CN201584806U - 车载直流供电电源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种车载直流供电电源装置,包括电源供配电箱,220V交流输入,载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组,应急蓄电池组,单片机,交流固态继电器,连接在220V交流输入与电源供配电箱之间;硅发控制开关,控制端和单片机连接;蓄电池控制开关,控制端和单片机连接;取样输入单元;直流开关阵列,其输入端连接电源供配电箱,输出端连接车载用电设备;IC卡插座;单片机直流开关,连接单片机;直流稳压单元,对单片机供电,输入端为应急蓄电池组,输出端连接所述单片机直流开关。本实用新型既避免了电源集中上电引起的冲击,又减少了系统操作人员对设备的开/关操作,还能自动检测蓄电池充放电状态,延长系统应急状态下工作时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种车载直流供电电源装置,特别是一种基于单片机和IC卡控制的直流车载供电电源装置,可直接用于车载系统直流供电。
背景技术
车载机动式信息系统以其机动灵活、信息化程度高被广泛应用于军用、民用各个领域,尤其在抗震救灾、应急抢险、资源勘探等领域发挥出越来越重要的作用。在以往的车载机动式系统设计中,重点考虑的是载车的选型、系统软/硬件平台的搭建、系统功能、系统可靠性和防雷、防雨等设计,而对车载机动式系统的身份识别、供电设计和实际使用状况考虑不够,尤其是身份识别等涉及系统安全的措施考虑不够,多数车载机动式系统仅在系统级设置了登录口令,任何人都可以随便打开载车系统电源使设备上电。另外,实际使用中,在车载设备较多时,设备上电/断电操作太多,存在车载系统操作人员图省事,把所有车载设备电源开关置于常“开”状态,仅使用供电电源开关控制所有设备开/关机的情况。由于电源集中上电冲击,长久使用极易损坏车载设备;另一方面,在外部市电意外断电,车载系统处于应急工作状态时,系统处于最小工作模式,此时供电电源不能自动切断非应急状态工作设备供电,缩短了系统应急工作时间。
实用新型内容
实用新型目的:本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种车载直流供电电源装置。
技术方案:本实用新型公开了一种车载直流供电电源装置,包括电源供配电箱、220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组,还包括:
一个单片机,用于分析输入的电源信号,并控制电源供配电箱的供配电输出;
一个交流固态继电器,连接在220V交流输入与电源供配电箱之间,用于隔离、控制交流220V的通断,其控制端和单片机连接;
一个硅发控制开关,用于控制载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组输出的通断,其控制端和单片机连接;
一个蓄电池控制开关,用于控制应急蓄电池直流输出的通断,其控制端和单片机连接;
一个取样输入单元,连接在单片机和220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组之间;
一个直流开关阵列,其输入端连接电源供配电箱,输出端连接车载用电设备;
一个连接单片机的IC卡插座,用于与IC卡配合触发单片机的工作状态;
一个单片机直流开关,连接单片机,在单片机控制其接通后,对除单片机外的模块供电;
一个直流稳压单元,输出DC3.3V/5V对单片机供电,输入端为应急蓄电池组,输出端连接所述单片机直流开关。
本实用新型中,优选地,所述IC卡插座与单片机直流开关之间串联IC卡插座开关、第二电阻以及第一电阻;所述第二电阻和第一电阻之间引出连接单片机。
本实用新型中,优选地,所述取样输入单元与220V交流输入之间连接有隔离输入模块;所述隔离输入模块包括一侧与220V交流输入连接的变压线圈,所述变压线圈的另一侧串接整流二极管,整流二极管另一侧并联用于滤波的第三电容,第三电容的负端接地。
本实用新型中,优选地,所述取样输入单元包括相互连接的分压模块以及模拟选择开关;所述分压模块包括第五电阻和第八电阻、第六电阻和第九电阻、第七电阻和第十电阻;第五电阻一端连接载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组,第五电阻和第八电阻之间引出连接模拟选择开关,第八电阻另一端接地;第六电阻一端连接应急蓄电池组,第六电阻和第九电阻之间引出连接模拟选择开关,第九电阻另一端接地;第七电阻一端连接所述第三电容的正端和整流二极管的负端,第七电阻和第十电阻之间引出连接模拟选择开关,第十电阻另一端接地;所述模拟选择开关一端连接单片机I/O口,另一端连接单片机A/D输入口。
