CN108711932A - 一种矿用本安移动电源供电系统及不间断供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿用本安移动电源供电系统及不间断供电方法，属于移动电源供电领域，本发明要解决的技术问题为如何实现煤矿井内设备的大容量移动电源供电，减少电池更换次数，同时确保更换电源时，设备能正常工作,实现设备的不间断供电，采用的技术方案为：其结构包括2.4G RFID数据采集终端、三通接头、电源自动切换机构、移动电源一和移动电源二，电源自动切换机构设置在三通接头内，移动电源一和移动电源二上均设置有电量显示模块；2.4G RFID数据采集终端连接移动电源一或移动电源二，移动电源一或移动电源二通过电源自动切换机构为外接用电设备不间断供电。本发明还公开了矿用本安移动电源不间断供电方法。

Description

一种矿用本安移动电源供电系统及不间断供电方法
技术领域
本发明涉及一种移动电源供电领域，具体地说是一种矿用本安移动电源供电系统及不间断供电方法。
背景技术
在煤矿监控系统中，传感器设备的供电一般采用两种方式：一种是采用有线电缆供电，有线电缆供电造价高（矿用线缆比井上电缆价格高），且矿井下不易施工；另一种是采用集成在设备内部的电池供电，由于设备内部空间的限制，电池无法采用大容量电池，无法满足长时间的使用需求，一般一两个月就需要更换电池或者充电，不仅操作繁琐，增加工人的工作量，而且更换电池或者充电时，设备无法正常工作，无法实现持续对矿井下的监控。
近年来，随着无线监控在煤矿使用的推广、普及，如何实现煤矿井内设备的大容量移动电源供电，减少电池更换次数，同时确保更换电源时，设备能正常工作,实现设备的不间断供电是目前现有技术中急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种矿用本安移动电源供电系统及不间断供电方法，来解决如何实现煤矿井内设备的大容量移动电源供电，减少电池更换次数，同时确保更换电源时，设备能正常工作,实现设备的不间断供电的问题。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种矿用本安移动电源供电系统，包括2.4G RFID数据采集终端、三通接头、电源自动切换机构、移动电源一和移动电源二，电源自动切换机构设置在三通接头内，移动电源一和移动电源二上均设置有电量显示模块；2.4GRFID数据采集终端连接移动电源一或移动电源二，移动电源一或移动电源二通过电源自动切换机构为外接用电设备不间断供电；
电量显示模块包括充放电保护板、轻触开关、主控制器、射频模块、数码管和航空插头母座，移动电源一和移动电源二上均设置有充放电保护板，移动电源一或移动电源二通过对应的充放电保护板输出两路：一路通过轻触开关分别电连接主控制器和射频模块为其供电，另一路电连接航空插头母座，航空插头母座用于电连接外接用电设备；
主控制器分别电连接并控制射频模块和数码管，主控制器用于通过测量内部Bandgap电压，反推出电池电压再通过查表法得出移动电源一或移动电源二电量的百分比并通过数码管显示出来。
作为优选，所述移动电源一和移动电源二均是由六节锂电池并联组成，每节锂电池的电量为4000mAh。
作为优选，所述数码管采用188两位半数码管，数码管的显示从00到100。
更优地，所述移动电源一和移动电源二分别与其对应的充放电保护板浇封封装在一起且移动电源一和移动电源二分别电连接与其对应的充放电保护板。
