CN109167408A - 智能钥匙充电管理装置 - Google Patents
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Abstract
为提高输电设备更安全可靠的运行，电力部门将智能锁具引入到电力现场的安全管控中，但现有智能钥匙本身的自带充电电池不能明确显示智能钥匙的充电状态以及对已充满的智能钥匙进行断电防止过充，本发明公开一种智能钥匙充电管理装置，综合无线通讯、时钟管理、双向电流/功率监测、单片机控制、液晶显示和电阻触摸屏控制等技术，具有控制充电电源的开关、检测充电过程中充电电压和电流数值、判断充电过程、电池电量、设定充电倒计时、充电结束后自动断电及充电结束提醒等功能，能有效管控智能钥匙的充电过程，保证智能钥匙充电安全，提高智能钥匙的使用寿命，减少智能钥匙充电过程中工作人员的关注度，提高工作人员的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力现场（变电站、配电房和开闭所等）智能门锁使用的智能钥匙的充电装置，具体涉及一种智能钥匙充电管理装置。
背景技术
目前，电力部门正在逐步将智能锁具引入到变电站、配电房和开闭所等电力现场的出入口的安全管控中。智能锁具的应用实现了对进入电力现场的按时段管理、按区域管理、实时监控门户的状态、进入人员的智能识别等功能，能有效解决传统通开锁具越权进入和越权操纵的问题，为明确管理责任，确保安全生产，提供了一种有效的技术措施，有利于输电设备更安全、可靠、高效的运行，提高变电站安全防范管理水平。
现有智能钥匙本身的自带电池电量显示方法不明确，易出现使用过程中智能钥匙电源不足，无法开锁的问题，同时在充电过程中缺乏对智能钥匙充电过程的实时监控，不能明确显示智能钥匙的充电状态（如：需要充电时间、已充电时间、电池的电量等）、充电电流，不能对已充满的智能钥匙进行断电和防止过充，给现场使用带来安全隐患，降低了工作效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，提供一种智能钥匙充电管理装置，具有可判断充电过程、充电结束后自动断电及充电结束提醒等功能，能有效地管控智能钥匙充电过程，保证智能钥匙充电安全，提高智能钥匙的使用寿命。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：一种智能钥匙充电管理装置，由机械外壳及设置在机械外壳内部的电源模块、主控电路MCU和连接在主控电路MCU上的充电监测模块、充电控制模块、无线传输模块、系统保护电路、报警电路、触摸屏U6和液晶显示模块U7组成，所述电源模块由电源转换模块U2、电源开关S1、C9、C10、C11、C12组成，并通过所述电源转换模块U2将220AC交流电源转换成两路5V直流电源，再通过C9、C12过滤为5V滤波电路，通过C10、C11过滤为5V_O滤波电路，所述主控电路MCU包括AVR芯片U1、芯片内部测试JTAG接口P3、滤波电路LC、信号同步电路YC和时钟芯片U8，
所述5V直流电源的VCC端通过线路并联所述报警电路、所述系统保护电路、所述芯片内部测试JTAG接口P3、所述滤波电路LC和所述液晶显示模块U7，所述5V滤波电路的VCC端通过线路并联所述充电监测模块、所述时钟芯片U8、所述触摸屏U6和所述无线传输模块，所述5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源通过所述充电控制模块为USB接口供电，所述AVR芯片U1作为主控电路的核心设置有多个管脚，并通过所述管脚连接所有控制模块，所有控制模块电路的接地端均连接在所述电源模块的GND线路上。