本实用新型中,优选地,所述直流开关阵列包括一组输出直流开关;所述输出直流开关包括一个继电器,继电器两端并联一个二极管;继电器一端连接相并联两个电容,一个电容用于滤除高频杂波,另一个电解电容用于滤除低频杂波;继电器的另一端连接一个三极管的集电极,所述三极管的基极串接一个电阻后接单片机I/O口,所述三极管的发射极串接一个电阻后接地。
本实用新型中,优选地,所述单片机连接一个LCD显示模块。
本实用新型中,优选地,所述单片机连接一个4×4调试键盘,用于数据输入。
有益效果:本实用新型具有以下优点:利用接触式IC卡进行身份识别,解决系统安全性问题;单片机直接自动、按序地控制接通载车系统各设备电源,避免电源集中上电引起的冲击,保护车载设备;根据载车供电情况,自动检测蓄电池充放电状态,必要时关闭部分设备的供电,延长应急状态下工作时间;实现“IC卡安全开机”、“一键关机”功能,减少系统操作人员对设备的开/关操作;必要时,可为远程监控系统提供电源数据。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明,本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是传统车载系统供电电路框图。
图2是本实用新型的供电电路框图。
图3是本实用新型的直流开关阵列单元图。
图4是本实用新型的取样输入电路图。
具体实施方式:
如图2所示,本实用新型公开了一种车载直流供电电源装置,包括电源供配电箱、220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组,还包括:一个单片机,用于分析输入的电源信号,并控制电源供配电箱的供配电输出;一个交流固态继电器,连接在220V交流输入与电源供配电箱之间,用于隔离、控制交流220V的通断,其控制端和单片机连接;一个硅发控制开关,用于控制载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组输出的通断,其控制端和单片机连接;一个蓄电池控制开关,用于控制应急蓄电池直流输出的通断,其控制端和单片机连接;一个取样输入单元,连接在单片机和220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组之间;一个直流开关阵列,其输入端连接电源供配电箱,输出端连接车载用电设备;一个连接单片机的IC卡插座,用于与IC卡配合触发单片机的工作状态;一个单片机直流开关,连接单片机,在单片机控制其接通后,对除单片机外的模块供电;一个直流稳压单元,输出DC3.3V/5V对单片机供电,输入端为应急蓄电池组,输出端连接所述单片机直流开关。本实用新型中,所述IC卡插座与单片机直流开关之间串联IC卡插座开关、第二电阻以及第一电阻;所述第二电阻和第一电阻之间引出连接单片机。
如图4所示,所述取样输入单元与220V交流输入之间连接有隔离输入模块;所述隔离输入模块包括一侧与220V交流输入连接的变压线圈,所述变压线圈的另一侧串接整流二极管,整流二极管另一侧并联起滤波作用的第三电容,第三电容的负端接地。所述取样输入单元包括相互连接的分压模块以及模拟选择开关;所述分压模块包括第五电阻和第八电阻、第六电阻和第九电阻、第七电阻和第十电阻;第五电阻一端连接载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组,第五电阻和第八电阻之间引出连接模拟选择开关,第八电阻另一端接地;第六电阻一端连接应急蓄电池组,第六电阻和第九电阻之间引出连接模拟选择开关,第九电阻另一端接地;第七电阻一端连接所述第三电容的正端和整流二极管的负端,第七电阻和第十电阻之间引出连接模拟选择开关,第十电阻另一端接地;所述模拟选择开关一端连接单片机I/O口,另一端连接单片机A/D输入口。
如图3所示,所述直流开关阵列包括一组输出直流开关;所述输出直流开关包括一个继电器,继电器两端并联一个二极管;继电器一端连接相并联起滤波作用的电解电容和一个小电容;继电器的另一端连接一个三极管的集电极,所述三极管的基极串接一个电阻后接单片机I/O口,所述三极管的发射极串接一个电阻后接地。
本实用新型中,所述单片机连接一个LCD显示模块。所述单片机连接一个4×4调试键盘,用于数据输入。
实施例:
如图2所示,更具体地说,本实施例包括一个电源供配电箱,其输入为交流220V(市电或外接油机)、车载28V硅直流发电机(含原装蓄电池,可用载车原配)、应急供电蓄电池组,输出为直流(典型值24V,8~12路输出)。输入交流220V(市电或外接油机)、车载28V硅直流发电机、应急供电蓄电池组间能不间断切换,输出保持连续输出,在交流220V或28V硅直流发电正常时,能对应急供电蓄电池组充电,以上部分与图1的现有技术类似,图2中虚线框内为本实用新型增加的模块:
一个单片机模块,包含内置E2ROM和模拟输入取样的单片机、时钟电路、上电/复位电路、键盘接口电路(供调试、设置参数用)、LCD显示接口、告警等,采用DC3.3V/5V电源,可选Microchip公司PIC单片机,其功耗低、驱动能力强、品种丰富。主要完成对电源输入的取样、处理、控制,能响应IC卡插入引起的中断触发并处理,能对键盘输入处理。在多路输入电源选择上,单片机根据取样数据,首先判断有无交流220V(市电或外接油机)并优先使用交流220V;无交流220V时,判断有无硅发电机供电,有硅发供电时,使用硅发供电,无交流220V和硅发电机供电时,用蓄电池供电;在硅发电机或蓄电池供电时,如果交流220V恢复正常,使用交流220V供电。