作为优选，所述电源自动切换机构包括基板、推拉式电磁铁、连杆、驱动板、棘轮、棘爪一和棘爪二，移动电源一和移动电源二分别电连接推拉式电磁铁且移动电源一和移动电源二之间的压差驱动推拉式电磁铁动作，连杆一端通过销轴铰接推拉式电磁铁，连杆另一端通过销轴铰接连接驱动板的一侧处，棘轮通过棘轮轴连接驱动板中间位置且棘轮靠近驱动板的一侧设置有四个圆周排列的垫块，驱动板上对应设置有通孔，通孔与垫块一一对应设置；棘轮轴贯通基板、棘轮和驱动板；
棘轮的边缘处设置有四个棘轮槽，相对设置的两个棘轮槽为一组，移动电源一通过电线连通棘爪一，移动电源二通过电线连通棘爪二，棘轮轴处的输出接口连通其中一组棘轮槽，棘爪一和棘爪二对应设置在两相邻的棘轮槽的位置。
作为优选，所述电源自动切换机构还包括拉簧，拉簧一端固定在驱动板的一侧处，拉簧另一端固定在基板上。
更优地，所述棘爪一和棘爪二分别通过安装座一和安装座二固定在基板上。
更优地，所述垫块呈直角三角形，通孔呈方形。
一种矿用本安移动电源不间断供电方法，该方法包括如下步骤：
（1）、先将移动电源一连接到棘爪一，棘轮轴的输出接口连通移动电源一对应的一组棘轮槽，即移动电源一为外接用电设备供电，一段时间后，工作人员触按轻触开关，主控制器和射频模块通电，主控制器通过测量内部Bandgap电压，反推出电池电压，再通过查表法得出移动电源一电量的百分比，通过数码管显示出来，2.4G RFID数据采集终端将采集到的电量信息存储；
（2）、当数码管显示的移动电源一电量低于阀值时，2.4G RFID数据采集终端会记录移动电源一的电量情况并及时提醒工作人员更换电源；
（3）、更换电源时，工作人员将移动电源二连接到棘轮轴的另一个输入接口，此时移动电源一和移动电源二均与推拉式电磁铁连通且移动电源一和移动电源二产生的压差驱动推拉式电磁铁动作，推拉式电磁铁驱动连杆动作，连杆带动驱动板转动，驱动板带动棘轮转动，棘轮转动到下一个棘轮槽时，棘爪二卡接到棘轮槽处，此时棘轮轴的输出接口连通移动电源二对应的一组棘轮槽，即移动电源二为外接用电设备供电，实现移动电源一和移动电源二的自动切换且实现了外接用电设备的不间断供电；
（4）、将处于离线状态的移动电源一拆除再充电即可。
作为优选，所述步骤（2）中电量的阀值为总电量的10%。
本发明的一种矿用本安移动电源供电系统及不间断供电方法与现有技术相比具有以下优点：
（一）、本发明采用移动式电源供电，解决当前普遍采用的有线电缆布线时遇到的部署不灵活及造价过高的问题，使得设备部署变的更加灵活和方便；
（二）、本发明采用大容量移动电源，使一次充电后使用时间大大增加，实现了长时间供电，解决当前采用设备内部电池因空间受限导致容量太小、更换电池频繁的问题；
（三）、本发明利用三通接头和电源自动切换机构，实现了更换电源时，外接用电设备不间断供电，有效解决了更换电源时断电的问题，实现了外接用电设备工作的连续性，同时避免了切换电路需持续带电的麻烦，减少消耗的同时增加了电量的有效利用率；
（四）、本发明利用电量显示模块可以快捷方便的查看电源电量，确保能够及时更换电源，解决电源自身检测和电量显示的问题；同时采用轻触开关控制的电量显示的形式，既满足了电量检测的需求，又节省了电量；通过2.4gG RFID 数据采集终端采集射频模块上传电量信息，方便巡检人员记录，并通过数字化手段有效避免漏检和遗忘更换电源的情况发生。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为矿用本安移动电源供电系统的结构框图；
附图2为电源显示模块的电路框图；
附图3为电源切换机构的电路框图；
附图4为电源切换结构的结构示意图；
附图5为附图4不带基板的另一角度的结构示意图；
附图6为附图4中棘轮的结构示意图；
附图7为电量显示模块的电路原理图。
