实施例中，所述充电控制电路包括第二开关管、第三开关管、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；

所述第二开关管的基极与所述主控芯片电性连接，所述第二开关管的集电极通过所述第三电阻与另一电源电性连接，所述第二开关管的发射级接地；

所述第三开关管的栅极电性连接于所述第三电阻与所述第二开关管的集电极之间，所述第三开关管的漏极通过所述第四电阻与所述另一电源电性连接，所述第三开关管的源极经过所述第五电阻接地，所述电压转换芯片的使能端电性连接于所述第三开关管的源极与所述第五电阻之间；

所述主控芯片在第一预定时间内输出第一控制信号，此时所述第二开关管截止，所述第三开关管导通，所述电压转换芯片的使能端处于高电平，以使所述转换电路给所述储能元件供电；

所述主控芯片在第二预定时间内输出第二控制信号，此时第二开关管导通，所述第三开关管截止，所述电压转换芯片的使能端处于低电平，以使所述转换电路停止工作。

在本发明较佳的实施例中，述充电控制电路还包括第六电阻以及第七电阻，所述第六电阻并联接入所述第二开关管的基极与发射级之间，所述第二开关管的基极通过所述第七电阻与所述主控芯片电性连接，所述第六电阻与所述第七电阻组成一个偏置电路为所述第二开关管提供一个偏置电压。

在本发明较佳的实施例中，所述第二开关管为NPN三极管，所述第三开关管为NMOS。

本发明实施例还提供了一种物联网系统所述物联网系统包括上述的间歇式供电的物联网模块装置，还包括开关装置、GPRS装置以及电源，所述电源、所述间歇式供电的物联网模块装置、所述开关以及所述GPRS装置依次电性连接。

相对于现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供了一种间歇式供电的物联网模块装置，装置包括转换电路、储能元件、充电控制电路以及主控芯片，转换电路与储能元件以及充电控制电路均电性连接，主控芯片与储能元件以及充电控制电路均电性连接；转换电路的输入端与电源电性连接，转换电路的输出端与储能元件电性连接，以通过储能元件为负载提供所需的电压；储能元件与主控芯片电性连接为主控芯片供电，主控芯片经由充电控制电路与转换电路电性连接，用于控制转换电路的工作状态；主控芯片在第一预定时间内输出第一控制信号给充电控制电路以控制转换电路工作，以便于转换电路给储能元件供电；主控芯片在第二预定时间内输出第二控制信号给充电控制电路控制转换电路停止工作，其中第一预定时间与第二预定时间形成一个间歇式供电周期。通过主控芯片以及储能元件来实现电源对储能元件的间歇性供电，降低了功耗，延长了电源使用寿命，减少模块维护强度，实用性强。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

图1示出了本发明实施例所提供的一种间歇式供电的物联网模块装置的原理示意图。

图2示出了本发明实施例所提供的一种间歇式供电的物联网模块装置的电路原理图。

图3示出了本发明实施例所提供的一种间歇式供电的物联网模块装置的充电控制电路的电路原理图。

图4示出了本发明实施例所提供的一种物联网系统的模块原理示意图。

图标：100-间歇式供电的物联网模块装置；110-转换电路；111-电压转换芯片；120-储能元件；130-充电控制电路；140-主控芯片；150-电源；160-防反接电路；200-物联网系统；210-开关装置；220-GPRS装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

请参阅图1，本发明实施例提供了一种间歇式供电的物联网模块装置100。间歇式供电的物联网模块装置100包括转换电路110、储能元件120、充电控制电路130以及主控芯片140。转换电路110与储能元件120以及充电控制电路130均电性连接，主控芯片140与储能元件120以及充电控制电路130均电性连接。

请参阅图2，转换电路110的输入端与电源150电性连接，转换电路110的输出端与储能元件120电性连接，以通过所述储能元件120为负载提供所需的电压。

在本实施例中，转换电路110的输入端与电源150电性连接，转换电路110的输出端与储能元件120电性连接，一通过储能元件120为负载提供所需的电压。转换电路110包括电压转换芯片111，电压转换芯片111的输入端VIN与电源150电性连接，电压转换芯片111的使能端EN与充电控制电路130电性连接，转换芯片的输出端PH与储能元件120电性连接。

在本实施例中，转换电路110还包括电感L1、第三二极管D2、第八电阻R6、第九电阻R7、第十电阻R8、第三电容C2、第四电容C3、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C9以及第九电容C4。

电压转换芯片111的输入端VIN还通过第三电容C2后接地，电压转换芯片111的第一引脚SS通过第四电容C3后接地；电压转换芯片111的第二引脚BOOT串联第九电容C4后与电压转换芯片111的输出端PH电性连接，第九电容C4用于改善电路性能；电压转换芯片111的输出端PH还通过电感L1与储能元件120电性连接；第五电容C5与第八电阻R 6串联后与第六电容C6并联接入电压转换芯片111的第三引脚COMP与地之间；第九电阻R7以及第十电阻R8串联后接地，第九电阻R7的另一端与储能元件120电性连接，电压转换芯片111的第四引脚VSENSE电性连接于第九电阻R7与第十电阻R8之间，第九电阻R7与第十电阻R8形成一个分压电路，来调节输出端PH输出的电压；第三二极管D2的阴极电性连接与输出端PH与电感L1之间，第三二极管D2的阳极电性连接与第五引脚GND与地之间；第七电容C7以及第八电容C9的一端并联接入电感L1与储能元件120之间，另一端接地，用于滤波。

