CN109993953B - 一种低功耗供电模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗供电模块，包括常电供电模块和唤醒供电模块，常电供电模块实现24小时供电，包括电池电源、低功耗降压电路和具有唤醒功能的无线收发模块；唤醒供电模块为主芯片工作时的供电模块，包括唤醒降压电路或唤醒升压电路；无线收发模块和唤醒供电模块通过继电器连接，无线收发模块设有定时采集周期，在达到设定的采集周期后，无线收发模块通过继电器向唤醒供电模块输入控制信号，继电器开启唤醒供电模块，唤醒供电模块处于唤醒状态。本发明提供的供电模块可以长时间的支撑监测装置进行高频采集工作，同时能够避免频繁进行人工电池更换带来的多种不便。

Description

一种低功耗供电模块
一、技术领域
本发明属于工业自动化监控仪器领域，具体涉及一种提高电池利用效率的低功耗供电模块。
二、背景技术
环境监测装置往往用于人烟稀少或者有特定环境要求的场合，一方面，装置在野外分布密度较小的情况下，还需要对周围环境进行长期的低频率监测，另一方面，环境监测装置所处环境往往复杂恶劣，人员更换维修成本较大，一般不适合频繁更换电池，同时无线充电电池转化率低，耐受温度范围窄，因此无法适用，有线充电受到环境布局的影响，具有很大的限制性。
目前的环境监测装置有两种设计方案，分别为：
方案1，定时低频率采集环境数据，并在不采集时进入休眠模式，节省电量；
方案2：实时低频率采集环境数据，但不进入休眠模式，以便在任何时候响应控制设备指令。
方案1的缺点在于无法实时控制采集进程，需要人员到现场设备调整采集过程。
方案2的缺点在于电量消耗过快，使得电池的一次使用期限大约为1年，无法满足多年长期监测的要求。
此外，一旦环境监测模块数量庞大，更换电池频繁时，需要消耗极大的人力物力成本，同时由于电池失效，使得环境监测模块无法采集工作，也会给环境监护人员带来误判，最终带来经济损失。
三、发明内容
本发明提供了一种低功耗供电模块，可以长时间的支撑监测装置进行高频采集工作，同时能够避免频繁进行人工电池更换带来的多种不便。
本发明的一个实施例提供了一种低功耗供电模块，包括常电供电模块和唤醒供电模块，常电供电模块实现24小时供电，包括电池电源、低功耗降压电路和具有唤醒功能的无线收发模块；唤醒供电模块为主芯片工作时的供电模块，包括唤醒降压电路或唤醒升压电路；无线收发模块和唤醒供电模块通过继电器连接，无线收发模块设有定时采集周期，在达到设定的采集周期后，无线收发模块通过继电器向唤醒供电模块输入控制信号，继电器开启唤醒供电模块，唤醒供电模块处于唤醒状态。
优选地，无线收发模块与上位机无线通讯，无线收发模块接到控制设备的指令后，通过继电器向唤醒供电模块输入控制信号，继电器开启唤醒供电模块，唤醒供电模块处于唤醒状态。
优选地，常电供电模块还包括与低功耗降压电路连接的高功耗长电降压电路，高功耗长电降压电路连接外部供电电源，唤醒供电模块处于唤醒状态。
优选地，唤醒供电模块包括依次连接的高功耗唤醒降压电路、高功耗升压电路。
优选地，无线收发模块收到控制设备指令，无线收发模块在控制引脚上输出高电平，通过继电器唤醒供电模块，等待1～10秒后，无线收发模块向主芯片发送接收到的控制设备指令。
优选地，无线收发模块设定的采集周期计时到达时，无线收发模块首先在控制引脚上输出高电平，通过继电器唤醒供电模块，等待1～10秒后，无线收发模块向主芯片发送定时采集指令。
优选地，采集周期需要变更时，唤醒供电模块，由芯片通知无线收发模块，否则无线收发模块一直按照原周期对唤醒供电模块定时开启。
优选地，主芯片执行完命令后，等待10～20秒，若没有接收到操作操作指令则，通知无线收发模块关闭唤醒供电模块，若10～20秒秒内接收到新指令，则执行新指令。
优选地，常电供电模块由两级降压构成，一级降压芯片选用高功耗的芯片，由外部28V电源降压至9V，二级降压选用低功耗的三段稳压管，由9V降压至常电模块工作所需的3.3V，9V与7.2V锂电池通过二极管连接；当无外部电源接入时，一级降压不工作，7.2V只通过二级降压至常电模块工作所需的3.3V，锂电池消耗功耗低；当有外部电源接入时，一级降压工作，由于二极管作用，9V通过二级降压至常电模块工作所需的3.3V，此时锂电池不耗电。
优选地，唤醒供电模块的供电方案由一级降压和二级升压构成，一级降压由外部28V电源或7.2V锂电池直接降压至3.3V，二级升压由3.3V升压至工作所需5V，28V与7.2V之间通过二极管连接；当有外部电源接入时，由于二极管作用，28V通过一级降压至3.3V，此时锂电池不耗电；当无外部电源接入时，锂电池通过一级降压至3.3V，此时锂电池即使从7.2V长期放电至3.3V。
