CN107294169A - 一种存车柜控制电路、其无线充电装置及应用 - Google Patents

一种存车柜控制电路、其无线充电装置及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种存车柜控制电路、其无线充电装置及应用，存车柜控制电路包括48V电源总线、12V电源总线、逆变电路、发射线圈L 1及其谐振网络、驱动电路、MCU1和开锁电路；其中48V电源总线与逆变电路输入端直接相连，逆变电路输出端与发射线圈L 1及其谐振网络连接，驱动电路与逆变电路进行电路连接，MCU1与驱动电路进行连接，开锁电路分别连接12V电源总线、MCU1。本发明集充电、柜门开关控制、数据传输为一体，具有结构简单、控制简便、功能齐全等优点，特别适用共享滑板车的存储、充电和租赁。

Description

一种存车柜控制电路、其无线充电装置及应用
技术领域
本发明涉及一种存车柜控制电路、其无线充电装置及应用，属于无线充电技术领域。
背景技术
存车柜是用来存储电动滑板车等待充电设备的装置柜，能够在滑板车租赁系统中使用。电动滑板车现已成为新型代步工具，并且在一些近距离出行场合中已使用，使用存车柜的好处是能够管理电动滑板车，使其在空间内布置得更加整洁美观，同时防止滑板车在闲置的时候丢失，起到安全保护的作用。
电动滑板车作为新型代步工具，使用时很方便快捷，但在到达目的地后，存在停放和充电问题，这就需要用户给滑板车找地方停放，有时候还得拖着滑板车上下楼梯，并且充电需要随时带着有线充电器，增加了用户的负担。
因此建立无线充电装置，需要考虑存车柜内部控制电路的构成及连接等。
发明内容
本发明提供了一种存车柜控制电路、其无线充电装置及应用，以用于建立存车柜控制电路及其无线充电装置以便于实现电动滑板车等待充电设备的无线充电及用于租赁。
本发明的技术方案是：一种存车柜控制电路，包括48V电源总线、12V电源总线、逆变电路、发射线圈L 1及其谐振网络、驱动电路、MCU1和开锁电路；其中48V电源总线与逆变电路输入端直接相连，逆变电路输出端与发射线圈L 1及其谐振网络连接，驱动电路与逆变电路进行电路连接，MCU1与驱动电路进行连接，开锁电路分别连接12V电源总线、MCU1。
所述逆变电路由MOS管Q 1和MOS管Q 2串联，再并联上分压电容C 3和电容C 4、电容C 5和电容C 6，最后并联滤波电容C 7。
所述驱动电路由MCU1发出一路50%占空比的PWM波，然后经施密特触发器U 1反相一次，其输出又分为两路，一路流经电阻R 1给驱动IC，驱动IC给出信号驱动上管半导体场效应晶体管Q 1；另一路经施密特触发器U 2再反相一次后流经电阻R 2给驱动IC，驱动IC输出驱动下管半导体场效应晶体管Q 2。
所述施密特触发器U1和驱动IC间串联二极管D 1，并联电容C 1；施密特触发器U2和驱动IC间串联二极管D 2，并联电容C 2。
所述开锁电路由开锁主电路、开锁驱动电路和电磁锁状态检测电路构成；其中开锁主电路连接12V电源总线、电磁锁、开锁驱动电路，开锁驱动电路再连接MCU1，MCU1、电磁锁状态检测电路连接电磁锁。
所述开锁主电路包括保险丝F 1、滤波电容C 8和C 9、续流二极管D 4、MOS管Q 3；其中12V电源总线连接保险丝F 1的输入端，保险丝F 1的输出端并接另一端都接地的电容C 8和电容C 9后接到电磁锁线圈L 3的输入端，且电磁锁线圈L 3的输入端接续流二极管D 4的阴极，电磁锁线圈L 3的输出端接二极管D 4的阳极，电磁锁线圈L 3的输出端再接MOS管Q 3的漏级，MOS管Q 3的源极再接地。
所述开锁驱动电路包括电阻R 3、电阻R 4、电容C 10；其中MCU1接到限流电阻R 3的输入端，电阻R 3的输出端并接另一端接到地的电阻R 4和电容C 10，然后电阻R 3的输出端接到MOS管Q 3的栅极。
所述电磁锁状态检测电路包括电阻R 5；其中5V电源接到电阻R5的输入端，电阻R5的输出端接到电磁锁内部常闭触点N 2的一端，常闭触点N 2的另一端接到地。
