CN112003367A - 一种互联网多级智能远程监控系统数据备份电路 - Google Patents

一种互联网多级智能远程监控系统数据备份电路 Download PDF

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Abstract

本发明的一种互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，可实现互联网多级智能远程监控系统在外部供电异常断开后，系统仍可以独立运行，且至少保证外部供电断开前3min的实时信息，能有效上传至企业平台(服务器)。该电池备份电路至少包括两个供电单元，一种是外部供电电源9‑36V输入经DC‑DC模块转换成5V，后通过Li离子电池充电芯片给电池充电，5V通过LDO转换成3.8V和3.3V给系统供电；第二种是外部供电电源异常断电后自动改由备用电池给网络4G模块供电3.8V，3.8V再由LDO转换成3.3V给MCU供电，保障系统的正常运行，断电前3min数据上传到企业平台后，自行关闭备用电池向外部供电，停止系统运行。

Description

一种互联网多级智能远程监控系统数据备份电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种互联网多级智能远程监控系统数据备份电路。
背景技术
随着新能源汽车的飞速发展以及目前国家对新能源行业的大力支持。以节能、环保、安全为终极目标的电动汽车、混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车的研发与应用汽车产业发展的重点。发展与挑战并行，近年来时有发生电动汽车安全事故，引起各方的关注。
继共享单车之后共享汽车将是必然趋势，国家也在大力推广共享汽车的发展缓解城市车辆的增加，各大城市也在积极建设配套设施，这是一个巨大的市场。
随着物联网的热潮，车联网也已经进入车身。
综上三个方面国内不同城市相应提出对汽车运行数据采集参数及要求，除了需要采集动力电池组相关的参数，还需要将动力电池温度、电池故障码、电机故障码，GPS信息、里程等参数进行采集上传至后台新能源监控平台，通过页面和报表的形式呈现各信息，同时对数据进行分析处理。
现有技术中，外部电源给系统供电，使其正常工作，但备份电池转换成系统电源同时也在给系统供电，这样就会造成电池频繁充电、放电，影响电池寿命。外部电源出现故障失效，备份电池保障系统的正常运行，待其电池消耗完，设备才能停止工作。
因此，为了实现电源异常断电，数据信息仍能发送至监控平台，迫切需要一种互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，保障断电前3min数据上传给平台后，自行关闭系统停止工作。
发明内容
本发明提出的一种互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，可克服上述现有技术存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，包括Li离子电池充电电路、Li离子电池放电电路、备用电池放电控制电路及RTC实时时钟电路；
电池充电芯片输出端分别给Li离子电池充电、RTC实时时钟供电及电池放电电路输入端连接，备用电池放电控制电路中的RC充放电电路输出端与电池放电电路控制端连接；
充电时，Li离子电池充电电路通过外部5V经电池充电芯片IC1输出4.2V给电池充电；
放电时，外部电源5V异常断电，依靠Li离子电池放电电路给系统供电；
备用电池放电控制电路通过MCU控制三极管Q5来导通P沟道场效应管Q3，从而输出3.8V；
外部电源5V异常断电时，RTC实时时钟也通过Li离子电池供电。
进一步的，所述的Li离子电池充电电路包括电池充电芯片IC1，电阻R20、R21、R24，电容C39、C40、C41，电池BT1；
所述电池充电芯片IC1的PIN1脚通过电阻R20连接至VDD_5V，PIN4脚通过电阻R21连接到VDD_5V上，PIN3通过电阻R24连接到MPU脚上，PIN5通过电容C39滤波给Li离子电池BT1充电，电容C40、C41为VDD_5V滤波电容。
进一步的，所述Li电池放电电路包括Li离子电池BT1，N沟道场效应管Q4，电阻R16、R17、R23，稳压二极管D4；
所述电池正极与NMOS的源极相连，负极接到GND；NMOS的栅极上拉个电阻R16接到VDD_5V，下拉个电阻R17至GND。NMOS的漏极下拉电阻R23接到二极管D4负极，D4正极接到GND。
进一步的，所述备用电池放电控制电路包括三极管Q5，P沟道场效应管Q3，电阻R26、R27、R25、R22、R18、R19，电容C48、*C1、C38；
所述三极管Q5基极下拉电阻R27、电容C48、*C1分别接到GND，Q5基极串电阻R26到MPU上；三极管Q5发射极接到GND；
Q5的集电极接电阻R25到P沟道场效应管Q3的栅极；电阻R22、电容C38分别都接到P沟道场效应管Q3的GS两端。场效应管Q3接电阻R19到VDD_3.8V。
进一步的，所述备用电池放电控制电路在备份电池放电时间内，PMOS管被打开时间内，电容储能维持的电压按式(1)计算：