在本实施例中，电压转换芯片111的使能端EN处于高电平时，转换电路110工作，以便于转换电路110给储能元件120供电；电压转换芯片111的使能端EN处于低电平时，转换电路110停止工作。

间歇式供电的物联网模块装置100，还包括用于防止电源150与转换电路110反接的防反接电路160，电源150通过防反接电路160与转换电路110电性连接。

在本实施例中，防反接电路160包括电源输入端VBAT12、第一二极管D1、第一开关管Q1、第一电阻R2、第二电阻R4以及第一电容C1。

电源输入端VBAT12与第一二极管D1并联后接地，电源输入端VBAT12还与第一开关管Q1的第一极电性连接；第二电阻R4与第一电容C1并联后连接与第一开关管Q1的第二极和第三极之间；第一开关管Q1的第三极与转换电路110电性连接；第一开关管Q1的第二极通过第一电阻R1接地。在本实施例中，第一开关管Q1为PMOS。

当电源150正接于电源输入端VBAT12时，第一开关管Q1导通，使电源150与转换电路110导通；当电源150反接于电源输入端VBAT12时，第一开关管Q1截止，使电源150与转化电路110断开。

储能元件120与主控芯片140电性连接为主控芯片140供电，主控芯片140经由充电扣能够知充电控制电路130与转换电路110电性连接，用于控制转换电路110的工作状态。储能元件120，包括容性电池C10，容性电池C10的阳极与转换电路110电性连接，容性电池C10的阴极接地，荣幸电容的阳极还与主控芯片140电性连接。

在本实施例中，储能元件120还包括第二二极管D3，第二二极管D3的阳极与转换电路110电性连接，第二二极管D3的阴极与容性电池C10的阳极电性连接。

请参阅图3，充电控制电路130包括第二开关管Q3、第三开关管Q2、第三电阻R1、第四电阻R3以及第五电阻R5。

第二开关管Q3的第一极与主控芯片140电性连接，第二开关管Q3的第二极通过第三电阻R1与另一电源电性连接，第二开关管Q2的第三极接地；第三开关管Q2的第一极电性连接与第三电阻R1与第二开关管Q3的第一极之间，第三开关管Q2的第二极通过第四电阻与另一电源电性连接，第三开关管Q2的第三极经过第五电阻R5接地，电压转换芯片111的使能端电性连接于第三开关管的第三极与第五电阻R5之间。在本实施例中，另一电源采用的是电源150经过防反接电路160输入给电压转换芯片111的输入端VIN的电压。

主控芯片140在第一预定时间内输出第一控制信号，此时第三开关管Q2导通，第二开关管Q3截止，电压转换芯片111的使能端EN处于高电平，以使转换电路110给储能元件120供电；主控芯片140在第二预定时间内输出第二控制信号，此时第二开关管导通Q3，第三开关管截止Q2，电压转换芯片111的使能端处于低电平，以使转换电路110停止工作。延长了电源的使用寿命，降低了功耗。

在本实施例中，充电控制电路130还包括第六电阻R10以及第七电阻R9，第六电阻R10并联接入第二开关管Q3的第一极与第三极之间，第二开关管Q3的第一极通过第七电阻R9与主控芯片140电性连接，第六电阻R10与第七电阻R9组成一个偏置电路为第二开关管Q3提供一个偏置电压。

在本实施例中，第二开关管Q3为NPN三极管，第三开关管Q2为NMOS。在其他实施例中，只要能起到控制转换芯片111的使能端EN高低电平变化的功率器件均在本发明保护范围之内。

工作原理如下：

初始状态下，容性电池C10无电压，主控芯片140不工作，第二开关管Q3截止，第三开关管Q2导通，电压转换芯片111开始工作为容性电池C10充电，当容性电池充电C10的电压可以驱动主控芯片140工作时，主控芯片140在第一预定时间内输出第一控制信号给充电控制电路130以控制转换电路110工作，以便于转换电路110给储能元件120供电；主控芯片140在第二预定时间内输出第二控制信号给充电控制电路130控制转换电路110停止工作，其中第一预定时间与第二预定时间形成一个间歇式供电周期。

请参阅图4，本发明实施例还提供了一种物联网系统200，包括间歇式供电的物联网模块装置100，还包括开关装置210、GPRS装置220以及电源150，电源150、间歇式供电的物联网模块装置100、开关装置210以及GPRS装置220依次电性连接。