图中：1、2.4G RFID数据采集终端，2、三通接头，3、电源自动切换机构，3-1、基板，3-2、推拉式电磁铁，3-3、连杆，3-4、驱动板，3-5、棘轮，3-6、棘爪一，3-7、棘爪二，3-8、销轴，3-9、棘轮轴，3-10、垫块，3-11、通孔，3-12、棘轮槽，3-13、拉簧，3-14、安装座一，3-15、安装座二，4、移动电源一，5、移动电源二，6、外接用电设备，7、充放电保护板，8、轻触开关，9、主控制器，10、射频模块，11、数码管，12、航空插头母座。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种矿用本安移动电源供电系统及不间断供电方法作以下详细地说明。
实施例1：
如附图1所示，本发明的矿用本安移动电源供电系统, 其结构包括2.4G RFID数据采集终端1、三通接头2、电源自动切换机构3、移动电源一4和移动电源二5，电源自动切换机构3安装在三通接头2内，移动电源一4和移动电源二5上均安装有电量显示模块；2.4G RFID数据采集终端1连接移动电源一4或移动电源二5，移动电源一4或移动电源二5通过电源自动切换机构3为外接用电设备6不间断供电。2.4G RFID数据采集终端1采用现有技术中常用的2.4G RFID数据采集终端。
如附图2所示，电量显示模块包括充放电保护板7、轻触开关8、主控制器 9、射频模块10、数码管11和航空插头母座12，移动电源一4和移动电源二5上均安装有充放电保护板7，移动电源一4或移动电源二5通过对应的充放电保护板7输出两路：一路通过轻触开关8分别电连接主控制器 9和射频模块10为其供电，另一路电连接航空插头母座12，航空插头母座12用于电连接外接用电设备6；主控制器 9分别电连接并控制射频模块10和数码管11，主控制器 9用于通过测量内部Bandgap电压，反推出电池电压再通过查表法得出移动电源一4或移动电源二5电量的百分比并通过数码管11显示出来。移动电源一4和移动电源二5均是由六节锂电池并联组成，每节锂电池的电量为4000mAh。 数码管11采用188两位半数码管，数码管11的显示从00到100。移动电源一4和移动电源二5分别与其对应的充放电保护板7浇封封装在一起且移动电源一4和移动电源二5分别电连接与其对应的充放电保护板7。
主控制器 9采用STC15W408AS芯片，STC15W408AS芯片中ADC共有9个通道，其中1-8通道为普通ADC通道，新增的第9个通道是用来测试内部BandGap 参考电压的，由于内部BandGap参考电压很稳定，约为1.27V，不会随芯片的工作电压的改变而改变，所以可以通过测量内部的BandGap参考电压，然后通过ADC的值便可以反推出外部电池电压，从而可以测量外部电池电压。
ADC的第9通道的测量方法：首先将P1ASF初始化为0，即关闭所有P1口的模拟功能然后通过正常的ADC转换的方法读取第0通道的值，即可以通过ADC的第9通道读取当前内部的BandGap参考电压值，约为1.27V。
测量外部电池电压的方法：首先要在外部电压很精准的情况下，比如（5.0V），测量内部BandGap参考电压的ADC转换值（比如BGV5），并将这个值保存到EEPROM中，然后在实际的外部电池电压变化时，测量出的内部BandGap参考电压的ADC转换值（比如BGVx），最后通过计算公式：实际外部电池电压=5.0V*BGV5/BGVx，即可计算出实际的外部电池电压。
如附图7所示， 主控制器 9通过GPIO口经电阻限流后控制数码管显示，并通过GPIO控制LDO线性稳压芯片XC6219A33AMR给2.4G RFID模块供电，通过串口将测量的电源电量信息发给2.4G RFID模块。C1和R1组成RESET电路，在接通电源后对主控制器进行重置操作。C2、C3、C4、C5是滤波电容，过滤电流噪声。主控制器通过P1.6 P1.7 与2.4G RFID模块进行串口通信。两位半188数码管是共阴极数码管。