Vt＝V0+(V1-V0)*[1-exp(-t/RC)] (1)
V0---电容上初始电压值；V1---电容最终可充到或放到的电压值；
t---所有PMOS管完全打开时间；R---电阻值；C---电容值；
Vt---PMOS管完全被打开时间后，电容上的电压值。
进一步的，所述RTC实时时钟电路包括时钟芯片U8，晶振OSC1，电阻R78、R79、R76、R77，电容C69、C70、C71；
所述时钟芯片U8的PIN1/2连接晶振OSC1，PIN1接电容C70到GND，PIN2脚接电容C71到GND，PIN3上拉电阻R79到VDD_3.3V，PIN4接GND，PIN5接入MCU并上拉电阻R76到VDD_3.3V，PIN6接入MCU并上拉电阻R77到VDD_3.3V，PIN7上拉电阻R78到VDD_3.3V，PIN8通过备份电池供电VBACKUP，旁路电容C69接到GND。
进一步的，所述稳压二极管D4的稳压范围为3.71V～4.1V。
进一步的，所述备用电池放电控制电路还包括电容储能模块，用于外部供电异常断电时切换为Li离子电池供电。
由上述技术方案可知，本发明的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，包括两种供电方式，一种是外部供电电源9-36V输入经DC-DC模块转换成5V，后通过Li离子电池充电芯片给电池充电，5V通过LDO转换成3.8V和3.3V给系统供电；第二种是外部供电电源异常断电后自动改由备用电池给网络4G模块供电3.8V，3.8V再由LDO转换成3.3V给MCU供电，保障系统的正常运行，断电前3min数据上传到企业平台后，自行关闭备用电池向外部供电，停止系统运行。
本发明能够实现在外部主电源给系统供电时，系统给备份电池充电，并不对外放电。外部主电源出现故障失效转由备份电池给系统供电，待其断电前3min数据上传给平台后，自行关闭系统停止工作。
附图说明
图1是互联网多级智能远程监控异常断电3min数据备份电路示意图；
图2是Li离子电池放电电路工作等效图；
图3是备用电池放电控制电路工作等效图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例所述的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，包括Li离子电池充电电路、Li离子电池放电电路、备用电池放电控制电路；
电池充电芯片输出端分别给Li离子电池充电、RTC实时时钟供电及电池放电电路输入端连接，备用电池放电控制电路中的RC充放电电路输出端与电池放电电路控制端连接；
所述的电池充电电路包括电池充电芯片IC1，电阻R20、R21、R24，电容C39、C40、C41，电池BT1。所述电池充电芯片IC1的PIN1脚通过电阻R20连接至VDD_5V，PIN4脚通过电阻R21连接到VDD_5V上，PIN3通过电阻R24连接到MPU脚上，PIN5通过电容C39滤波给Li离子电池BT1充电，电容C40、C41为VDD_5V滤波电容。
Li离子电池充电电路采用电池充电芯片对充电状态进行管理，并反馈给MCU(信号：CHG_MPU)。充电过程中，由于有电源VDD_5V，P沟道场效应管Q4栅极电压大于源极电压，Q4不导通，所以备份电池不对外放电。
Li电池放电电路包括Li离子电池BT1，N沟道场效应管Q4，电阻R16、R17、R23，稳压二极管D4。所述电池正极与NMOS的源极相连，负极接到GND。NMOS的栅极上拉个电阻R16接到VDD_5V，下拉个电阻R17至GND。NMOS的漏极下拉电阻R23接到二极管D4负极，D4正极接到GND。
系统正常工作时，MCU控制管脚BAT_CTRL_MPU置高电平，经RC充电电路给电容C48、*C41充电，系统异常断电后，电容C48、*C1储能对外进行放电，三极管Q5导通，P沟道场效应管Q4栅极电压0V(此时，无VDD_5V)小于源极电压，Q4导通。备份电池通过Q4经二极管D4稳压在所需范围内，后P沟道场效应管Q3栅极电压小于源极电压，Q3导通。备份电池通过Q4、Q3输出VDD_3.8V给系统放电。
在备份电池放电时间内，PMOS管被打开时间内，电容储能维持的电压：
Vt＝V0+(V1-V0)*[1-exp(-t/RC)]。
备用电池放电控制电路包括三极管Q5，P沟道场效应管Q3，电阻R26、R27、R25、R22、R18、R19，电容C48、*C1、C38。所述三极管Q5基极下拉电阻R27、电容C48、*C1分别接到GND，Q5基极串电阻R26到MPU上。三极管Q5发射极接到GND。Q5的集电极接电阻R25到P沟道场效应管Q3的栅极。电阻R22、电容C38分别都接到P沟道场效应管Q3的GS两端。场效应管Q3接电阻R19到VDD_3.8V。
备份电池持续供电达3min后，由MCU控制BAT_CTRL_MPU管脚置低，结束给系统供电，停止工作。
总得来说，本发明实施例在充电时：外部5V通过Li离子电池充电电路的充电芯片IC1输出4.2V给电池充电。Li离子电池放电电路因P沟道场效应管Q4端GS电压影响，关断Q4，所以不对外输出3.8V.
