CN108008803A - 一种软硬件开关机电路及其工作方法 - Google Patents

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CN108008803A CN201810089329.8A CN201810089329A CN108008803A CN 108008803 A CN108008803 A CN 108008803A CN 201810089329 A CN201810089329 A CN 201810089329A CN 108008803 A CN108008803 A CN 108008803A
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丁海泉
高洪智
李志坚
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Abstract

本发明公开了一种软硬件开关机电路，包括开关机模块、电源模块和电源适配器、后备电池、上位机和下位机；所述开关机模块包括开关机控制电路、非自锁按键和指示灯电路；所述电源模块包括充电电池、充电及电源路径选择电路、下位机电源开关电路和下位机电源电路；所述开关机模块分别与后备电池、电源模块、上位机、下位机连接；所述电源模块分别与电源适配器、后备电池、开关机模块、下位机连接；所述上位机分别与后备电池、下位机连接。本发明通过开关机模块控制上位机和下位机开机和软硬件关机，实现上下位机的同步和可靠开关机。

Description

一种软硬件开关机电路及其工作方法
技术领域
本发明涉及电子设备的开关机领域，特别涉及一种软硬件开关机电路及其工作方法。
背景技术
目前在电子设备中开关机电路的设计主要有两种：硬件和软件开关机。
硬件开关机是通过按电源按键闭合或切断总电源，来控制整机的开机或关机。其优点在于：工作原理简单、实现方便和成本低。其缺点在于：硬件关机时，整机会立即掉电，若此时操作系统或应用软件正在运行关键程序或处理关键数据，则可能造成操作系统或应用软件的文件损坏或数据丢失。
为避免硬件关机造成操作系统或应用软件的文件损坏或数据丢失的情况发生，采用软件关机控制整机的掉电过程。其优点在于：软件关机时，操作系统会等待应用软件运行完关键程序和处理完关键数据后，再停止其运行，保证了程序和数据的完整性。其缺点在于当软件损坏或程序卡死时，无法实现关机。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种软硬件开关机电路。
本发明的另一目的在于提供一种软硬件开关机电路的工作方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种软硬件开关机电路，包括开关机模块、电源模块和电源适配器、后备电池、上位机和下位机；所述开关机模块包括开关机控制电路、非自锁按键和指示灯电路；所述电源模块包括充电电池、充电及电源路径选择电路、下位机电源开关电路和下位机电源电路；所述开关机模块分别与后备电池、电源模块、上位机、下位机连接；所述电源模块分别与电源适配器、后备电池、开关机模块、下位机连接；所述上位机分别与后备电池、下位机连接。
所述开关机模块由后备电池供电，所述开关机控制电路包括MCU，所述MCU通过不同的I/O口分别与非自锁按键、电源模块连接，所述MCU通过通用数据接口分别与上位机、下位机连接。所述MCU从电源模块获取系统是否掉电的信号，并向电源模块发送控制电源指示灯亮灭的信号和控制下位机电源开关的信号。所述MCU从上位机获取上位机是否开机的信号，并向上位机发送开机、软件关机和硬件关机信号。
所述通用数据接口包括I2C接口、SPI接口、COM口、USB接口。
所述电源模块接入电源适配器时，为整机供电，并为充电电池充电；所述电源模块未接入电源适配器时，充电电池为整机供电。
所述后备电池由电源模块持续充电,并为上位机和开关机模块持续供电。
所述下位机由电源模块供电；所述下位机通过通用数据接口与上位机连接。所述下位机响应上位机的控制信号，并向上位机反馈处理结果。所述组成开关机控制电路的MCU常态下处于低功耗模式，有开关机信号时触发其进入工作模式，以最大限度减少对后备电池电能的消耗。
所述通用数据接口为I2C接口、SPI接口、COM口或USB接口。