本发明提供的低功耗供电模块，具有如下有益效果：
通过优化设计电路和休眠算法，本发明能够有效地提升环境监测模块电池利用效率，较少电池更换次数，降低因电池失效带来的风险和人力物力更换成本。
附图说明
图1为本发明的低功耗供电模块的一个实施例的示意图。
图2为本发明的ZANW900无线收发模块引脚结构图。
图3是本发明的ZANW900无线收发模块控制主芯片流程图。
图4是本发明的主芯片休眠流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域所属技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的一个实施例中，低功耗供电模块，包括常电供电模块和唤醒供电模块，常电供电模块实现24小时供电，包括电池电源、低功耗降压电路和具有唤醒功能的无线收发模块；唤醒供电模块为主芯片工作时的供电模块，包括唤醒降压电路或唤醒升压电路；无线收发模块和唤醒供电模块通过继电器连接，无线收发模块设有定时采集周期，在达到设定的采集周期后，无线收发模块通过继电器向唤醒供电模块输入控制信号，继电器开启唤醒供电模块，唤醒供电模块处于唤醒状态。
在本发明的一个实施例中，无线收发模块可以与上位机无线通讯，无线收发模块接到控制设备的指令后，通过继电器向唤醒供电模块输入控制信号，继电器开启唤醒供电模块，唤醒供电模块处于唤醒状态。
在本发明的一个实施例中，常电供电模块还包括与低功耗降压电路连接的高功耗长电降压电路，高功耗长电降压电路连接外部供电电源，唤醒供电模块处于唤醒状态。
在本发明的一个实施例中，唤醒供电模块包括依次连接的高功耗唤醒降压电路、高功耗升压电路。
参考图1～3，在本发明的一个实施例中，ZANW900无线收发模块收到控制设备指令，ZANW900无线收发模块在控制引脚上输出高电平，通过继电器唤醒供电模块，等待1～10秒后，ZANW900无线收发模块向主芯片发送接收到的控制设备指令。
参考图1～3，在本发明的一个实施例中，ZANW900无线收发模块设定的采集周期计时到达时，ZANW900无线收发模块首先在控制引脚上输出高电平，通过继电器唤醒供电模块，等待1～10秒后，ZANW900无线收发模块向主芯片发送定时采集指令。
参考图2～4，在本发明的一个实施例中，采集周期需要变更时，唤醒供电模块，由芯片通知ZANW900无线收发模块，否则ZANW900无线收发模块一直按照原周期对唤醒供电模块定时开启。
在本发明的一个实施例中，主芯片执行完命令后，等待10～20秒，若没有接收到操作操作指令则，通知无线收发模块关闭唤醒供电模块，若10～20秒秒内接收到新指令，则执行新指令。
参考图1，在本发明的一个实施例中，常电供电模块由两级降压构成，一级降压芯片选用高功耗的的LM2596芯片，由外部28V电源降压至9V，二级降压选用低功耗的MH5333三段稳压管，由9V降压至常电模块工作所需的3.3V，9V与7.2V锂电池通过二极管连接。当无外部电源接入时，一级降压不工作，7.2V只通过二级降压至常电模块工作所需的3.3V，锂电池消耗功耗低；当有外部电源接入时，一级降压工作，由于二极管作用，9V通过二级降压至常电模块工作所需的3.3V，此时锂电池不耗电。
参考图1，在本发明的一个实施例中，唤醒供电模块的供电方案由一级降压和二级升压构成，一级降压由外部28V电源或7.2V锂电池直接降压至3.3V，二级升压由3.3V升压至工作所需5V，28V与7.2V之间通过二极管连接；当有外部电源接入时，由于二极管作用，28V通过一级降压至3.3V，此时锂电池不耗电；当无外部电源接入时，锂电池通过一级降压至3.3V，此时锂电池即使从7.2V长期放电至3.3V，系统也能工作，相比直接降压至5V，更有利于延长单节电池的使用寿命。
参见图2，ZANW900无线收发模块由3.3V供电，其与环境监测模块主芯片之间采用SCI串口通讯(图2中2号引脚和3号引脚)，波特率为9600，无线收发模块将收到的数据利用WIAPA通讯协议无线传输给上位机，同时也能接收上位机的无线信号，利用SCI串口传输给主芯片，从而实现上位机与主芯片的通讯。同时ZANW900无线收发模块的通用输入输出能够实现推挽输出高低电平，图2中20号通用输入输出引脚与固态继电器AQZ102直连，从而实现继电器和主电路的通断。