在在放电时：外部电源5V异常断电，依靠Li离子电池放电电给系统供电，P沟道场效应管Q4导通，通过稳压二极管把电压钳在系统电源范围内。备用电池放电控制电路，MCU控制三极管Q5来导通P沟道场效应管Q3，从而输出3.8V.
同时，外部电源5V异常断电，RTC实时时钟也通过Li离子电池供电。
以下结合附图具体说明：
参见图1，为本发明的互联网多级智能远程监控系统异常断电3min数据备份电路示意图，整体包括三部分：Li离子电池充电电路(粉色部分)、Li离子电池放电电路(棕色部分)、备用电池放电控制电路(绿色部分)。电池充电芯片输出端给Li离子电池充电、RTC实时时钟供电及电池放电电路输入端连接，备用电池放电控制电路中的RC充放电电路输出端与电池放电电路控制端连接。
其中，电池充电部分包括电池充电芯片IC1，电阻R20、R21、R24，电容C39、C40、C41，Li离子电池BT1。所述电池充电芯片IC1的PIN1脚通过电阻R20连接至VDD_5V，PIN4脚通过电阻R21连接到VDD_5V上，PIN3通过电阻R24连接到MPU脚上，PIN5通过电容C39滤波给Li离子电池BT1充电，电容C40、C41为VDD_5V滤波电容。
如图2所示，Li离子电池放电电路包括P-MOS管Q3、Q4，NPN管Q5，电阻R16、R17、R18、R22、R23、R25，稳压二极管D4构成，电容C38。所述三极管Q5基极接RC充放电电路输出端，三极管Q5发射极接到GND。Q5的集电极接电阻R25到P沟道场效应管Q3的栅极。电阻R22、电容C38分别都接到P沟道场效应管Q3的GS两端。场效应管Q3源极接R18到P沟道场效应管Q4的漏极上。Q4漏极下拉电阻R23与稳压二极管D4到GND。Q4栅极上拉电阻R16到VDD_5V，下拉电阻R17到GND。Q4源极接电池充电电路输出端。
采用P沟道场效应管Q4作为Li离子电池充电、放电开关作用。外部电源正常时，Q4栅极电压大于源极电压4.2V(电池充电芯片输出)，Q4管不导通，外部电源给Li电池充电，电池并不对外放电。系统正常工作时，MCU控制管脚BAT_CTRL_MPU置高电平，经RC充电电路给电容C48、*C41充电，系统异常断电后，电容C48、*C1储能对外进行放电，三极管Q5导通，P沟道场效应管Q4栅极电压0V(此时，无VDD_5V)小于源极电压，Q4导通。备份电池通过Q4经二极管D4稳压在所需范围内，后P沟道场效应管Q3栅极电压小于源极电压，Q3导通。备份电池通过Q4、Q3输出VDD_3.8V给系统放电。
如图3所示，备用电池放电控制电路中的RC充放电电路包括电阻R26、R17，电容C48、*C1构成，该电路在外部电源情况下给电容充电，待外部消失后，由电容对外放电维持该单片机控制脚为高电平，保证电池输出给系统供电。
综上所述，本实施例所述的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，包括两种供电方式，一种是外部供电电源9-36V输入经DC-DC模块转换成5V，后通过Li离子电池充电芯片给电池充电，5V通过LDO转换成3.8V和3.3V给系统供电；第二种是外部供电电源异常断电后自动改由备用电池给网络4G模块供电3.8V，3.8V再由LDO转换成3.3V给MCU供电，保障系统的正常运行，断电前3min数据上传到企业平台后，自行关闭备用电池向外部供电，停止系统运行。
本发明实施例具体涉及互联网多级智能远程监控系统异常断电前3min数据备份电路，特别是外部供电断电后，改由Li离子电池给系统供电，持续工作3min后，MCU切断Li离子电池向外部供电，系统停止工作。
本发明实施例具备以下特点：
(1)外部电源5V存在时，Li离子电池不对外输出3.8V，通过P沟道场效应管Q4的GS端电压控制管子不对外输出，依靠DCDC(5V->3.8V)给系统供电。
(2)MCU通过电池充电芯片IC1管脚CHG_MPU检测电池的充电状态(充电/充满)。
(3)MCU通过三极管Q5控制Li离子电池对外输出供系统供电。
(4)外部电源异常断开，MCU通过RC充放电，保证外部5V供电断开前3min的实时信息，能有效上传至企业平台(服务器),然后自行关断备用电池向外部供电，停止系统运行。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，其特征在于：