所述开关机模块包括电阻R1～R5，电容C1、C2，发光二极管LED1～LED3，MOS管Q1，三极管Q2，单片机U1，单刀单掷开关S1，非自锁按键S2，接插件P1～P6；
其中，接插件P3的1和2脚分别连接后备电池的正极和负极，为开关机模块电路供电；
电容C1、C2连接于单片机U1的电源和地脚之间，用于储能和滤波；
非自锁按键S2连接于单片机U1的P3.2和地之间，作为开关机触发按键；
电阻R2连接于单片机U1的P1.1和MOS管Q1的栅极，电阻R1连接于MOS管Q1的栅极和源极，MOS管Q1的漏极连接到地，接插件P1连接与MOS管Q1的源极和漏极；单片机U1的P1.1脚输出高电平后，接插件P1的1脚则输出低电平，用于控制上位机开关机；
电阻R3连接于单片机U1的P1.0和三级管Q2的基极之间，LED1的正极连接到电源，负极连接到三级管Q2的集电极之间；三级管Q2的发射极连接到地；单片机U1的P1.0脚输出高/低电平，控制发光二极管LED1的亮灭；发光二极管LED1为电源指示灯；
发光二极管LED2和LED3的正极均连接到电源、负极分别连接到电阻R4和R5，电阻R4连接于单片机U1的P3.1和发光二极管LED2，电阻R5连接于单片机U1的P3.0和发光二极管LED3，接插件P6的1、2、3引脚分别连接于单片机U1的P3.1、P3.0和地，单刀单掷开关S1连接于后备电池和单片机U1的电源脚之间；下载程序时，接插件P6连接下载器，下载过程中需要断开再闭合单刀单掷开关S1以完成下载，发光二极管LED2和LED3指示下载过程中的数据传输；
接插件P2的1脚和2脚分别连接单片机U1的P3.7和P3.0，用于连接下位机进行I2C通信；
接插件P4的1脚和2脚分别连接单片机U1的P3.6和地，用于连接电源模块的接插件P7，检测系统是否掉电；
接插件P5的1脚和2脚分别连接单片机U1的P3.3和地，用于连接电源模块的接插件P11，控制下位机开关机。
所述单片机U1的型号为IAP15W413AS。
所述电源模块包括电阻R6～R27，电容C3～C26，发光二极管LED4，MOS管Q3～Q6、Q8，三极管Q7，电源转换芯片U2、U5，二极管U3，充电芯片U4，接插件P7～P12；
接插件P8的1脚接入电源适配器正极电压VIN15V，2脚接电源适配器的地；电阻R11和电容C12串联后连接至接插件P8的两脚之间，用于吸收干扰和高脉冲电压，保护后级电路；
MOS管Q5的漏极接VIN15V，源极接MOS管Q4的源极，栅极接MOS管Q4的栅极；电容C8连接于VIN15V和MOS管Q5的栅极之间，电容C9连接于MOS管Q5的栅极和MOS管Q4的源极之间，电阻R12与电容C9并联，电阻R13连接于MOS管Q4的源极和充电芯片U4的CMSRC引脚之间，电阻R14连接于MOS管Q5的栅极和充电芯片U4的ACDRV引脚之间，用于调节充电芯片U4内部开关速度；MOS管Q3的源极接MOS管Q5的源极、漏极接MOS管Q5的栅极，电阻R7连接于MOS管Q3的源极和栅极之间，电阻R6连接于MOS管Q3的栅极和地之间，用于保护MOS管Q4和Q5，避免其被顺势大电流击穿；
二极管U3的A1脚接VIN15V，A2脚接充电电池正极VB12V；电阻R18连接于二极管U3的C脚和充电芯片U4的AVCC脚，电容C21连接于充电芯片U4的AVCC脚和地之间，为充电芯片供电；
电阻R10连接于充电芯片U4的ACP脚和ACN脚之间，充电芯片U4的ACP脚和MOS管Q4的漏极，电容C4连接于充电芯片U4的ACP脚和地之间，电容C5与电阻R10并联，电容C6连接于充电芯片U4的ACN脚和地之间，用于充电芯片U4检测电流；
充电芯片U4的PVCC脚连接于ACN脚，电容C10连接于充电芯片U4的PVCC脚和地之间，电容C10和C13并联，用于充电电压的滤波；
电阻R15连接于充电芯片U4的/BATDRV脚和MOS管Q6的栅极之间，MOS管Q6的源极连接于充电芯片U4的PVCC脚，MOS管Q6的漏极连接于充电电池正极VB12V，MOS管Q6的漏极与TAB脚连接，用于控制充电电池放电；
二极管D2的负极连接于充电芯片U4的SW脚、正极接地，电容C18连接于充电芯片U4的REGN脚和地之间，电容C16连接于充电芯片U4的SW脚和BTST脚之间，电感L2连接于充电芯片U4的SW脚和SRP脚之间，电阻R17连接于充电芯片U4的SRP脚和SRN脚之间，电容C17与电阻R17并联，电容C19连接于充电芯片U4的SRP脚和地之间，电容C20连接于充电芯片U4的SRN脚和地之间，电容C14与电容C20并联，电容C14连接于VB12V和地之间，电阻R20连接于VB12V和充电芯片U4的FB脚之间，电容C22与电阻R20并联，电阻R24连接于充电芯片U4的FB脚和地之间，接插件P10的1脚连接充电电池的正极、2脚接地，用于给充电电池充电；