如附图4和5所示，电源自动切换机构包括基板3-1、推拉式电磁铁3-2、连杆3-3、驱动板3-4、棘轮3-5、棘爪一3-6、棘爪二3-7和拉簧3-13，拉簧3-13一端固定在驱动板3-4的一侧处，拉簧3-13另一端固定在基板3-1上；移动电源一4和移动电源二5分别电连接推拉式电磁铁3-2且移动电源一4和移动电源二5之间的压差驱动推拉式电磁铁3-2动作，连杆3-3一端通过销轴3-8铰接推拉式电磁铁3-2，连杆3-3另一端通过销轴3-8铰接连接驱动板3-4的一侧处，棘轮3-5通过棘轮轴3-9连接驱动板3-4中间位置且棘轮3-5靠近驱动板3-4的一侧安装有四个圆周排列的垫块3-10，垫块3-10呈直角三角形；驱动板3-4上对应开设有通孔3-11，通孔3-11呈方形，通孔3-11与垫块3-10一一对应设置；棘轮轴3-9贯通基板3-1、棘轮3-5和驱动板3-4。如附图6所示，棘轮3-5的边缘处开设有四个棘轮槽3-12，相对设置的两个棘轮槽3-12为一组，移动电源一4通过电线连通棘爪一3-6，移动电源二5通过电线连通棘爪二3-7，棘轮轴3-9处的输出接口连通其中一组棘轮槽3-12，棘爪一3-6和棘爪二3-7对应安装在两相邻的棘轮槽3-12的位置。棘爪一3-6和棘爪二3-7分别通过安装座一3-14和安装座二3-15固定在基板3-1上。
实施例2：
采用实施例1实现矿用本安移动电源不间断供电方法，如附图3所示，该方法包括如下步骤：
（1）、先将移动电源一4连接到棘爪一3-6，棘轮轴3-9的输出接口连通移动电源一4对应的一组棘轮槽3-12，即移动电源一4为外接用电设备6供电，一段时间后，工作人员触按轻触开关8，主控制器 9和射频模块10通电，主控制器 9通过测量内部Bandgap电压，反推出电池电压，再通过查表法得出移动电源一4电量的百分比，通过数码管11显示出来，2.4G RFID数据采集终端1将采集到的电量信息存储；
（2）、当数码管11显示的移动电源一4电量低于阀值时，2.4G RFID数据采集终端1会记录移动电源一4的电量情况并及时提醒工作人员更换电源；
（3）、更换电源时，工作人员将移动电源二5连接到棘轮轴3-9的另一个输入接口，此时移动电源一4和移动电源二5均与推拉式电磁铁3-2连通且移动电源一4和移动电源二5产生的压差驱动推拉式电磁铁3-2动作，推拉式电磁铁3-2驱动连杆3-3动作，连杆3-3带动驱动板3-4转动，驱动板3-4带动棘轮3-5转动，棘轮3-5转动到下一个棘轮槽3-12时，棘爪二3-7卡接到棘轮槽3-12处，此时棘轮轴3-9的输出接口连通移动电源二5对应的一组棘轮槽3-12，即移动电源二5为外接用电设备6供电，实现移动电源一4和移动电源二5的自动切换且实现了外接用电设备6的不间断供电；
（4）、将处于离线状态的移动电源一4拆除再充电即可。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

Claims (10)

1.一种矿用本安移动电源供电系统，其特征在于，包括2.4G RFID数据采集终端、三通接头、电源自动切换机构、移动电源一和移动电源二，电源自动切换机构设置在三通接头内，移动电源一和移动电源二上均设置有电量显示模块；2.4G RFID数据采集终端连接移动电源一或移动电源二，移动电源一或移动电源二通过电源自动切换机构为外接用电设备不间断供电；
电量显示模块包括充放电保护板、轻触开关、主控制器、射频模块、数码管和航空插头母座，移动电源一和移动电源二上均设置有充放电保护板，移动电源一或移动电源二通过对应的充放电保护板输出两路：一路通过轻触开关分别电连接主控制器和射频模块为其供电，另一路电连接航空插头母座，航空插头母座用于电连接外接用电设备；