一个LCD显示模块,用于显示各种参数。
一个IC卡插座模块,包含IC卡插座、单片机中断触发电路、总线接口。
一个输入取样电路,结合交流220V隔离输入电路,用于对交流220V(市电或外接油机)、车载28V硅直流发电机、应急供电蓄电池组取样。如图4所示,交流220V由变压器线圈T1隔离、降压,经过二极管D2整流、电容C3滤波后,得到24V直流电压,此电压与汽车硅发电机、加装的蓄电池电压,经电阻R5~R10分压后分别得到3路小于5V(或3.3V)的直流电压,此电压送入多选一模拟开关。单片机控制模拟开关译码,选择相应电压输入通道,用内部A/D转换器对各通道进行采样,就能得到各通道电压数据,进行供电状态判断。
一个直流稳压电路,用于从24V蓄电池组输入DC24V,输出DC3.3V/5V对单片机系统供电,可选用低功耗三端稳压器。
一个直流开关电路,单片机控制其接通后,对除单片机外其它模块供电,可采用常用的半导体开关,断开后耗电极小。
一个交流固态继电器,用于隔离、控制交流220V通/断,控制端能直接和单片机连接。
一个硅发控制开关单元,用于控制硅发直流输出通/断,如图3所示,需要注意的是根据总功率选择合适继电器。
一个蓄电池控制开关单元,用于控制加装蓄电池直流输出通/断,如图3所示,也需要注意的是根据总功率选择合适继电器。
一个直流开关阵列,输入为电源供配电箱输出,输出接用电设备。其内部电路由三极管G1、继电器J、二极管D1、电阻R3、R4、电容C1、C2等组成,电容C1用于滤除高频杂波,另一个电解电容C2用于滤除低频杂波;其开关阵列的一路,如图3所示,单片机I/O口输出低电压时,三极管G1截止,继电器断开,设备供电断开;单片机I/O口输出高电压时,三极管G1导通,继电器吸合,设备供电接通,二极管D1起保护作用,电容C1、C2滤波,R3、R4为偏置电阻。
一个4×4调试键盘,用于系统开发时调试,也可用于现场控制参数(如蓄电池组监控电压参数,报警时间长短)调整,不需要安装在设备面板上(在后面板留有键盘接口就可以),出厂时作为配件随设备配发。
一个24V应急蓄电池组,一般车载系统都配置,不占用车辆原蓄电池组。
设备面板上设置关机键,用于系统“一键关机”。
该电源利用现有成熟的IC卡技术,解决车载机动式系统的身份识别问题,增加系统的安全性;同时具有自动、按序接通载车系统各设备电源,即“IC卡安全开机”,又避免电源集中上电引起的冲击,还可以根据载车供电情况,自动检测蓄电池充放电状态,必要时关闭部分设备的供电,延长应急状态下工作时间,并能实现“一键关机”功能。
本实用新型的工作流程如下:
1、单片机控制模块(虚线内部分)电源取自加装的大容量蓄电池组。IC卡插入IC卡插座前,单片机设计为休眠状态,仅开放外部中断唤醒,其周围模块均不工作,功耗极低。
2、当IC卡插入IC卡插座时,IC卡插座底部的开关K接通,触发单片机外部中断,程序读取IC卡中的相关数据与存储在E2ROM中的数据比较,出现以下两种情况:
(a)数据比较无误,确认用户合法,接通直流开关K1,单片机外围电路电源接通,LCD显示屏显示登录号码,进入步骤3;
(b)数据比较错误,各电源开关均不接通电源,系统关闭,必要时告警,达到了禁止非法用户进入系统目的。
3、持有IC卡合法用户登录确认后,单片机由取样选择电路判别当前供电模式,接通相应输入供电开关(加装蓄电池开关必须接通,这样才能在电源各输入间切换时,输出保持连续输出),然后单片机可以根据预先设置好的上电顺序(存储在E2ROM中)控制输出直流开关阵列,间隔一定时间(30ms左右)有序接通上电,实现了“IC卡安全开机”,有效避免电压浪涌,保护系统设备,延长设备寿命,同时减少了操作人员动作,之后系统进入正常状态。
4、单片机由取样选择电路判别当前供电是载车硅发供电,则随时监控载车原配24V蓄电池组和加装的大容量蓄电池组电压,如果低于一定门限值(门限1),可判断硅整流发电机输出功率(或应急情况下采用加装的大容量蓄电池组供电)不足以满足车载系统全负荷工作,单片机可以根据预先设计自动关闭部分车载设备供电,保证载车原配24V蓄电池组和加装的大容量蓄电池组处于充电或低强度放电状态,同时告警提示;蓄电池电压进一步降低,低于门限2时,切断所有输出直流开关阵列,最后关闭所有输入,关闭直流开关K1,从而保护蓄电池组不受损坏。
5、当面板“关机”键按下后,单片机根据预先设置好的程序控制输出直流开关阵列,间隔一定时间(30ms左右)有序关闭,最后关闭所有输入,关闭直流开关K1,切断单片机外围电路电源,从而实现“一键关机”。