电阻R21连接于VIN15V和充电芯片U4的OVPSET脚之间，电阻R29连接于充电芯片U4的OVPSET脚和地之间，电容C23与电阻R29并联，用于设置输入过压和欠压保护电压值；
电阻R22连接于充电芯片U4的VREF脚和TTC脚之间，电阻R30连接于充电芯片U4的TTC脚和地之间，电容C24与电阻R30并联，用于设置快充安全时间；
电阻R23的一端连接于充电芯片U4的VREF脚、另一端连接于R31的一端且同时连接于R28的一端、R31的另一端连接于地、R28的另一端连接于充电芯片U4的TS脚，电阻R32与电阻R31并联，用于获取充电电池温度值；
电阻R25连接于充电芯片U4的VREF脚和ACSET脚之间，电阻R33连接于充电芯片U4的ACSET脚和地之间，用于设置输入电流；
电阻R26连接于充电芯片U4的VREF脚和ISET脚之间，电阻R34连接于充电芯片U4的ISET脚和地之间，用于设置快充电流；
电阻R27的一端连接于充电芯片U4的VREF脚，另一端连接于发光二极管LED4的正极，LED4的负极连接于充电芯片U4的STAT脚，用于指示充电电路状态；
电容C11连接于充电芯片U4的PVCC脚和地之间，电容C3与C11并联，电源转换芯片U2的VIN脚连接于充电芯片U4的PVCC脚、/ON/OFF脚与GND脚和TAB脚连接于地，二极管D1的负极连接于电源转换芯片U2的OUT脚、负极连接地，电感L1连接于U2的OUT脚和FB脚之间，电容C7连接于U2的FB脚和地之间，接插件P9的1脚连接于U2的FB脚、2脚连接于地，用于给备用电池充电；电阻R8的一端连接于充电芯片U4的PVCC脚、另一端连接于接插件P7的1脚，电阻R9连接于接插件P7的1脚和2脚之间，接插件P7的2脚连接于地，用于检测电源适配器和充电电池是否均掉电；
MOS管Q8的源极连接于充电芯片U4的PVCC脚、漏极与TAB脚连接，电阻R16连接于MOS管Q8的源极和栅极之间，三极管Q7的集电极连接于MOS管Q8的栅极、发射极连接于地，电阻R19连接于三极管Q7的基极和接插件P11的1脚之间，接插件P11的2脚连接于地，用于接收下位机电源开关控制信号；
电源转换芯片U5的VIN脚连接于MOS管Q8的漏极、/ON/OFF脚与GND脚和TAB脚连接于地，二极管D3的负极连接于电源转换芯片U5的OUT脚、负极连接地，电感L3连接于U5的OUT脚和FB脚之间，电容C26连接于U5的FB脚和地之间，接插件P12的1脚连接于U5的FB脚、2脚连接于地，用于给下位机供电。
所述充电芯片U4的型号为BQ24171RGY。
所述电源转换芯片U2、U5的型号均为LM2576S-5.0。
本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：
一种软硬件开关机电路的工作方法，包括以下步骤：
A、若开关机控制电路的MCU检测到电源适配器和充电电池均未掉电，则检测上位机是否开机：
若上位机关机，则判定当前整机为关机状态，关闭电源指示灯，并检测是否有非自锁按键按下：若有非自锁按键按下，则执行开机过程，即开启电源指示灯、开启上位机、待上位机开启成功后开启下位机；若检测到非自锁按键未按下，此时整机为关机状态，若检测到非自锁按键未按下，则不进行任何操作，整机仍然为关机状态；
若上位机开机，则判定当前整机为开机状态，则开启电源指示灯，并检测是否有非自锁按键按下：若有非自锁按键按下，则执行关机过程，即关闭电源指示灯、向上位机发送关机信号，待上位机软关机成功后关闭下位机，若一定时间内上位机软关机未成功，则进行上位机硬件关机，再关闭下位机；若检测到非自锁按键未按下，此时整机为开机状态，若检测到非自锁按键未按下，则不进行任何操作，整机仍然为开机状态；
B、若开关机控制电路的MCU检测到电源适配器和充电电池均掉电，则检测上位机是否开机：若上位机开机，则向上位机发送关机信号，且此时不响应非自锁按键的动作；
电源适配器和充电电池均掉电时，下位机为掉电状态无需再进行下位机软硬件关机，且此时整机必须关机，所以不响应非自锁按键的动作；
电源适配器和充电电池均掉电时，若上位机关机则不进行任何操作，且不响应非自锁按键的动作；