参见图3和图4，ZANW900无线收发模块输出控制主芯片及其工作电路通断的软件流程为：ZANW900无线收发模块工作过程中同时包含三个线程，当无线收发模块收到上位机指令时，无线收发模块首先在20引脚上输出高电平，通过继电器唤醒装置，等待3秒后，无线收发模块向装置主芯片发送接收到的控制设备指令；当ZANW900无线收发模块设定的采集周期计时到达时，无线收发模块首先在控制引脚上输出高电平，通过继电器唤醒装置，等待3秒后，无线收发模块向装置主芯片发送定时采集指令；当ZANW900无线收发模块接收到主芯片指令时，若为更改频率指令，则更改后下一次采集周期计数时生效，若为其它指令则传输给上位机。主芯片的操作流程为，采集周期需要变更时由装置唤醒状态时通知无线收发模块，否则无线收发模块一直按照原周期对装置定时开启；主芯片执行完一次命令后，等待15秒无操作指令则通知无线收发模块关闭自身，若15秒内接收到新指令，则执行新指令，直至15秒无操作，无线收发模块从不主动关闭装置，只有主芯片发出关闭自身指令时，无线收发模块立即在20引脚上输出低电平，通过继电器关闭装置。算法最终的工作流程为：只有当上位机有控制指令，或者采集周期到达时，无线收发模块开启主芯片工作一次，除非15秒内有新指令到达，否则15秒后装置将重新进入休眠。
需要说明的是，公布的方法中无线收发模块不局限于ZANW900无线收发模块，包含所有具备额外推挽输出引脚的无线收发模块，主芯片不局限于数字信号处理芯片，包含所有具备与无线收发模块实施串口通讯的微处理器，继电器不局限于AQZ102固态继电器，包含所有满足控制电压要求的通断继电器。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低功耗供电模块，其特征在于，包括常电供电模块和唤醒供电模块，所述常电供电模块实现24小时供电，包括电池电源、低功耗降压电路和具有唤醒功能的无线收发模块；所述唤醒供电模块为主芯片工作时的供电模块，包括唤醒降压电路或唤醒升压电路；所述无线收发模块和唤醒供电模块通过继电器连接，所述无线收发模块设有定时采集周期，在达到设定的采集周期后，所述无线收发模块通过所述继电器向唤醒供电模块输入控制信号，所述继电器开启唤醒供电模块，所述唤醒供电模块处于唤醒状态；
所述常电供电模块由两级降压构成，一级降压芯片选用高功耗的芯片，由外部28V电源降压至9V，二级降压选用低功耗的三段稳压管，由9V降压至常电模块工作所需的3.3V，9V与7.2V锂电池通过二极管连接；当无外部电源接入时，一级降压不工作，7.2V只通过二级降压至常电模块工作所需的3.3V，锂电池消耗功耗低；当有外部电源接入时，一级降压工作，由于二极管作用，9V通过二级降压至常电模块工作所需的3.3V，此时锂电池不耗电；
所述唤醒供电模块的供电方案由一级降压和二级升压构成，一级降压由外部28V电源或7.2V锂电池直接降压至3.3V，二级升压由3.3V升压至工作所需5V，28V与7.2V之间通过二极管连接；当有外部电源接入时，由于二极管作用，28V通过一级降压至3.3V，此时锂电池不耗电；当无外部电源接入时，锂电池通过一级降压至3.3V，此时锂电池即使从7.2V长期放电至3.3V。
2.根据权利要求1所述的供电模块，其特征在于，所述无线收发模块与上位机无线通讯，所述无线收发模块接到控制设备的指令后，通过所述继电器向唤醒供电模块输入控制信号，所述继电器开启唤醒供电模块，所述唤醒供电模块处于唤醒状态。
3.根据权利要求1或2所述的供电模块，其特征在于，所述常电供电模块还包括与所述低功耗降压电路连接的高功耗长电降压电路，所述高功耗长电降压电路连接外部供电电源，所述唤醒供电模块处于唤醒状态。
4.根据权利要求1或2所述的供电模块，其特征在于，所述唤醒供电模块包括依次连接的高功耗唤醒降压电路、高功耗升压电路。
5.根据权利要求2所述的供电模块，其特征在于，所述无线收发模块收到控制设备指令，无线收发模块在控制引脚上输出高电平，通过继电器唤醒供电模块，等待1～10秒后，无线收发模块向主芯片发送接收到的控制设备指令。
6.根据权利要求2所述的供电模块，其特征在于，所述无线收发模块设定的采集周期计时到达时，所述无线收发模块首先在控制引脚上输出高电平，通过继电器唤醒供电模块，等待1～10秒后，所述无线收发模块向主芯片发送定时采集指令。
7.根据权利要求1或6所述的供电模块，其特征在于，所述采集周期需要变更时，唤醒供电模块，由所述主芯片通知无线收发模块，否则无线收发模块一直按照原周期对唤醒供电模块定时开启。
8.根据权利要求1或2所述的供电模块，其特征在于，主芯片执行完命令后，等待10～20秒，若没有接收到操作指令则，通知所述无线收发模块关闭唤醒供电模块，若10～20秒内接收到新指令，则执行新指令。
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