CN203434675U - 一种浮标低功耗电源管理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种浮标低功耗电源管理电路,包括上电值班电路、MCU电源管理电路和RTC周期唤醒电路,上电值班电路与MCU电源管理电路和RTC周期唤醒电路之间电连接,MCU电源管理电路与RTC周期唤醒电路之间信号连接。RTC周期唤醒电路由低功耗MCU单片机和RTC芯片组成,RTC芯片的定时中断输出引脚与低功耗MCU单片机的外部中断输入引脚连接。本实用新型有益的效果是:采用上电值班电路,待机时系统功耗几近为0mA;采用MCU电源管理电路,使电源得到了有效的利用;利用RTC对MCU进行中断唤醒,使得系统休眠时电流不超过1mA,大大提高了浮标电池的利用效率,对提高浮标寿命、增强系统可靠性具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋仪器部件领域,尤其是一种浮标低功耗电源管理电路。
背景技术
漂流浮标能够长期、隐蔽地在海上工作,它用于搜集水中运动目标和各种海况下的环境噪声信息,并将处理后的数据通过卫星发至地面接收站,具有重要的利用价值。
漂流浮标的电源通过电池供给,受浮标体积、配重以及成本等多方面因素的影响,电池的容量有限,如果没有一个合理的电源管理机制,就会造成系统功耗过大,达不到设计的寿命要求,因此在浮标设计中对系统的低功耗提出了苛刻的要求。
在目前浮标等海洋仪器的低功耗设计中,普遍采用的是低功耗MCU和各种电源管理手段,这些手段对于浮标的低功耗设计具有一定的借鉴意义,然而由于海洋仪器工作目的不同,这些方法不具有普遍实用性。
发明内容
本实用新型要解决上述现有技术的缺点,提供一种降低浮标的功耗、增强系统的可靠性的浮标低功耗电源管理电路。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案:这种浮标低功耗电源管理电路,主要包括上电值班电路、MCU电源管理电路和RTC周期唤醒电路,上电值班电路与MCU电源管理电路和RTC周期唤醒电路之间电连接,MCU电源管理电路与RTC周期唤醒电路之间信号连接。所述RTC周期唤醒电路由低功耗MCU单片机和RTC芯片组成,RTC芯片的定时中断输出引脚与低功耗MCU单片机的外部中断输入引脚连接。
所述上电值班电路由一个PMOS管、一个电阻、一个硅二极管、一个锗二极管以及两个入水电极组成,两个入水电极为上电开关,海水为导电介质,上电值班电路上设有用于供电的锂电池。
所述MCU电源管理电路由低功耗MCU单片机、电源芯片组和PMOS管组组成,低功耗MCU单片机连通电源芯片组和PMOS管组,电池组连接PMOS管组。
本实用新型有益的效果是:本实用新型采用上电值班电路,仅在浮标入水时才上电工作,在待机时系统功耗几近为0mA;采用MCU电源管理电路,通过分时配电、定时机制、北斗通信平台电源优化等手段,使得电源得到了有效的利用;采用RTC周期唤醒电路,利用RTC对MCU进行中断唤醒,使得系统休眠时的电流不超过1mA,通过低功耗电源管理,大大提高了浮标电池的利用效率,对提高浮标寿命、增强系统可靠性具有重要意义。
附图说明
图1是本实用新型电路框图;
图2是上电值班电路图;
图3是MCU电源管理电路框图;
图4是RTC周期唤醒电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
如图所示,这种浮标低功耗电源管理电路,主要包括上电值班电路、MCU电源管理电路和RTC周期唤醒电路,上电值班电路与MCU电源管理电路和RTC周期唤醒电路之间电连接,MCU电源管理电路与RTC周期唤醒电路之间信号连接。
上电值班电路为整个系统的启动控制开关。由图2可见,上电值班电路由一个PMOS管、一个电阻、一个硅二极管、一个锗二极管以及两个入水电极组成,两个入水电极为上电开关,海水为导电介质,上电值班电路上设有用于供电的一节3.6V锂电池。上电值班电路由一节3.6V的锂电池供电,浮标在入水前整个系统处于待机工作状态,基本上属于零功耗,在浮标入水后,上电值班电路才工作,并给MCU主控电路上电,由其控制其它分系统上电。