C、循环检测电源适配器和充电电池均掉电是否均掉电，实时响应开关机信号。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明可以实现按键开机、按键关机和上位机软件关机多种开关机方式。
2、本发明通过上位机软件关机，避免系统或应用程序的文件损坏或数据丢失。
3、本发明通过上位机软件超时后的硬关机，避免软件损坏或程序卡死时，无法关机的情况发生。
4、本发明的开关机模块由后备电池供电，且开关机控制电路的MCU常态下处于低功耗模式，使得最大限度增加MCU的待机时间，并能快速响应开关机信号。
附图说明
图1是本发明所述一种软硬件开关机电路的电路框图。
图2是图1所述开关机电路的开关机模块的电路图。
图3是图1所述开关机电路的电源模块的电路图。
图4是本发明所述一种软硬件开关机电路的工作方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1，一种软硬件开关机电路，包括开关机模块、电源模块和电源适配器、后备电池、上位机和下位机；所述开关机模块包括开关机控制电路、非自锁按键和指示灯电路；所述电源模块包括充电电池、充电及电源路径选择电路、下位机电源开关电路和下位机电源电路；所述开关机模块分别与后备电池、电源模块、上位机、下位机连接；所述电源模块分别与电源适配器、后备电池、开关机模块、下位机连接；所述上位机分别与后备电池、下位机连接。
所述开关机模块由后备电池供电，所述开关机控制电路包括MCU，所述MCU通过不同的I/O口分别与非自锁按键、电源模块连接，所述MCU通过通用数据接口分别与上位机、下位机连接。所述MCU从电源模块获取系统是否掉电的信号，并向电源模块发送控制电源指示灯亮灭的信号和控制下位机电源开关的信号。所述MCU从上位机获取上位机是否开机的信号，并向上位机发送开机、软件关机和硬件关机信号。
所述通用数据接口包括I2C接口、SPI接口、COM口、USB接口。
所述电源模块接入电源适配器时，为整机供电，并为充电电池充电；所述电源模块未接入电源适配器时，充电电池为整机供电。
所述后备电池由电源模块持续充电,并为上位机和开关机模块持续供电。
所述下位机由电源模块供电；所述下位机通过通用数据接口与上位机连接。所述下位机响应上位机的控制信号，并向上位机反馈处理结果。所述组成开关机控制电路的MCU常态下处于低功耗模式，有开关机信号时触发其进入工作模式，以最大限度减少对后备电池电能的消耗。
所述通用数据接口为I2C接口、SPI接口、COM口或USB接口。
如图2，所述开关机模块包括电阻R1～R5，电容C1、C2，发光二极管LED1～LED3，MOS管Q1，三极管Q2，单片机U1，单刀单掷开关S1，非自锁按键S2，接插件P1～P6；
其中，接插件P3的1和2脚分别连接后备电池的正极和负极，为开关机模块电路供电；
电容C1、C2连接于单片机U1的电源和地脚之间，用于储能和滤波；
非自锁按键S2连接于单片机U1的P3.2和地之间，作为开关机触发按键；
电阻R2连接于单片机U1的P1.1和MOS管Q1的栅极，电阻R1连接于MOS管Q1的栅极和源极，MOS管Q1的漏极连接到地，接插件P1连接与MOS管Q1的源极和漏极；单片机U1的P1.1脚输出高电平后，接插件P1的1脚则输出低电平，用于控制上位机开关机；
电阻R3连接于单片机U1的P1.0和三级管Q2的基极之间，LED1的正极连接到电源，负极连接到三级管Q2的集电极之间；三级管Q2的发射极连接到地；单片机U1的P1.0脚输出高/低电平，控制发光二极管LED1的亮灭；发光二极管LED1为电源指示灯；
发光二极管LED2和LED3的正极均连接到电源、负极分别连接到电阻R4和R5，电阻R4连接于单片机U1的P3.1和发光二极管LED2，电阻R5连接于单片机U1的P3.0和发光二极管LED3，接插件P6的1、2、3引脚分别连接于单片机U1的P3.1、P3.0和地，单刀单掷开关S1连接于后备电池和单片机U1的电源脚之间；下载程序时，接插件P6连接下载器，下载过程中需要断开再闭合单刀单掷开关S1以完成下载，发光二极管LED2和LED3指示下载过程中的数据传输；
接插件P2的1脚和2脚分别连接单片机U1的P3.7和P3.0，用于连接下位机进行I2C通信；
接插件P4的1脚和2脚分别连接单片机U1的P3.6和地，用于连接电源模块的接插件P7，检测系统是否掉电；