一种基于存车柜控制电路的无线充电装置，包括存车柜控制电路、充电电路接收端，所述充电电路接收端包括MCU2、接收线圈L 2及其谐振网络、整流电路、同步降压电路、滤波电路、电池和采样电路；
所述存车柜控制电路装设在存车柜中，充电电路接收端装设在待充电设备上，MCU2检测电池电压和电流，并控制同步降压电路，同时能够将充电电压、充电电流信息通过无线通信模块发送给MCU1，MCU1控制存车柜控制电路启停且通过485总线发送电池状态信息给存车柜控制器，存车柜控制器控制LED显示电路显示信息；
48V直流电经逆变电路后变为高频交流电，高频交流电通过发射线圈L1及其谐振网络发生谐振，通过谐振的方式将能量传输到接收线圈L 2及其谐振网络，之后再经输出整流电路得到直流电，直流电经过同步降压电路得到需要的电压值，所需电压经过滤波电路给电池充电，采样电路将采集的充电电压、充电电流信息发送给MCU2。
一种存车柜控制电路用于租用。
本发明的有益效果是：本发明集充电、柜门开关控制、数据传输为一体，具有结构简单、控制简便、功能齐全等优点，特别适用共享滑板车的存储、充电和租赁。
附图说明
图1为单列存车柜控制电路框图；
图2为单列存车柜驱动电路原理图；
图3为驱动电路产生死区波形图；
图4为单列存车柜开锁电路原理图；
图5为整体存车柜控制电路框图；
图6为存车柜取车的程序设计图；
图7为存车柜还车的程序设计图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-7所示，一种存车柜控制电路，包括48V电源总线、12V电源总线、逆变电路、发射线圈L 1及其谐振网络（如LCC补偿网络）、驱动电路、MCU1和开锁电路；其中48V电源总线与逆变电路输入端直接相连，逆变电路输出端与发射线圈L 1及其谐振网络连接，驱动电路与逆变电路进行电路连接，MCU1与驱动电路进行连接，开锁电路分别连接12V电源总线、MCU1。
进一步地，所述逆变电路可以为由MOS（金属-氧化物半导体场效应晶体管）管Q 1和MOS管Q 2串联，再并联上分压电容C 3和电容C 4、电容C 5和电容C 6，最后并联滤波电容C 7。
进一步地，所述驱动电路可以为由MCU1发出一路50%占空比的PWM波，然后经施密特触发器U 1反相一次，其输出又分为两路，一路流经电阻R 1给驱动IC，驱动IC给出信号驱动上管半导体场效应晶体管Q 1；另一路经施密特触发器U 2再反相一次后流经电阻R 2给驱动IC，驱动IC输出驱动下管半导体场效应晶体管Q 2。
进一步地，所述施密特触发器U1和驱动IC间串联二极管D 1，并联电容C 1；施密特触发器U2和驱动IC间串联二极管D 2，并联电容C 2。采用反相器的优点是能够保证Q 1和Q 2不同时导通，同时在施密特触发器和驱动IC间串联超快恢复二极管（D 1和D 2），并联电容（C 1和C 2），使得最终的驱动波形G 1和G 2产生死区，避免同时开通Q 1和Q 2发生短路危险，提高了系统的可靠性和安全性。
最终具有死区的波形G1和G2是按如下过程产生的。占空比为50%的PWM_1(或者PWM_2，以PWM_1为例)在上升沿时，经过电阻R 1给并联电容C 1充电，此时波形PWM_H的上升沿相对PWM_1就有一定的延时上升，当PWM_H的上升沿低于驱动IC的输入电压阈值UT时就不会有输出，因此G1的波形占空比就会小于50%，就会有一定死区。在PWM_1下降沿时，C 1经过超快恢复二极管D 1和电阻R 1同时放电，放电速度极快，因此PWM_H的下降沿极快，G1在下降沿不产生死区。因此整个驱动电路的死区主要是在上升沿时产生。具体波形如图3所示。
进一步地，所述开锁电路可以为由开锁主电路、开锁驱动电路和电磁锁状态检测电路构成；其中开锁主电路连接12V电源总线、电磁锁、开锁驱动电路，开锁驱动电路再连接MCU1，MCU1、电磁锁状态检测电路连接电磁锁。