包括Li离子电池充电电路、Li离子电池放电电路、备用电池放电控制电路及RTC实时时钟电路；
电池充电芯片输出端分别给Li离子电池充电、RTC实时时钟供电及电池放电电路输入端连接，备用电池放电控制电路中的RC充放电电路输出端与电池放电电路控制端连接；
充电时，Li离子电池充电电路通过外部5V经电池充电芯片IC1输出4.2V给电池充电；
放电时，外部电源5V异常断电，依靠Li离子电池放电电路给系统供电；
备用电池放电控制电路通过MCU控制三极管Q5来导通P沟道场效应管Q3，从而输出3.8V；
外部电源5V异常断电时，RTC实时时钟也通过Li离子电池供电。
2.根据权利要求1所述的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，其特征在于：
所述的Li离子电池充电电路包括电池充电芯片IC1，电阻R20、R21、R24，电容C39、C40、C41，电池BT1；
所述电池充电芯片IC1的PIN1脚通过电阻R20连接至VDD_5V，PIN4脚通过电阻R21连接到VDD_5V上，PIN3通过电阻R24连接到MPU脚上，PIN5通过电容C39滤波给Li离子电池BT1充电，电容C40、C41为VDD_5V滤波电容。
3.根据权利要求2所述的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，其特征在于：
所述Li电池放电电路包括Li离子电池BT1，N沟道场效应管Q4，电阻R16、R17、R23，稳压二极管D4；
所述电池正极与NMOS的源极相连，负极接到GND；NMOS的栅极上拉个电阻R16接到VDD_5V，下拉个电阻R17至GND。NMOS的漏极下拉电阻R23接到二极管D4负极，D4正极接到GND。
4.根据权利要求3所述的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，其特征在于：
所述备用电池放电控制电路包括三极管Q5，P沟道场效应管Q3，电阻R26、R27、R25、R22、R18、R19，电容C48、*C1、C38；
所述三极管Q5基极下拉电阻R27、电容C48、*C1分别接到GND，Q5基极串电阻R26到MPU上；三极管Q5发射极接到GND；
Q5的集电极接电阻R25到P沟道场效应管Q3的栅极；电阻R22、电容C38分别都接到P沟道场效应管Q3的GS两端。场效应管Q3接电阻R19到VDD_3.8V。
5.根据权利要求4所述的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，其特征在于：所述备用电池放电控制电路在备份电池放电时间内，PMOS管被打开时间内，电容储能维持的电压按式(1)计算：
Vt＝V0+(V1-V0)*[1-exp(-t/RC)] (1)
V0---电容上初始电压值；V1---电容最终可充到或放到的电压值；
t---所有PMOS管完全打开时间；R---电阻值；C---电容值；
Vt---PMOS管完全被打开时间后，电容上的电压值。
6.根据权利要求4所述的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，其特征在于：
所述RTC实时时钟电路包括时钟芯片U8，晶振OSC1，电阻R78、R79、R76、R77，电容C69、C70、C71；
所述时钟芯片U8的PIN1/2连接晶振OSC1，PIN1接电容C70到GND，PIN2脚接电容C71到GND，PIN3上拉电阻R79到VDD_3.3V，PIN4接GND，PIN5接入MCU并上拉电阻R76到VDD_3.3V，PIN6接入MCU并上拉电阻R77到VDD_3.3V，PIN7上拉电阻R78到VDD_3.3V，PIN8通过备份电池供电VBACKUP，旁路电容C69接到GND。
7.根据权利要求3所述的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，其特征在于：所述稳压二极管D4的稳压范围为3.71V～4.1V。
8.根据权利要求4所述的互联网多级智能远程监控系统数据备份电路，其特征在于：所述备用电池放电控制电路还包括电容储能模块，用于外部供电异常断电时切换为Li离子电池供电。
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