接插件P5的1脚和2脚分别连接单片机U1的P3.3和地，用于连接电源模块的接插件P11，控制下位机开关机。
所述单片机U1的型号为IAP15W413AS。
如图3，所述电源模块包括电阻R6～R27，电容C3～C26，发光二极管LED4，MOS管Q3～Q6、Q8，三极管Q7，电源转换芯片U2、U5，二极管U3，充电芯片U4，接插件P7～P12；
接插件P8的1脚接入电源适配器正极电压VIN15V，2脚接电源适配器的地；电阻R11和电容C12串联后连接至接插件P8的两脚之间，用于吸收干扰和高脉冲电压，保护后级电路；
MOS管Q5的漏极接VIN15V，源极接MOS管Q4的源极，栅极接MOS管Q4的栅极；电容C8连接于VIN15V和MOS管Q5的栅极之间，电容C9连接于MOS管Q5的栅极和MOS管Q4的源极之间，电阻R12与电容C9并联，电阻R13连接于MOS管Q4的源极和充电芯片U4的CMSRC引脚之间，电阻R14连接于MOS管Q5的栅极和充电芯片U4的ACDRV引脚之间，用于调节充电芯片U4内部开关速度；MOS管Q3的源极接MOS管Q5的源极、漏极接MOS管Q5的栅极，电阻R7连接于MOS管Q3的源极和栅极之间，电阻R6连接于MOS管Q3的栅极和地之间，用于保护MOS管Q4和Q5，避免其被顺势大电流击穿；
二极管U3的A1脚接VIN15V，A2脚接充电电池正极VB12V；电阻R18连接于二极管U3的C脚和充电芯片U4的AVCC脚，电容C21连接于充电芯片U4的AVCC脚和地之间，为充电芯片供电；
电阻R10连接于充电芯片U4的ACP脚和ACN脚之间，充电芯片U4的ACP脚和MOS管Q4的漏极，电容C4连接于充电芯片U4的ACP脚和地之间，电容C5与电阻R10并联，电容C6连接于充电芯片U4的ACN脚和地之间，用于充电芯片U4检测电流；
充电芯片U4的PVCC脚连接于ACN脚，电容C10连接于充电芯片U4的PVCC脚和地之间，电容C10和C13并联，用于充电电压的滤波；
电阻R15连接于充电芯片U4的/BATDRV脚和MOS管Q6的栅极之间，MOS管Q6的源极连接于充电芯片U4的PVCC脚，MOS管Q6的漏极连接于充电电池正极VB12V，MOS管Q6的漏极与TAB脚连接，用于控制充电电池放电；
二极管D2的负极连接于充电芯片U4的SW脚、正极接地，电容C18连接于充电芯片U4的REGN脚和地之间，电容C16连接于充电芯片U4的SW脚和BTST脚之间，电感L2连接于充电芯片U4的SW脚和SRP脚之间，电阻R17连接于充电芯片U4的SRP脚和SRN脚之间，电容C17与电阻R17并联，电容C19连接于充电芯片U4的SRP脚和地之间，电容C20连接于充电芯片U4的SRN脚和地之间，电容C14与电容C20并联，电容C14连接于VB12V和地之间，电阻R20连接于VB12V和充电芯片U4的FB脚之间，电容C22与电阻R20并联，电阻R24连接于充电芯片U4的FB脚和地之间，接插件P10的1脚连接充电电池的正极、2脚接地，用于给充电电池充电；
电阻R21连接于VIN15V和充电芯片U4的OVPSET脚之间，电阻R29连接于充电芯片U4的OVPSET脚和地之间，电容C23与电阻R29并联，用于设置输入过压和欠压保护电压值；
电阻R22连接于充电芯片U4的VREF脚和TTC脚之间，电阻R30连接于充电芯片U4的TTC脚和地之间，电容C24与电阻R30并联，用于设置快充安全时间；
电阻R23的一端连接于充电芯片U4的VREF脚、另一端连接于R31的一端且同时连接于R28的一端、R31的另一端连接于地、R28的另一端连接于充电芯片U4的TS脚，电阻R32与电阻R31并联，用于获取充电电池温度值；
电阻R25连接于充电芯片U4的VREF脚和ACSET脚之间，电阻R33连接于充电芯片U4的ACSET脚和地之间，用于设置输入电流；
电阻R26连接于充电芯片U4的VREF脚和ISET脚之间，电阻R34连接于充电芯片U4的ISET脚和地之间，用于设置快充电流；
电阻R27的一端连接于充电芯片U4的VREF脚，另一端连接于发光二极管LED4的正极，LED4的负极连接于充电芯片U4的STAT脚，用于指示充电电路状态；
电容C11连接于充电芯片U4的PVCC脚和地之间，电容C3与C11并联，电源转换芯片U2的VIN脚连接于充电芯片U4的PVCC脚、/ON/OFF脚与GND脚和TAB脚连接于地，二极管D1的负极连接于电源转换芯片U2的OUT脚、负极连接地，电感L1连接于U2的OUT脚和FB脚之间，电容C7连接于U2的FB脚和地之间，接插件P9的1脚连接于U2的FB脚、2脚连接于地，用于给备用电池充电；电阻R8的一端连接于充电芯片U4的PVCC脚、另一端连接于接插件P7的1脚，电阻R9连接于接插件P7的1脚和2脚之间，接插件P7的2脚连接于地，用于检测电源适配器和充电电池是否均掉电；