所述AVR芯片U1采用ATmageL64并通过管脚9、11、12连接所述报警电路，通过管脚54～57、1、20、4连接所述系统保护电路，通过管脚21、52、22、53、62～64连接所述滤波电路LC，通过管脚37～42、44～51连接所述液晶显示模块U7显示系统状态、人机对话界面、智能钥匙的电量和充电状态信息，通过管脚28、30～34连接所述触摸屏U6的2～7脚获取触摸屏设置输入的参数信息，通过串口管脚2、3、18连接所述无线传输模块下发指令，通过管脚23、24连接所述信号同步电路YC，通过I2C总线管脚25、26及管脚27连接所述时钟芯片U8的2、13、10脚获取时钟信息，通过管脚19连接所述充电控制模块，所述芯片内部测试JTAG接口P3与所述系统保护电路共用所述管脚54～57、20，所述充电监测模块与所述时钟芯片U8共用所述I2C总线管脚25、26。
所述报警电路由SK1、Q8、R23、LED2、LED4、R7、R8组成，所述LED2、R8连接所述管脚9组成电源供电指示电路，所述LED4、R7连接所述管脚11组成设备运行指示电路，所述SK1、Q8、R23连接所述管脚12组成蜂鸣器报警电路。
所述系统保护电路由带看门狗的电源监控芯片U5及相关的外部电路组成，所述带看门狗的电源监控芯片U5通过1脚连接所述管脚20发送复位指令，通过4脚连接所述管脚4接收喂狗指令，所述相关的外部电路由大阻值的R1～R6并联组成，其中所述R1输出端连接在所述带看门狗的电源监控芯片U5的1脚线路上。
所述芯片内部测试JTAG接口P3为主程序升级接口，所述芯片内部测试JTAG接口P3通过引脚TDI、TDO、TMS、TCK依次连接所述管脚54～57测试系统的数据输入、数据输出、模式选择、时钟输入，通过6脚与所述系统保护电路内R1输出端的线路连接。
所述液晶显示模块U7由液晶显示器、R10、Q1、R9、C7、C6、电位器W1组成，所述R10、Q1、R9组成背光控制电路，所述C7、C6组成电源滤波电路，所述液晶显示模块U7采用LM32019并通过4～8脚连接所述管脚37～41监测所述液晶显示器的工作状态，通过9～16脚连接所述管脚44～51控制所述液晶显示器的显示内容，所述管脚42连接所述R10控制所述Q1的通断从而控制背光的点亮和熄灭。
所述无线传输模块由蓝牙通讯模块U4、Q6、R11组成，所述Q6、R11连接所述管脚18并组成所述无线传输模块的供电开关，所述蓝牙通讯模块U4采用nRF51822并通过3、4脚连接所述串口管脚2、3进行数据通信传送智能钥匙内电池电量的状态信息给所述AVR芯片U1，通过1、5脚与所述信号同步电路YC的输出端共同连接所述电源模块的GND线路。
所述充电控制模块由大功率MOS管Q4、R12、R13组成，所述大功率MOS管Q4采用NTJS4151并通过1、2、5、6脚连接USB接口的1脚控制充电电路的开关，通过3脚连接所述管脚19获取充电信息，通过4脚连接所述5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源，所述R12连接在所述大功率MOS管Q4的3脚线路上，所述R13连接在所述大功率MOS管Q4的3、4脚线路之间，所述R12、R13组成匹配电阻保证所述大功率MOS管Q4处于正常的工作状态。
所述充电监测模块由监控器U3和R14组成，所述监控器U3采用INA219并通过5脚连接所述5V滤波电路的VCC端获取电源，通过3、4脚与所述时钟芯片U8共用所述 I2C总线管脚25、26传送实时电压、电流值给所述AVR芯片U1，通过7、8脚检测R14两端电压值并自动运算产生实时电流值，通过1、6脚连接所述电源模块的GND线路，所述R14串联在充电回路的所述大功率MOS管Q4与USB线路之间，所述时钟芯片U8采用RX8025。
本发明的有益效果是：1）本发明采用时钟管理技术：使用晶体的RX8025时钟芯片、使用I²C通讯方式、月误差小于15秒。
2）本发明采用无线传输技术：使用BLUETOOTH无线传输模块，低功耗，传输距离小于5米，通讯安全可靠。
3）本发明采用单片机控制技术：抗电磁干扰能力强、性能稳定、功耗低。
4）本发明采用双向电流/功率监测技术：能实时监测充电电路的电压和输出电流，并能自动切断供电电源防止过充。
5）本发明采用电阻触摸屏控制技术：反应灵敏度很好，设置操作方便，操作人员可通过电阻触摸屏设置充电时间。
6）本发明采用液晶显示技术：能清晰显示智能钥匙充电过程，可观察智能钥匙内电量信息。
附图说明
图1本发明的结构框图；
图2本发明的左半边电路原理图；