6、选用合适单片机(如Microchip公司单片机),满足单片机休眠时耗电20uA以下,在断开直流开关K1后,整个单片机控制模块功耗小于3mA/3.3V,以加装大容量蓄电池组65AH/24V,蓄电池每月自放电4%计算,单片机控制模块功耗小于蓄电池自放电,即使载车长时间驻车贮存(不能超过正常保养时间),忘记关闭蓄电池总开关,也不会损坏电池。
本实用新型利用单片机作为控制核心,结合IC卡技术,解决车载机动式系统的身份识别问题。实现“IC卡安全开机”、“一键关机”功能,同时实现设备有序上电、断电,有效避免电压浪涌,并且减少操作人员开关机动作。车载系统不工作时单片机处于休眠状态,耗电极低,可忽略不计。当IC卡插入插座后,单片机被唤醒,随后进行一系列的控制过程,完成车载系统的供电。本实用新型具有LCD显示模块、IC卡插座模块、输入取样电路、隔离输入电路、交流固态继电器、硅发控制开关、蓄电池控制开关、直流开关阵列、调试键盘。
本实用新型通过单片机对车载电源输入、输出进行检测、处理、控制,解决以往车载电源的缺点。
本实用新型提供了一种车载直流供电电源装置的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种车载直流供电电源装置,包括电源供配电箱、220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组;其特征在于,还包括:
一个单片机,用于分析输入的电源信号,并控制电源供配电箱的供配电输出;
一个交流固态继电器,连接在220V交流输入与电源供配电箱之间,用于隔离、控制交流220V的通断,其控制端和单片机连接;
一个硅发控制开关,用于控制载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组输出的通断,其控制端和单片机连接;
一个蓄电池控制开关,用于控制应急蓄电池直流输出的通断,其控制端和单片机连接;
一个取样输入单元,连接在单片机和220V交流输入、载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组、以及应急蓄电池组之间;
一个直流开关阵列,其输入端连接电源供配电箱,输出端连接车载用电设备;
一个连接单片机的IC卡插座,用于与IC卡配合触发单片机的工作状态;
一个单片机直流开关,连接单片机,在单片机控制其接通后,对除单片机外的模块供电;
一个直流稳压单元,输出DC3.3V/5V对单片机供电,输入端为应急蓄电池组,输出端连接所述单片机直流开关。
2.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置,其特征在于,所述IC卡插座与单片机直流开关之间串联IC卡插座开关、第二电阻以及第一电阻;所述第二电阻和第一电阻之间引出连接单片机。
3.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置,其特征在于,所述取样输入单元与220V交流输入之间连接有隔离输入模块;所述隔离输入模块包括一侧与220V交流输入连接的变压线圈,所述变压线圈的另一侧串接整流二极管,整流二极管另一侧并联用于滤波的第三电容,第三电容的负端接地。
4.根据权利要求3所述的车载直流供电电源装置,其特征在于,所述取样输入单元包括相互连接的分压模块以及模拟选择开关;
所述分压模块包括第五电阻和第八电阻、第六电阻和第九电阻、第七电阻和第十电阻;
第五电阻一端连接载车硅整流发电机和载车原配蓄电池组,第五电阻和第八电阻之间引出连接模拟选择开关,第八电阻另一端接地;
第六电阻一端连接应急蓄电池组,第六电阻和第九电阻之间引出连接模拟选择开关,第九电阻另一端接地;
第七电阻一端连接所述第三电容的正端和整流二极管的负端,第七电阻和第十电阻之间引出连接模拟选择开关,第十电阻另一端接地;
所述模拟选择开关一端连接单片机I/O口,另一端连接单片机A/D输入口。
5.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置,其特征在于,所述直流开关阵列包括一组输出直流开关;
所述输出直流开关包括一个继电器,继电器两端并联一个二极管;继电器一端连接相并联两个电容,一个电容用于滤除高频杂波,另一个电解电容用于滤除低频杂波;继电器的另一端连接一个三极管的集电极,所述三极管的基极串接一个电阻后接单片机I/O口,所述三极管的发射极串接一个电阻后接地。
6.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置,其特征在于,所述单片机连接一个LCD显示模块。
7.根据权利要求1所述的车载直流供电电源装置,其特征在于,所述单片机连接一个4×4调试键盘,用于数据输入。
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100915 Termination date: 20141130 |
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EXPY | Termination of patent right or utility model |