MOS管Q8的源极连接于充电芯片U4的PVCC脚、漏极与TAB脚连接，电阻R16连接于MOS管Q8的源极和栅极之间，三极管Q7的集电极连接于MOS管Q8的栅极、发射极连接于地，电阻R19连接于三极管Q7的基极和接插件P11的1脚之间，接插件P11的2脚连接于地，用于接收下位机电源开关控制信号；
电源转换芯片U5的VIN脚连接于MOS管Q8的漏极、/ON/OFF脚与GND脚和TAB脚连接于地，二极管D3的负极连接于电源转换芯片U5的OUT脚、负极连接地，电感L3连接于U5的OUT脚和FB脚之间，电容C26连接于U5的FB脚和地之间，接插件P12的1脚连接于U5的FB脚、2脚连接于地，用于给下位机供电。
所述充电芯片U4的型号为BQ24171RGY。
所述电源转换芯片U2、U5的型号均为LM2576S-5.0。
如图4，一种软硬件开关机电路的工作方法，包括以下步骤：
A、若开关机控制电路的MCU检测到电源适配器和充电电池均未掉电，则检测上位机是否开机：
若上位机关机，则判定当前整机为关机状态，关闭电源指示灯，并检测是否有非自锁按键按下：若有非自锁按键按下，则执行开机过程，即开启电源指示灯、开启上位机、待上位机开启成功后开启下位机；若检测到非自锁按键未按下，此时整机为关机状态，若检测到非自锁按键未按下，则不进行任何操作，整机仍然为关机状态；
若上位机开机，则判定当前整机为开机状态，则开启电源指示灯，并检测是否有非自锁按键按下：若有非自锁按键按下，则执行关机过程，即关闭电源指示灯、向上位机发送关机信号，待上位机软关机成功后关闭下位机，若一定时间内上位机软关机未成功，则进行上位机硬件关机，再关闭下位机；若检测到非自锁按键未按下，此时整机为开机状态，若检测到非自锁按键未按下，则不进行任何操作，整机仍然为开机状态；
B、若开关机控制电路的MCU检测到电源适配器和充电电池均掉电，则检测上位机是否开机：若上位机开机，则向上位机发送关机信号，且此时不响应非自锁按键的动作；
电源适配器和充电电池均掉电时，下位机为掉电状态无需再进行下位机软硬件关机，且此时整机必须关机，所以不响应非自锁按键的动作；
电源适配器和充电电池均掉电时，若上位机关机则不进行任何操作，且不响应非自锁按键的动作；
C、循环检测电源适配器和充电电池均掉电是否均掉电，实时响应开关机信号。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种软硬件开关机电路，其特征在于：包括开关机模块、电源模块和电源适配器、后备电池、上位机和下位机；所述开关机模块包括开关机控制电路、非自锁按键和指示灯电路；所述电源模块包括充电电池、充电及电源路径选择电路、下位机电源开关电路和下位机电源电路；所述开关机模块分别与后备电池、电源模块、上位机、下位机连接；所述电源模块分别与电源适配器、后备电池、开关机模块、下位机连接；所述上位机分别与后备电池、下位机连接。
2.根据权利要求1所述一种软硬件开关机电路，其特征在于：所述开关机模块由后备电池供电，所述开关机控制电路包括MCU，所述MCU通过不同的I/O口分别与非自锁按键、电源模块连接，所述MCU通过通用数据接口分别与上位机、下位机连接。
3.根据权利要求1所述一种软硬件开关机电路，其特征在于：所述电源模块接入电源适配器时，为整机供电，并为充电电池充电；所述电源模块未接入电源适配器时，充电电池为整机供电。
4.根据权利要求1所述一种软硬件开关机电路，其特征在于：所述下位机由电源模块供电；所述下位机通过通用数据接口与上位机连接。
5.根据权利要求1所述一种软硬件开关机电路，其特征在于：所述开关机模块包括电阻R1～R5，电容C1、C2，发光二极管LED1～LED3，MOS管Q1，三极管Q2，单片机U1，单刀单掷开关S1，非自锁按键S2，接插件P1～P6；
其中，接插件P3的1和2脚分别连接后备电池的正极和负极，为开关机模块电路供电；
电容C1、C2连接于单片机U1的电源和地脚之间，用于储能和滤波；
非自锁按键S2连接于单片机U1的P3.2和地之间，作为开关机触发按键；