图3本发明的右半边电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的解释和说明：
实施例：一种智能钥匙充电管理装置，由机械外壳及设置在机械外壳内部的电源模块、主控电路MCU和连接在主控电路MCU上的充电监测模块、充电控制模块、无线传输模块、系统保护电路、报警电路、触摸屏U6和液晶显示模块U7组成，电源模块由电源转换模块U2、电源开关S1、C9、C10、C11、C12组成，并通过电源转换模块U2将220AC交流电源转换成两路5V直流电源，再通过C9、C12过滤为5V滤波电路，通过C10、C11过滤为5V_O滤波电路，主控电路MCU包括AVR芯片U1、芯片内部测试JTAG接口P3、滤波电路LC、信号同步电路YC和时钟芯片U8，
5V直流电源的VCC端通过线路并联报警电路、系统保护电路、芯片内部测试JTAG接口P3、滤波电路LC和液晶显示模块U7， 5V滤波电路的VCC端通过线路并联充电监测模块、时钟芯片U8、触摸屏U6和无线传输模块， 5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源通过充电控制模块为USB接口供电， AVR芯片U1作为主控电路的核心设置有多个管脚，并通过管脚连接所有控制模块，所有控制模块电路的接地端均连接在电源模块的GND线路上。
AVR芯片U1采用ATmageL64并通过管脚9、11、12连接报警电路，通过管脚54～57、1、20、4连接系统保护电路，通过管脚21、52、22、53、62～64连接滤波电路LC，通过管脚37～42、44～51连接液晶显示模块U7，通过管脚28、30～34连接触摸屏U6的2～7脚，通过串口管脚2、3、18连接无线传输模块，通过管脚23、24连接信号同步电路YC，通过 I2C总线管脚25、26及管脚27连接时钟芯片U8的2、13、10脚获取时钟信息，通过管脚19连接充电控制模块，芯片内部测试JTAG接口P3与系统保护电路共用管脚54～57、20，充电监测模块与时钟芯片U8共用I2C总线管脚25、26。
报警电路由SK1、Q8、R23、LED2、LED4、R7、R8组成， LED2、R8连接管脚9组成电源供电指示电路，当设备上电后点亮LED2，指示供电状态，LED4、R7连接管脚11组成设备运行指示电路，AVR芯片U1初始化成功后通过向管脚11输出低电平点亮LED4，SK1、Q8、R23连接管脚12组成蜂鸣器报警电路，当有事件发生时，AVR芯片U1通过向管脚12加高电平使Q8的集电极和发射极导通从而使SK1导通发出报警声。
系统保护电路由带看门狗的电源监控芯片U5及相关的外部电路组成，负责上电复位、防死机及防程序跑飞的运行监控工作，AVR芯片U1在运行过程中通过管脚4定时给带看门狗的电源监控芯片U5发送喂狗指令，否则触摸屏U6的1脚发复位电平给管脚20使AVR芯片U1重启复位，相关的外部电路由大阻值的R1～R6并联组成，其中R1输出端连接在带看门狗的电源监控芯片U5的1脚线路上。
芯片内部测试JTAG接口P3为主程序升级接口，芯片内部测试JTAG接口P3通过引脚TDI、TDO、TMS、TCK依次连接管脚54～57测试系统的数据输入、数据输出、模式选择、时钟输入，通过6脚与系统保护电路内R1输出端的线路连接。
液晶显示模块U7由液晶显示器、R10、Q1、R9、C7、C6、电位器W1组成，触摸屏U6和液晶显示模块U7主要用来人机交互，通过液晶屏向用户展示设置信息、工作状态、智能钥匙充电过程、电池状态，通过触摸屏U6获取用户要设置的参数信息，电位器W1控制液晶屏字符显示的亮度，R10、Q1、R9组成背光控制电路， C7、C6组成电源滤波电路，液晶显示模块U7采用LM32019并通过4～8脚连接管脚37～41监测液晶显示器的工作状态，通过9～16脚连接管脚44～51控制液晶显示器的显示内容，管脚42连接R10控制Q1的通断从而控制背光的点亮和熄灭。
