CN109066950A - 一种超级电容监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明所提供的一种超级电容监控系统，除了包括CPU之外，还包括CPLD，CPLD其实就是复杂可编程逻辑器件，CPLD与CPU连接，可以根据CPU的控制对超级电容的充放电进行监控以及根据CPU的控制对超级电容的运行状态进行监控，加载CPU的设定信息并且可以将得出的监控结果发送至CPU。由此可见，应用本监控系统，通过与CPU连接的CPLD就可实现对超级电容的充放电和相关运行状态的监控，也就是说在该监控系统中将CPLD作为主控单元，而不是将CPU作为主控单元，可以减少CPU的引脚使用量，降低了CPU的资源占用。
Description
技术领域
本发明涉及器件监控领域，特别涉及一种超级电容监控系统。
背景技术
近年来，伴随着互联网技术的快速发展，云服务和云计算蓬勃兴起。面对服务器技术变革日新月异的变化，如何提供更好的数据保护和安全一直都是重要技术难题。当前，Raid控制器卡作为存储卡中一种，具有高速缓存回写的特点。但是，当服务器供电中断时，高速缓存回写到DRAM存储器的数据有丢失的风险，因此采用NAND Flash存储区和SCAP超级电容来为Raid控制器提供高速缓存保护。当服务器发生断电或者故障时，可以自动将缓存在DRAM中的数据转移至NAND Flash中去；当电源恢复后，NAND Flash中的数据将会被拷贝回高速缓存，直至数据被写入磁盘。
但是SCAP的单体电压较低，一般不能满足应用工况的电压需求，需要将多个单体串联起来得到更高的电压，SCAP串并联后可以封装成更大的电压和更大电容值的模块。由于充电/放电过程中每个单体SCAP电压不均衡容易使得容量较小的单体SCAP过充/过放，严重影响SCAP的使用寿命，因此需要一种监控系统来控制SCAP的充放电过程、监控SCAP的运行状态，提高SCAP的使用寿命。
但是，目前大多采用CPU对SCAP的运行状态进行监控，即在该监控系统中将CPU作为主控单元，CPU通过自身PWM模块控制充放电电路，通过自身的ADC单元采集电压、电流、温度信号，通过中断处理异常告警，通过查询处理状态值，通过GPIO控制电压均衡等，但是CPU除了需要监控SCAP的运行状态之外还要执行其它功能，监控系统会占用较多CPU的引脚和功能模块，从而占用较高的物理资源和运算资源，最终会影响CPU的数据处理速度。
由此可见，如何减少CPU的引脚使用量，进而提高CPU的数据处理速度的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种超级电容监控系统，可以减少CPU的引脚使用量，提高CPU的数据处理速度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种超级电容监控系统，包括CPU，还包括：
与所述CPU连接，用于根据所述CPU的控制对超级电容的充放电进行监控以及对所述超级电容的运行状态进行监控，加载所述CPU的设定信息并将得出的监控结果发送至所述CPU的CPLD。
优选地，所述CPLD具体通过状态监测模块对所述超级电容的运行状态进行监控，其中，所述状态监测模块至少包括温度采集电路、电压采集电路、电流采集电路以及所述超级电容的在位信息采集电路中的一种。
优选地，所述CPLD具体通过充电电路或放电电路对所述超级电容的充放电进行监控。
优选地，所述CPU与所述CPLD之间具体通过I2C协议功能模块连接。
优选地，还包括：
与所述CPLD连接，用于当所述电压采集电路、所述电流采集电路发送的监测结果超过阈值时报警提示的告警器件。
优选地，还包括：
与供电装置连接，用于在所述供电装置提供的电信号超过设定值时，切断所述CPLD和所述CPU与所述供电装置之间的供电电路的过流保护元件。
优选地，所述过流保护元件具体为MOS管。
优选地，还包括：
与所述CPU连接，用于显示所述监控结果的显示模块。
优选地，所述显示模块具体为LED阵列。
相比于现有技术，本发明所提供的一种超级电容监控系统，除了包括CPU之外，还包括CPLD，CPLD其实就是复杂可编程逻辑器件，CPLD与CPU连接，可以根据CPU的控制对超级电容的充放电进行监控以及根据CPU的控制对超级电容的运行状态进行监控，加载CPU的设定信息并且可以将得出的监控结果发送至CPU。由此可见，应用本监控系统，通过与CPU连接的CPLD就可实现对超级电容的充放电和相关运行状态的监控，也就是说在该监控系统中将CPLD作为主控单元，而不是将CPU作为主控单元，可以减少CPU的引脚使用量，减轻CPU的负担，进而降低了CPU的资源占用。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种超级电容监控系统结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种超级电容监控系统整体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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。基于本发明中的实施例，本领域普通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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种超级电容监控系统，可以减少CPU的引脚使用量，提高CPU的数据处理速度。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明实施例所提供的一种超级电容监控系统结构示意图，如图1所示，该监控系统除了包括CPU 10之外，还包括与CPU 10连接，用于根据CPU 10的控制对超级电容13的充放电进行监控以及根据CPU 10的控制对超级电容13的运行状态进行监控，加载CPU10的设定信息并将得出的监控结果发送至CPU 10的CPLD 15。优选地，可以通过状态监测模块14对超级电容13的运行状态进行监控。