主控制器分别电连接并控制射频模块和数码管，主控制器用于通过测量内部Bandgap电压，反推出电池电压再通过查表法得出移动电源一或移动电源二电量的百分比并通过数码管显示出来。
2.根据权利要求1所述的矿用本安移动电源供电系统，其特征在于，所述移动电源一和移动电源二均是由六节锂电池并联组成，每节锂电池的电量为4000mAh。
3.根据权利要求1或2所述的矿用本安移动电源供电系统，其特征在于，所述数码管采用188两位半数码管，数码管的显示从00到100。
4.根据权利要求3所述的矿用本安移动电源供电系统，其特征在于，所述移动电源一和移动电源二分别与其对应的充放电保护板浇封封装在一起且移动电源一和移动电源二分别电连接与其对应的充放电保护板。
5.根据权利要求1所述的矿用本安移动电源供电系统，其特征在于，所述电源自动切换机构包括基板、推拉式电磁铁、连杆、驱动板、棘轮、棘爪一和棘爪二，移动电源一和移动电源二分别电连接推拉式电磁铁且移动电源一和移动电源二之间的压差驱动推拉式电磁铁动作，连杆一端通过销轴铰接推拉式电磁铁，连杆另一端通过销轴铰接连接驱动板的一侧处，棘轮通过棘轮轴连接驱动板中间位置且棘轮靠近驱动板的一侧设置有四个圆周排列的垫块，驱动板上对应设置有通孔，通孔与垫块一一对应设置；棘轮轴贯通基板、棘轮和驱动板；
棘轮的边缘处设置有四个棘轮槽，相对设置的两个棘轮槽为一组，移动电源一通过电线连通棘爪一，移动电源二通过电线连通棘爪二，棘轮轴处的输出接口连通其中一组棘轮槽，棘爪一和棘爪二对应设置在两相邻的棘轮槽的位置。
6.根据权利要求1或5所述的矿用本安移动电源供电系统，其特征在于，所述电源自动切换机构还包括拉簧，拉簧一端固定在驱动板的一侧处，拉簧另一端固定在基板上。
7.根据权利要求6所述的矿用本安移动电源供电系统，其特征在于，所述棘爪一和棘爪二分别通过安装座一和安装座二固定在基板上。
8.根据权利要求7所述的矿用本安移动电源供电系统，其特征在于，所述垫块呈直角三角形，通孔呈方形。
9.一种矿用本安移动电源不间断供电方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）、先将移动电源一连接到棘爪一，棘轮轴的输出接口连通移动电源一对应的一组棘轮槽，即移动电源一为外接用电设备供电，一段时间后，工作人员触按轻触开关，主控制器和射频模块通电，主控制器通过测量内部Bandgap电压，反推出电池电压，再通过查表法得出移动电源一电量的百分比，通过数码管显示出来，2.4G RFID数据采集终端将采集到的电量信息存储；
（2）、当数码管显示的移动电源一电量低于阀值时，2.4G RFID数据采集终端会记录移动电源一的电量情况并及时提醒工作人员更换电源；
（3）、更换电源时，工作人员将移动电源二连接到棘轮轴的另一个输入接口，此时移动电源一和移动电源二均与推拉式电磁铁连通且移动电源一和移动电源二产生的压差驱动推拉式电磁铁动作，推拉式电磁铁驱动连杆动作，连杆带动驱动板转动，驱动板带动棘轮转动，棘轮转动到下一个棘轮槽时，棘爪二卡接到棘轮槽处，此时棘轮轴的输出接口连通移动电源二对应的一组棘轮槽，即移动电源二为外接用电设备供电，实现移动电源一和移动电源二的自动切换且实现了外接用电设备的不间断供电；
（4）、将处于离线状态的移动电源一拆除再充电即可。
10.根据权利要求9所述的矿用本安移动电源不间断供电方法，其特征在于，所述步骤（2）中电量的阀值为总电量的10%。
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