无线传输模块是与智能钥匙进行信息交换的枢纽，完成命令的下发（智能钥匙的参数设置、测试）、数据的上传（参数的上传、实时电量数据上传）等工作，无线传输模块由蓝牙通讯模块U4、Q6、R11组成， Q6、R11连接管脚18并组成无线传输模块的供电开关，蓝牙通讯模块U4采用nRF51822并通过3、4脚连接串口管脚2、3进行数据通信传送智能钥匙内电池电量的状态信息给AVR芯片U1，通过1、5脚与信号同步电路YC的输出端共同连接电源模块的GND线路，AVR芯片U1初始化成功后，通过管脚18输出低电平使Q6的源极和栅极导通为蓝牙通讯模块U4供电。
充电控制模块由大功率MOS管Q4、R12、R13组成，大功率MOS管Q4采用NTJS4151并通过1、2、5、6脚连接USB接口的1脚控制充电电路的开关，通过3脚连接管脚19获取充电信息，通过4脚连接5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源，R12连接在大功率MOS管Q4的3脚线路上，输出高电平或低电平控制大功率MOS管Q4的状态改变从而控制控制充电电路的开关，R13连接在大功率MOS管Q4的3、4脚线路之间， R12、R13组成匹配电阻保证大功率MOS管Q4处于正常的工作状态。
充电监测模块由监控器U3和R14组成，R14串联在充电回路的大功率MOS管Q4与USB线路之间，当给智能钥匙充电的过程中，R14必然流过电流，R14两端产生电压差，监控器U3采用INA219并通过5脚连接5V滤波电路的VCC端获取电源，通过3、4脚与时钟芯片U8共用I2C总线管脚25、26传送实时电压、电流值给AVR芯片U1供其分析和判断智能钥匙充电状态，通过7、8脚检测R14两端电压值并自动运算产生实时电流值，通过1、6脚连接电源模块的GND线路，时钟芯片U8采用RX8025。
操作流程：工作人员将智能钥匙连接到USB接口，通过液晶屏显示信息观察智能钥匙内电量信息，并通过电阻触摸屏设置充电时间，本装置开始对智能钥匙供电，并实时监控供电电源的电压和输出的电流，当到达设定充电时间或检测到输出的电流很小（智能钥匙电池充满，消耗几十微安的电流）时，自动切断供电电源防止过充，并发出告警声音提醒工作人员智能钥匙充电结束。
本发明是智能钥匙充电管理配件，能有效管控智能钥匙充电过程，防止智能钥匙过充，提高智能钥匙的使用寿命，减少智能钥匙充电过程中工作人员的关注度，提高工作人员的工作效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种智能钥匙充电管理装置，其特征在于：由机械外壳及设置在机械外壳内部的电源模块、主控电路MCU和连接在主控电路MCU上的充电监测模块、充电控制模块、无线传输模块、系统保护电路、报警电路、触摸屏U6和液晶显示模块U7组成，所述电源模块由电源转换模块U2、电源开关S1、C9、C10、C11、C12组成，并通过所述电源转换模块U2将220AC交流电源转换成两路5V直流电源，再通过C9、C12过滤为5V滤波电路，通过C10、C11过滤为5V_O滤波电路，所述主控电路MCU包括AVR芯片U1、芯片内部测试JTAG接口P3、滤波电路LC、信号同步电路YC和时钟芯片U8，
所述5V直流电源的VCC端通过线路并联所述报警电路、所述系统保护电路、所述芯片内部测试JTAG接口P3、所述滤波电路LC和所述液晶显示模块U7，所述5V滤波电路的VCC端通过线路并联所述充电监测模块、所述时钟芯片U8、所述触摸屏U6和所述无线传输模块，所述5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源通过所述充电控制模块为USB接口供电，所述AVR芯片U1作为主控电路的核心设置有多个管脚，并通过所述管脚连接所有控制模块，所有控制模块电路的接地端均连接在所述电源模块的GND线路上。
2.根据权利要求1所述的智能钥匙充电管理装置，其特征在于：所述AVR芯片U1通过管脚9、11、12连接所述报警电路，通过管脚54～57、1、20、4连接所述系统保护电路，通过管脚21、52、22、53、62～64连接所述滤波电路LC，通过管脚37～42、44～51连接所述液晶显示模块U7，通过管脚28、30～34连接所述触摸屏U6的2～7脚，通过串口管脚2、3、18连接所述无线传输模块，通过管脚23、24连接所述信号同步电路YC，通过 I2C 总线管脚25、26及管脚27连接所述时钟芯片U8的2、13、10脚，通过管脚19连接所述充电控制模块，所述芯片内部测试JTAG接口P3与所述系统保护电路共用所述管脚54～57、20，所述充电监测模块与所述时钟芯片U8共用所述I2C总线管脚25、26。