具体就是将CPLD 15作为主控单元，实现对超级电容13(SCAP)的充放电控制，实时监控超级电容13的运行状态，并能与存储卡上的CPU 10实现信息交互。如果像现有技术中采用CPU 10对超级电容13充放电和运行状态进行监控，则CPU 10不仅需要与监测充电情况的器件连接，也需要与监测放电情况的器件连接，还需要与监测运行状态的器件连接，即需要占用CPU 10的多个设定引脚和至少三组功能模块，而采用本申请实施例中的CPLD 15对超级电容13充放电和运行状态进行监控，则只需CPU 10与CPLD 15连接即可实现对超级电容13充放电和运行状态的监控，即只需CPU 10与CPLD 15建立一组通用交互接口和极少引脚。因此，本申请实施例提供的超级电容监控系统，可以减少CPU 10的引脚使用量，减轻CPU的负担，进而提高了CPU的数据处理速度。在实际应用中，考虑到对超级电容13的充放电的监控便捷性，作为优选地实施方式，CPLD15具体通过充电电路11和放电电路12实现对超级电容13的充放电进行监控。充电电路11和放电电路12均可采用现有技术中的相关电路，本发明在此不再对充电电路11和放电电路12的构成进行详细说明。当然，除了通过充电电路11和放电电路12对超级电容13的充放电进行监控之外，还可以通过其它器件对超级电容13的充放电进行监控，例如通过电压采集电路、电流采集电路的方式对超级电容13的充放电进行监控，具体为CPLD 10得到采集到的电压/电流信息后，通过逻辑设计判定是否超过阈值并完成控制命令输出和状态上传进而实现对超级电容13的充放电的监控。图1所示的超级电容监控系统为优选地实施方式。
具体监控过程为：CPU 10向CPLD 15发送相关设定信息，然后CPLD 15根据相关设定信息控制充电电路11实现对超级电容13的充电，并通过电流反馈实时放大并采集充电电流值发送给CPLD 15；CPLD 15通过放电电路12测试超级电容13的放电过程，并记录其放电参数；CPLD 15还可以通过相关电路实现对超级电容13的电压均衡控制，因为超级电容13一般是由四个电容串并联后组成，在实际应用中，需要保证四个电容的电容值相等；CPLD 15通过状态监测模块14实现对超级电容13的在位状态、运行温度、输出电压、单节电压，并能实现过压监控和过流监控；并且CPLD 15需要将超级电容13的监控结果(充放电完成标志以及超级电容13的状态量和参数值等)通过相关接口上传至CPU 10。
本发明所提供的一种超级电容监控系统，除了包括CPU之外，还包括CPLD，CPLD其实就是复杂可编程逻辑器件，CPLD与CPU连接，可以根据CPU的控制对超级电容的充放电进行监控以及根据CPU的控制对超级电容的运行状态进行监控，加载CPU的设定信息并且可以将得出的监控结果发送至CPU。由此可见，应用本监控系统，通过与CPU连接的CPLD就可实现对超级电容的充放电和相关运行状态的监控，也就是说在该监控系统中将CPLD作为主控单元，而不是将CPU作为主控单元，可以减少CPU的引脚使用量，减轻CPU的负担，进而降低了CPU的资源占用。
为了便于对超级电容13的温度，电压以及电流等进行快速监测，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，CPLD 15具体通过状态监测模块14对超级电容13的运行状态进行监控，其中，状态监测模块14至少包括温度采集电路、电压采集电路、电流采集电路以及超级电容13的在位信息采集电路中的一种。
为了提高数据传输速度，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，CPU 10与CPLD 15之间具体通过I2C协议功能模块连接。
为了当状态监测模块14中的电压采集电路、电流采集电路采集的监测结果超过阈值时，能够及时对其进行相应的处理，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，还包括：
与CPLD 15连接，用于当电压采集电路、电流采集电路发送的监测结果超过阈值时报警提示的告警器件。本申请实施例中的告警器件的功能其实均是通过CPLD 15实现告警逻辑设计的。在实际条件允许的前提下，还可以通过外连相应告警器件的方式实现相应的告警提示，例如，可以通过外连蜂鸣器和指示灯器件实现告警提示。
为了防止供电装置提供的电压过大时，对CPLD 15和CPU 10造成破坏，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，还包括：
与供电装置连接，用于在供电装置提供的电信号超过设定值时，切断CPLD15和CPU10与供电装置之间的供电电路的过流保护元件。在实际应用中，过流保护元件可以优选为MOS管。
为了便于相关人员对超级电容13的相关监控结果进行查看，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，还包括：
与CPU 10连接，用于显示监控结果的显示模块。考虑到存储卡的布局局限性以及使用便捷性的问题，显示模块可以优选为LED阵列，在本申请实施例中可以至少选用8个LED实现对监控结果的显示。
为了使本领域技术人员更好地理解本方案的实现过程，下面结合附图2对本方案的实现步骤进行说明，图2为本发明实施例所提供的一种超级电容监控系统整体结构示意图，如图2所示，图2中的GPIO为CPLD 15的引脚。