进一步地，所述开锁主电路可以为包括保险丝F 1、滤波电容C 8和C 9、续流二极管D 4、MOS管Q 3；其中12V电源总线连接保险丝F 1的输入端，保险丝F 1的输出端并接另一端都接地的电容C 8和电容C 9后接到电磁锁线圈L 3的输入端，且电磁锁线圈L 3的输入端接续流二极管D 4的阴极，电磁锁线圈L 3的输出端接二极管D 4的阳极，电磁锁线圈L 3的输出端再接MOS管Q 3的漏级，MOS管Q 3的源极再接地。
进一步地，所述开锁驱动电路可以为包括电阻R 3、电阻R 4、电容C 10；其中MCU1接到限流电阻R 3的输入端，电阻R 3的输出端并接另一端接到地的电阻R 4和电容C 10，然后电阻R 3的输出端接到MOS管Q 3的栅极。
进一步地，所述电磁锁状态检测电路可以为包括电阻R 5；其中5V电源接到电阻R5的输入端，电阻R5的输出端接到电磁锁内部常闭触点N 2的一端，常闭触点N 2的另一端接到地。
在正常状态下，电磁锁是关闭的，此时N 1和N 2都处于常闭状态，MCU1检测到信号sLock是个低电平。柜门需要打开时，MCU1给出一个连续的高信号IO Lock经过R 3导通开关管Q 3，此时线圈回路导通，常闭触点N 1、N 2打开，柜门打开，此时MCU1检测到电磁锁的状态量sLock是一个高电平。柜门需要关闭时，MCU1将IO Lock信号置低，此时电阻R 4与Q 3的体电容构成放电回路放电，对于线圈L 3的电流在关闭瞬间不能突变，经续流二极管D 4续流，随后常闭触点N 1、N 2关闭，电磁锁关闭，MCU1检测到sLock为低电平。其中，MCU1通过检测信号sLock的高低就能判断柜门的开关。
一种基于存车柜控制电路的无线充电装置，包括存车柜控制电路、充电电路接收端，所述充电电路接收端包括MCU2、接收线圈L 2及其谐振网络（如S补偿网络）、整流电路、同步降压电路、滤波电路、电池和采样电路；
所述存车柜控制电路装设在存车柜中，充电电路接收端装设在待充电设备上，MCU2检测电池电压和电流，并控制同步降压电路，同时能够将充电电压、充电电流信息通过无线通信模块发送给MCU1，MCU1控制存车柜控制电路启停且通过485总线发送电池状态信息给存车柜控制器，存车柜控制器控制LED显示电路显示信息；
48V直流电经逆变电路后变为高频交流电，高频交流电通过发射线圈L1及其谐振网络发生谐振，通过谐振的方式将能量传输到接收线圈L 2及其谐振网络，之后再经输出整流电路得到直流电，直流电经过同步降压电路得到需要的电压值，所需电压经过滤波电路给电池充电，采样电路将采集的充电电压、充电电流信息发送给MCU2。
上述条件描述的都是单列存车柜的控制电路，在整个存车柜中包括多列存车柜，因此整个存车柜的控制电路如图5所示。单列存车柜连接上12V电源总线获得芯片供电；连接上48V电源获得功率电源；连接RS485总线与存车柜控制器通信，将单列电磁锁的状态信息、滑板车的电池电量等状态信息反馈给存车柜控制器，存车柜控制器将状态信息通过LED显示电路显示出来。
一种存车柜控制电路用于租用（租（取）车和还（存）车），由于存车柜控制电路是由存车柜控制器和多个单列MCU连接传输命令的，因此总控制器的控制实施主要包括租（取）车和还（存）车。其具体的控制方法如下。
租（取）车的过程如下：当主控制器收到租车的命令，根据单列MCU反馈的信息进行判断，判断某号存车格里是否有车，若无车则返回查找下一号存车格，有车则进行下一步判断，判断存车格内滑板车电量是否充足，如不充足则继续查找下一号存车格，若充足则将打开柜门的信号发送到相应存车格的MCU，MCU随即利用开锁电路打开柜门，用户取出车来，之后MCU将柜门为空的信息反送给主控制器，至此整个取车的过程结束，其程序框图如图6示。