电阻R2连接于单片机U1的P1.1和MOS管Q1的栅极，电阻R1连接于MOS管Q1的栅极和源极，MOS管Q1的漏极连接到地，接插件P1连接与MOS管Q1的源极和漏极；单片机U1的P1.1脚输出高电平后，接插件P1的1脚则输出低电平，用于控制上位机开关机；
电阻R3连接于单片机U1的P1.0和三级管Q2的基极之间，LED1的正极连接到电源，负极连接到三级管Q2的集电极之间；三级管Q2的发射极连接到地；单片机U1的P1.0脚输出高/低电平，控制发光二极管LED1的亮灭；发光二极管LED1为电源指示灯；
发光二极管LED2和LED3的正极均连接到电源、负极分别连接到电阻R4和R5，电阻R4连接于单片机U1的P3.1和发光二极管LED2，电阻R5连接于单片机U1的P3.0和发光二极管LED3，接插件P6的1、2、3引脚分别连接于单片机U1的P3.1、P3.0和地，单刀单掷开关S1连接于后备电池和单片机U1的电源脚之间；下载程序时，接插件P6连接下载器，下载过程中需要断开再闭合单刀单掷开关S1以完成下载，发光二极管LED2和LED3指示下载过程中的数据传输；
接插件P2的1脚和2脚分别连接单片机U1的P3.7和P3.0，用于连接下位机进行I2C通信；
接插件P4的1脚和2脚分别连接单片机U1的P3.6和地，用于连接电源模块的接插件P7，检测系统是否掉电；
接插件P5的1脚和2脚分别连接单片机U1的P3.3和地，用于连接电源模块的接插件P11，控制下位机开关机。
6.根据权利要求5所述一种软硬件开关机电路，其特征在于：所述单片机U1的型号为IAP15W413AS。
7.根据权利要求1所述一种软硬件开关机电路，其特征在于：所述电源模块包括电阻R6～R27，电容C3～C26，发光二极管LED4，MOS管Q3～Q6、Q8，三极管Q7，电源转换芯片U2、U5，二极管U3，充电芯片U4，接插件P7～P12；
接插件P8的1脚接入电源适配器正极电压VIN15V，2脚接电源适配器的地；电阻R11和电容C12串联后连接至接插件P8的两脚之间，用于吸收干扰和高脉冲电压，保护后级电路；
MOS管Q5的漏极接VIN15V，源极接MOS管Q4的源极，栅极接MOS管Q4的栅极；电容C8连接于VIN15V和MOS管Q5的栅极之间，电容C9连接于MOS管Q5的栅极和MOS管Q4的源极之间，电阻R12与电容C9并联，电阻R13连接于MOS管Q4的源极和充电芯片U4的CMSRC引脚之间，电阻R14连接于MOS管Q5的栅极和充电芯片U4的ACDRV引脚之间，用于调节充电芯片U4内部开关速度；MOS管Q3的源极接MOS管Q5的源极、漏极接MOS管Q5的栅极，电阻R7连接于MOS管Q3的源极和栅极之间，电阻R6连接于MOS管Q3的栅极和地之间，用于保护MOS管Q4和Q5，避免其被顺势大电流击穿；
二极管U3的A1脚接VIN15V，A2脚接充电电池正极VB12V；电阻R18连接于二极管U3的C脚和充电芯片U4的AVCC脚，电容C21连接于充电芯片U4的AVCC脚和地之间，为充电芯片供电；
电阻R10连接于充电芯片U4的ACP脚和ACN脚之间，充电芯片U4的ACP脚和MOS管Q4的漏极，电容C4连接于充电芯片U4的ACP脚和地之间，电容C5与电阻R10并联，电容C6连接于充电芯片U4的ACN脚和地之间，用于充电芯片U4检测电流；
充电芯片U4的PVCC脚连接于ACN脚，电容C10连接于充电芯片U4的PVCC脚和地之间，电容C10和C13并联，用于充电电压的滤波；
电阻R15连接于充电芯片U4的/BATDRV脚和MOS管Q6的栅极之间，MOS管Q6的源极连接于充电芯片U4的PVCC脚，MOS管Q6的漏极连接于充电电池正极VB12V，MOS管Q6的漏极与TAB脚连接，用于控制充电电池放电；
二极管D2的负极连接于充电芯片U4的SW脚、正极接地，电容C18连接于充电芯片U4的REGN脚和地之间，电容C16连接于充电芯片U4的SW脚和BTST脚之间，电感L2连接于充电芯片U4的SW脚和SRP脚之间，电阻R17连接于充电芯片U4的SRP脚和SRN脚之间，电容C17与电阻R17并联，电容C19连接于充电芯片U4的SRP脚和地之间，电容C20连接于充电芯片U4的SRN脚和地之间，电容C14与电容C20并联，电容C14连接于VB12V和地之间，电阻R20连接于VB12V和充电芯片U4的FB脚之间，电容C22与电阻R20并联，电阻R24连接于充电芯片U4的FB脚和地之间，接插件P10的1脚连接充电电池的正极、2脚接地，用于给充电电池充电；