根据电路分析可知,浮标投放前,入水电极之间无导通介质,故PMOS管处于断开状态,此时仅有微小的漏电流流过(不超过1μA),整个系统未工作,从而使得浮标可以长期存放。浮标投放入水后,由于海水的导电作用,PMOS管导通,锂电池开始为MCU电源管理电路供电,随后由MCU电源管理电路启动系统开始工作。在系统工作期间,MCU电源管理电路控制生成3.3V系统主电源,MCU由3.6V锂电池和3.3V系统主电源组成的双电源进行供电,之间分别由一个压降为0.7V的硅二极管和一个压降为0.3V的锗二极管进行隔离,防止电源反充,此时MCU电源管理电路的电源由3.3V系统主电源提供。在系统休眠期间,MCU电源管理电路的电源由3.6V锂电池提供。
MCU电源管理电路,如图3所示,由低功耗MCU单片机、电源芯片组和PMOS管组组成,低功耗MCU单片机连通电源芯片组和PMOS管组,电池组连接PMOS管组,通过电池组进行供电,浮标采用周期工作方式,由MCU电源管理电路控制各个分系统启动工作和关闭的时间。电源芯片用于产生系统需要的各类电压电源、PMOS管用做各个分析上电电源开关、低功耗MCU单片机通过编程控制上述电源芯片的输出和PMOS管的通断。浮标采用周期工作方式,由MCU电源管理电路控制各个分系统启动工作和关闭的时间。浮标投放入水后,系统开始上电工作,通过电源管理首先给声数据采集分系统配电。声数据采集分系统采用定时工作机制,当完成数据采集与处理后,电源管理控制其断电。随后通过电源管理启动北斗通信平台,获取浮标体位置信息并发送数据。完成数据发送后,电源管理控制其断电。
每个工作周期启动后,MCU电源管理电路首先控制声系统上电工作。声系统采用定时工作方式,工作时间结束后,MCU电源管理电路控制其断电。随后控制北斗通信平台上电工作。由于北斗通信平台的功耗很大,从降低功耗考虑,故应有效利用其工作时间,为此采用了如下措施:首先利用北斗通信平台信息发送间隔不能少于1分钟的特点,在发送间隔时间内获取GPS信息;另外在北斗通信平台发送信息前进行功率查询,仅在功率状态满足条件下才进行信息发送。完成信息发送后,MCU电源管理电路控制北斗通信平台断电。上述措施减少了北斗通信平台工作的时间,也即降低了系统的功耗。
工作周期结束后,将MCU电源管理电路对外的功能接口全部关闭,并将这些对外引脚全部配置成普通IO口,输出低电平,从而不会通过MCU电源管理电路引脚给外部芯片馈电。完成上述步骤后,将MCU电源管理电路配置进入深度休眠模式,在休眠期间,系统功耗不会超过1mA。
RTC周期唤醒电路,如图4所示,由低功耗MCU单片机和RTC芯片组成,MCU电源管理电路与RTC周期唤醒电路使用同一电源供电,二者采用I2C接口方式进行通讯,RTC芯片的定时中断输出引脚与低功耗MCU单片机的外部中断输入引脚连接。在浮标工作周期结束后,关闭MCU电源管理电路的相应功能模块,并将功能模块对外的引脚设定为普通IO口,同时输出低电平,然后配置MCU电源管理电路进入深度休眠状态。MCU电源管理电路的唤醒采用外部中断完成,外部中断信号由独立的超低功耗RTC芯片提供。
系统上电工作后,MCU电源管理电路通过I2C口对RTC的寄存器进行设置,将其定时周期配置为一小时。系统完成周期数据采集和数据发送工作后,便进入休眠状态,当定时周期结束后,RTC周期唤醒电路的定时中断输出引脚就会输出一个脉冲电平给MCU电源管理电路的外部中断输入引脚,从而将MCU电源管理电路唤醒,使得MCU电源管理电路开始工作,并启动系统进行下一轮的数据采集和发送工作。
除上述实施例外,本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本实用新型要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种浮标低功耗电源管理电路,主要包括上电值班电路、MCU电源管理电路和RTC周期唤醒电路,其特征是:上电值班电路与MCU电源管理电路和RTC周期唤醒电路之间电连接,MCU电源管理电路与RTC周期唤醒电路之间信号连接,所述RTC周期唤醒电路由低功耗MCU单片机和RTC芯片组成,RTC芯片的定时中断输出引脚与低功耗MCU单片机的外部中断输入引脚连接。
2.根据权利要求1所述的浮标低功耗电源管理电路,其特征是:所述上电值班电路由一个PMOS管、一个电阻、一个硅二极管、一个锗二极管以及两个入水电极组成,两个入水电极为上电开关,海水为导电介质,上电值班电路上设有用于供电的锂电池。
3.根据权利要求1所述的浮标低功耗电源管理电路,其特征是:所述MCU电源管理电路由低功耗MCU单片机、电源芯片组和PMOS管组组成,低功耗MCU单片机连通电源芯片组和PMOS管组,电池组连接PMOS管组。
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