还（存）车的过程如下：当主控制器接收到还车的命令，立即查找空闲存车格，找到后将开柜命令发送到空闲存车格的相应MCU，MCU随即利用开锁电路打开该存车格，并语音提示放好滑板车关好柜门，过一段时间（人为还车时间）检测柜门是否被关闭，如果没有关闭则再次播放语音提示，若关好则检测是否有滑板车电池电量，若无则再次语音提示，若有则确定还车完成，之后此列MCU将该号存车格的状态发送给主控制器，标明有车，其程序框图如图7示。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种存车柜控制电路，其特征在于：包括48V电源总线、12V电源总线、逆变电路、发射线圈L 1及其谐振网络、驱动电路、MCU1和开锁电路；其中48V电源总线与逆变电路输入端直接相连，逆变电路输出端与发射线圈L 1及其谐振网络连接，驱动电路与逆变电路进行电路连接，MCU1与驱动电路进行连接，开锁电路分别连接12V电源总线、MCU1。
2.根据权利要求1所述的存车柜控制电路，其特征在于：所述逆变电路由MOS管Q 1和MOS管Q 2串联，再并联上分压电容C 3和电容C 4、电容C 5和电容C 6，最后并联滤波电容C 7。
3.根据权利要求1所述的存车柜控制电路，其特征在于：所述驱动电路由MCU1发出一路50%占空比的PWM波，然后经施密特触发器U 1反相一次，其输出又分为两路，一路流经电阻R 1给驱动IC，驱动IC给出信号驱动上管半导体场效应晶体管Q 1；另一路经施密特触发器U 2再反相一次后流经电阻R 2给驱动IC，驱动IC输出驱动下管半导体场效应晶体管Q 2。
4.根据权利要求3所述的存车柜控制电路，其特征在于：所述施密特触发器U1和驱动IC间串联二极管D 1，并联电容C 1；施密特触发器U2和驱动IC间串联二极管D 2，并联电容C 2。
5.根据权利要求1所述的存车柜控制电路，其特征在于：所述开锁电路由开锁主电路、开锁驱动电路和电磁锁状态检测电路构成；其中开锁主电路连接12V电源总线、电磁锁、开锁驱动电路，开锁驱动电路再连接MCU1，MCU1、电磁锁状态检测电路连接电磁锁。
6.根据权利要求5所述的存车柜控制电路，其特征在于：所述开锁主电路包括保险丝F 1、滤波电容C 8和C 9、续流二极管D 4、MOS管Q 3；其中12V电源总线连接保险丝F 1的输入端，保险丝F 1的输出端并接另一端都接地的电容C 8和电容C 9后接到电磁锁线圈L 3的输入端，且电磁锁线圈L 3的输入端接续流二极管D 4的阴极，电磁锁线圈L 3的输出端接二极管D 4的阳极，电磁锁线圈L 3的输出端再接MOS管Q 3的漏级，MOS管Q 3的源极再接地。
7.根据权利要求5所述的存车柜控制电路，其特征在于：所述开锁驱动电路包括电阻R 3、电阻R 4、电容C 10；其中MCU1接到限流电阻R 3的输入端，电阻R 3的输出端并接另一端接到地的电阻R 4和电容C 10，然后电阻R 3的输出端接到MOS管Q 3的栅极。
8.根据权利要求5所述的存车柜控制电路，其特征在于：所述电磁锁状态检测电路包括电阻R 5；其中5V电源接到电阻R5的输入端，电阻R5的输出端接到电磁锁内部常闭触点N 2的一端，常闭触点N 2的另一端接到地。
9.一种基于存车柜控制电路的无线充电装置，其特征在于：包括存车柜控制电路、充电电路接收端，所述充电电路接收端包括MCU2、接收线圈L 2及其谐振网络、整流电路、同步降压电路、滤波电路、电池和采样电路；
所述存车柜控制电路装设在存车柜中，充电电路接收端装设在待充电设备上，MCU2检测电池电压和电流，并控制同步降压电路，同时能够将充电电压、充电电流信息通过无线通信模块发送给MCU1，MCU1控制存车柜控制电路启停且通过485总线发送电池状态信息给存车柜控制器，存车柜控制器控制LED显示电路显示信息；
48V直流电经逆变电路后变为高频交流电，高频交流电通过发射线圈L1及其谐振网络发生谐振，通过谐振的方式将能量传输到接收线圈L 2及其谐振网络，之后再经输出整流电路得到直流电，直流电经过同步降压电路得到需要的电压值，所需电压经过滤波电路给电池充电，采样电路将采集的充电电压、充电电流信息发送给MCU2。
10.一种采用权利要求1至8中任一项所述的存车柜控制电路用于租用。
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