第一步，初始上电。CPU 10监控到CPLD 15启动后，下发定值参数到CPLD15，如超级电容13的电容值、峰值电压参数，充放电额定电压/电流及阈值电压/电流，PWM补偿、占空比、频率设定等等。
第二步，充电状态，如图2中的充电控制20。理论上CPLD15可以定制不同的充电策略。本实施例中的充电电路11采用先恒流充电到设定值，再恒压充电的策略。通过PWM1模块输出调制电压控制降压稳压电路(充电电路和门开关)工作状态来实现对超级电容13的恒流充电；同时通过电流放大电路将充电电流转化为放大后的电压信号，并由电压采集电路发送给CPLD 15的SPI控制器；CPLD 15根据反馈的充电电流大小，通过PI调节器控制PWM1的调制占空比，直到超级电容13充电到设定值。当超级电容13充电到达设定值时，PWM1输出100％高电平实现对超级电容13的恒压充电。
第三步，放电状态，如图2中的放电测试21。通过PWM2模块输出调制电压通过一个定值负载，恒流放电来测试记录超级电容13的相关参数；测试过程中，CPLD 15会关断降压稳压电路，打开门开关来泄放超级电容13中的电流。
第四步，电容平衡使能与关闭，如图2中的电容平衡控制22。在充放电过程中，CPLD15可以通过电容平衡电路来使能或者关闭超级电容13的电压均衡功能。
第五步，对超级电容13的状态实时监控，如图2中的状态监测23。超级电容13的在位监测如果显示超级电容13不在位，CPLD 15会将充电过程中止；过压/过流保护监测如果监测到超级电容13的充电电压/充电电流超过设定上限，就会输出高电平给CPLD 15告警，CPLD 15将充电过程中止；超级电容13的温度监测模块(温度采集电路)如果监测到超级电容13的运行温度超过设定上限，温度采集电路会输出信号给CPLD 15，CPLD 15也会将充电过程中止。在实际应用中，CPLD 15还可以将当前的充电状态通过LED显示器阵列进行显示。
第六步，充/放电完成状态。CPLD 15通过自身的I2C0 Slave接口和CPU 10的I2C0Master接口将充电/放电完成标志发送给CPU 10。同样的，CPU 10也可以读取当前超级电容13的状态信息、放电测试参数、充电运行参数、告警日志以及温度信息等。
在实际应用中，存储卡2上的信号线通过连接器24与超级电容13相连，以实现监控系统对超级电容13的实时监控。该监控系统基于CPLD 15开发，首先能够通过软件逻辑设计来代替硬件逻辑设计，降低线路设计密度和器件成本。其次，CPU 10与CPLD 15交互简单，将监控资源从CPU 10中剥离出来使得CPU 10物理和计算单元解放出来。第三，采用CPLD 15作为主控单元，如果CPU 10异常死机，CPLD 15不会中断运行，保证超级电容13的充放电安全。
以上对本发明所提供的一种超级电容监控系统进行了详细介绍。本文中运用几个实例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明，只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本领域技术人员，在没有创造性劳动的前提下，对本发明所做出的修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请中。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个操作与另一个操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者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”等类似词，使得包括一系列要素的单元、设备或系统不仅包括那些要素，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单元、设备或系统所固有的要素。
Claims (9)
1.一种超级电容监控系统，包括CPU，其特征在于，还包括：
与所述CPU连接，用于根据所述CPU的控制对超级电容的充放电进行监控以及对所述超级电容的运行状态进行监控，加载所述CPU的设定信息并将得出的监控结果发送至所述CPU的CPLD。
2.根据权利要求1所述的超级电容监控系统，其特征在于，所述CPLD具体通过状态监测模块对所述超级电容的运行状态进行监控，其中，所述状态监测模块至少包括温度采集电路、电压采集电路、电流采集电路以及所述超级电容的在位信息采集电路中的一种。
3.根据权利要求1所述的超级电容监控系统，其特征在于，所述CPLD具体通过充电电路或放电电路对所述超级电容的充放电进行监控。
4.根据权利要求1所述的超级电容监控系统，其特征在于，所述CPU与所述CPLD之间具体通过I2C协议功能模块连接。
5.根据权利要求2所述的超级电容监控系统，其特征在于，还包括：
与所述CPLD连接，用于当所述电压采集电路、所述电流采集电路发送的监测结果超过阈值时报警提示的告警器件。
6.根据权利要求1所述的超级电容监控系统，其特征在于，还包括：
与供电装置连接，用于在所述供电装置提供的电信号超过设定值时，切断所述CPLD和所述CPU与所述供电装置之间的供电电路的过流保护元件。
7.根据权利要求6所述的超级电容监控系统，其特征在于，所述过流保护元件具体为MOS管。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的超级电容监控系统，其特征在于，还包括：
与所述CPU连接，用于显示所述监控结果的显示模块。
9.根据权利要求8所述的超级电容监控系统，其特征在于，所述显示模块具体为LED阵列。
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