综上所述，本发明实施例提供了一种间歇式供电的物联网模块装置，该装置包括转换电路、储能元件、充电控制电路以及主控芯片，转换电路与储能元件以及充电控制电路均电性连接，主控芯片与储能元件以及充电控制电路均电性连接；转换电路的输入端与电源电性连接，转换电路的输出端与储能元件电性连接，以通过储能元件为负载提供所需的电压；储能元件与主控芯片电性连接为主控芯片供电，主控芯片经由充电控制电路与转换电路电性连接，用于控制转换电路的工作状态；主控芯片在第一预定时间内输出第一控制信号给充电控制电路以控制转换电路工作，以便于转换电路给储能元件供电；主控芯片在第二预定时间内输出第二控制信号给充电控制电路控制转换电路停止工作，其中第一预定时间与第二预定时间形成一个间歇式供电周期。通过主控芯片以及储能元件来实现电源对储能元件的间歇性供电，降低了功耗，延长了电源使用寿命，减少模块维护强度，实用性强。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (2)

1.一种间歇式供电的物联网模块装置，其特征在于，所述装置包括转换电路、储能元件、充电控制电路以及主控芯片，所述转换电路与储能元件以及充电控制电路均电性连接，所述主控芯片与所述储能元件以及所述充电控制电路均电性连接；

所述转换电路的输入端与电源电性连接，所述转换电路的输出端与所述储能元件电性连接，以通过所述储能元件为负载提供所需的电压；

所述储能元件与主控芯片电性连接为所述主控芯片供电，所述主控芯片经由充电控制电路与转换电路电性连接，用于控制所述转换电路的工作状态；

所述主控芯片在第一预定时间内输出第一控制信号给所述充电控制电路以控制所述转换电路工作，以便于所述转换电路给所述储能元件供电；

所述主控芯片在第二预定时间内输出第二控制信号给所述充电控制电路控制所述转换电路停止工作，其中所述第一预定时间与所述第二预定时间形成一个间歇式供电周期；

所述装置还包括用于防止所述电源与转换电路反接的防反接电路，所述电源通过所述防反接电路与所述转换电路电性连接；

当所述电源正接时，所述防反接电路截止，使所述电源与所述转换电路导通，当所述电源反接时，所述防反接电路导通，使所述电源与所述转换电路断开；

所述防反接电路包括电源输入端、第一二极管、第一开关管、第一电阻、第二电阻以及第一电容；

所述电源输入端与第一二极管并联后接地，所述电源输入端还与所述第一开关管的漏极电性连接；

所述第二电阻与所述第一电容并联后连接于所述第一开关管的栅极和源极之间；

所述第一开关管的源极与所述转换电路电性连接；

所述第一开关管的栅极通过所述第一电阻接地；

所述第一开关管为P型MOS管；

当电源正接于所述电源输入端时，所述第一开关管导通，使所述电源与所述转换电路导通；

当电源反接于所述电源输入端时，所述第一开关管截止，使所述电源与所述转换电路断开；

所述储能元件包括容性电池，所述容性电池的阳极与所述转换电路电性连接，所述容性电池的阴极接地，所述容性电池的阳极还与所述主控芯片电性连接；

所述储能元件还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述转换电路电性连接，所述第二二极管的阴极与所述容性电池的阳极电性连接；

所述转换电路包括电压转换芯片，所述电压转换芯片的输入端与电源电性连接，所述转换芯片的使能端与所述充电控制电路电性连接，所述转换芯片的输出端与所述储能元件电性连接；

所述充电控制电路包括第二开关管、第三开关管、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；

所述第二开关管的基极与所述主控芯片电性连接，所述第二开关管的集电极通过所述第三电阻与另一电源电性连接，所述第二开关管的发射级接地；

所述第三开关管的栅极电性连接于所述第三电阻与所述第二开关管的集电极之间，所述第三开关管的漏极通过所述第四电阻与所述另一电源电性连接，所述第三开关管的源极经过所述第五电阻接地，所述电压转换芯片的使能端电性连接于所述第三开关管的源极与所述第五电阻之间；

所述主控芯片在第一预定时间内输出第一控制信号，此时所述第二开关管截止，所述第三开关管导通，所述电压转换芯片的使能端处于高电平，以使所述转换电路给所述储能元件供电；

所述主控芯片在第二预定时间内输出第二控制信号，此时第二开关管导通，所述第三开关管截止，所述电压转换芯片的使能端处于低电平，以使所述转换电路停止工作；

所述充电控制电路还包括第六电阻以及第七电阻，所述第六电阻并联接入所述第二开关管的基极与发射级之间，所述第二开关管的基极通过所述第七电阻与所述主控芯片电性连接，所述第六电阻与所述第七电阻组成一个偏置电路为所述第二开关管提供一个偏置电压；

所述第二开关管为NPN三极管，所述第三开关管为NMOS。

2.一种物联网系统，其特征在于，所述物联网系统包括权利要求1所述的间歇式供电的物联网模块装置，还包括开关装置、GPRS装置以及电源，所述电源、所述间歇式供电的物联网模块装置、所述开关装置以及所述GPRS装置依次电性连接。

Images