3.根据权利要求2所述的智能钥匙充电管理装置，其特征在于：所述报警电路由SK1、Q8、R23、LED2、LED4、R7、R8组成，所述LED2、R8连接所述管脚9组成电源供电指示电路，所述LED4、R7连接所述管脚11组成设备运行指示电路，所述SK1、Q8、R23连接所述管脚12组成蜂鸣器报警电路。
4.根据权利要求2所述的智能钥匙充电管理装置，其特征在于：所述系统保护电路由带看门狗的电源监控芯片U5及相关的外部电路组成，所述带看门狗的电源监控芯片U5通过1脚连接所述管脚20发送复位指令，通过4脚连接所述管脚4接收喂狗指令，所述相关的外部电路由大阻值的R1～R6并联组成，其中所述R1输出端连接在所述带看门狗的电源监控芯片U5的1脚线路上。
5.根据权利要求2所述的智能钥匙充电管理装置，其特征在于：所述芯片内部测试JTAG接口P3为主程序升级接口，所述芯片内部测试JTAG接口P3通过引脚TDI、TDO、TMS、TCK依次连接所述管脚54～57测试系统的数据输入、数据输出、模式选择、时钟输入，通过6脚与所述系统保护电路内R1输出端的线路连接。
6.根据权利要求2所述的智能钥匙充电管理装置，其特征在于：所述液晶显示模块U7由液晶显示器、R10、Q1、R9、C7、C6、电位器W1组成，所述R10、Q1、R9组成背光控制电路，所述C7、C6组成电源滤波电路，所述液晶显示器通过4～8脚连接所述管脚37～41监测所述液晶显示器的工作状态，通过9～16脚连接所述管脚44～51控制所述液晶显示器的显示内容，所述管脚42连接所述R10控制所述Q1的通断从而控制背光的点亮和熄灭。
7.根据权利要求2所述的智能钥匙充电管理装置，其特征在于：所述无线传输模块由蓝牙通讯模块U4、Q6、R11组成，所述Q6、R11连接所述管脚18并组成所述无线传输模块的供电开关，所述蓝牙通讯模块U4通过3、4脚连接所述串口管脚2、3进行数据通信传送智能钥匙内电池电量的状态信息给所述AVR芯片U1，通过1、5脚与所述信号同步电路YC的输出端共同连接所述电源模块的GND线路。
8.根据权利要求2所述的智能钥匙充电管理装置，其特征在于：所述充电控制模块由大功率MOS管Q4、R12、R13组成，所述大功率MOS管Q4通过1、2、5、6脚连接USB接口的1脚控制充电电路的开关，通过3脚连接所述管脚19获取充电信息，通过4脚连接所述5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源，所述R12连接在所述大功率MOS管Q4的3脚线路上，所述R13连接在所述大功率MOS管Q4的3、4脚线路之间，所述R12、R13组成匹配电阻保证所述大功率MOS管Q4处于正常的工作状态。
9.根据权利要求2所述的智能钥匙充电管理装置，其特征在于：所述充电监测模块由监控器U3和R14组成，所述监控器U3通过5脚连接所述5V滤波电路的VCC端获取电源，通过3、4脚连接所述I2C总线管脚25、26传送实时电压、电流值给所述AVR芯片U1，通过7、8脚检测R14两端电压值并自动运算产生实时电流值，通过1、6脚连接所述电源模块的GND线路，R14串联在充电回路的所述大功率MOS管Q4与USB线路之间。
10.根据权利要求1所述的智能钥匙充电管理装置，其特征在于： 所述AVR芯片U1采用ATmageL64，所述监控器U3采用INA219，所述蓝牙通讯模块U4采用nRF51822，所述带看门狗的电源监控芯片U5采用STM6822SWY6F，所述液晶显示模块U7采用LM32019，所述时钟芯片U8采用RX8025，所述大功率MOS管Q4采用NTJS4151。
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