电阻R21连接于VIN15V和充电芯片U4的OVPSET脚之间，电阻R29连接于充电芯片U4的OVPSET脚和地之间，电容C23与电阻R29并联，用于设置输入过压和欠压保护电压值；
电阻R22连接于充电芯片U4的VREF脚和TTC脚之间，电阻R30连接于充电芯片U4的TTC脚和地之间，电容C24与电阻R30并联，用于设置快充安全时间；
电阻R23的一端连接于充电芯片U4的VREF脚、另一端连接于R31的一端且同时连接于R28的一端、R31的另一端连接于地、R28的另一端连接于充电芯片U4的TS脚，电阻R32与电阻R31并联，用于获取充电电池温度值；
电阻R25连接于充电芯片U4的VREF脚和ACSET脚之间，电阻R33连接于充电芯片U4的ACSET脚和地之间，用于设置输入电流；
电阻R26连接于充电芯片U4的VREF脚和ISET脚之间，电阻R34连接于充电芯片U4的ISET脚和地之间，用于设置快充电流；
电阻R27的一端连接于充电芯片U4的VREF脚，另一端连接于发光二极管LED4的正极，LED4的负极连接于充电芯片U4的STAT脚，用于指示充电电路状态；
电容C11连接于充电芯片U4的PVCC脚和地之间，电容C3与C11并联，电源转换芯片U2的VIN脚连接于充电芯片U4的PVCC脚、/ON/OFF脚与GND脚和TAB脚连接于地，二极管D1的负极连接于电源转换芯片U2的OUT脚、负极连接地，电感L1连接于U2的OUT脚和FB脚之间，电容C7连接于U2的FB脚和地之间，接插件P9的1脚连接于U2的FB脚、2脚连接于地，用于给备用电池充电；电阻R8的一端连接于充电芯片U4的PVCC脚、另一端连接于接插件P7的1脚，电阻R9连接于接插件P7的1脚和2脚之间，接插件P7的2脚连接于地，用于检测电源适配器和充电电池是否均掉电；
MOS管Q8的源极连接于充电芯片U4的PVCC脚、漏极与TAB脚连接，电阻R16连接于MOS管Q8的源极和栅极之间，三极管Q7的集电极连接于MOS管Q8的栅极、发射极连接于地，电阻R19连接于三极管Q7的基极和接插件P11的1脚之间，接插件P11的2脚连接于地，用于接收下位机电源开关控制信号；
电源转换芯片U5的VIN脚连接于MOS管Q8的漏极、/ON/OFF脚与GND脚和TAB脚连接于地，二极管D3的负极连接于电源转换芯片U5的OUT脚、负极连接地，电感L3连接于U5的OUT脚和FB脚之间，电容C26连接于U5的FB脚和地之间，接插件P12的1脚连接于U5的FB脚、2脚连接于地，用于给下位机供电。
8.根据权利要求7所述一种软硬件开关机电路，其特征在于：所述充电芯片U4的型号为BQ24171RGY。
9.根据权利要求7所述一种软硬件开关机电路，其特征在于：所述电源转换芯片U2、U5的型号均为LM2576S-5.0。
10.一种软硬件开关机电路的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、若开关机控制电路的MCU检测到电源适配器和充电电池均未掉电，则检测上位机是否开机：
若上位机关机，则判定当前整机为关机状态，关闭电源指示灯，并检测是否有非自锁按键按下：若有非自锁按键按下，则执行开机过程，即开启电源指示灯、开启上位机、待上位机开启成功后开启下位机；若检测到非自锁按键未按下，此时整机为关机状态，若检测到非自锁按键未按下，则不进行任何操作，整机仍然为关机状态；
若上位机开机，则判定当前整机为开机状态，则开启电源指示灯，并检测是否有非自锁按键按下：若有非自锁按键按下，则执行关机过程，即关闭电源指示灯、向上位机发送关机信号，待上位机软关机成功后关闭下位机，若一定时间内上位机软关机未成功，则进行上位机硬件关机，再关闭下位机；若检测到非自锁按键未按下，此时整机为开机状态，若检测到非自锁按键未按下，则不进行任何操作，整机仍然为开机状态；
B、若开关机控制电路的MCU检测到电源适配器和充电电池均掉电，则检测上位机是否开机：若上位机开机，则向上位机发送关机信号，且此时不响应非自锁按键的动作；
电源适配器和充电电池均掉电时，下位机为掉电状态无需再进行下位机软硬件关机，且此时整机必须关机，所以不响应非自锁按键的动作；
电源适配器和充电电池均掉电时，若上位机关机则不进行任何操作，且不响应非自锁按键的动作；
C、循环检测电源适配器和充电电池均掉电是否均掉电，实时响应开关机信号。
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