CN207908872U - 一种掉电计时电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及掉电计时技术领域，特别是涉及一种掉电计时电路及电子设备。其中，掉电计时电路包括：充电电阻、电容、放电电阻及处理单元，处理单元包括充电使能端口与电压测量端口，充电电阻一端与充电使能端口连接，充电电阻另一端、电压测量端口、电容一端以及放电电阻一端皆连接至第一节点，电容另一端与放电电阻另一端皆接地。该掉电计时电路结构简单，并通过充电使能端口与电压测量端口之间的分时检测配合，从而能够精确地计算出系统的掉电时间。

Description

一种掉电计时电路及电子设备

技术领域

本实用新型涉及掉电计时技术领域，特别是涉及一种掉电计时电路及电子设备。

背景技术

随着生活水平的提升，人们对于智能化家电的需求日益增长。对于洗衣机、电烤箱等家电，若具有精准的掉电计时功能，在掉电指定时间内来电，洗衣机、电烤箱等接着掉电前的工作状态继续工作，从而避免用户反复设置使用参数的繁琐过程。若超过指定时间，则通过报警提示，由用户来确定是否需要继续工作。因此，掉电计时功能会越来越多的融入到实际生活中，给人们的生活带来更大的便利。

请参阅图1，图1是现有技术提供一种掉电计时电路的电路结构示意图。如图1所示，当系统自掉电后到开始上电时，微处理器通过CHECK端口(亦即ADC采样端口)读取电容C8的两端电压，并通过电容放电公式，计算出掉电时间。

传统技术至少存在以下问题：在图1中，当系统上电时，微处理器需要初始化与配置系统参数方可正常使用ADC采样功能。然而，由图1可知，电源+5V已经开始为电容C8充电，其导致计算出的掉电时间比实际掉电时间短，并且，传统掉电计时电路结构复杂。

实用新型内容

本实用新型实施例旨在提供一种掉电计时电路及电子设备，其解决了传统技术掉电计时电路存在结构复杂以及掉电时间计算不够精确的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

在第一方面，本实用新型实施例提供一种掉电计时电路，包括：充电电阻、电容、放电电阻及处理单元，所述处理单元包括充电使能端口与电压测量端口，所述充电电阻一端与所述充电使能端口连接，所述充电电阻另一端、所述电压测量端口、所述电容一端以及所述放电电阻一端皆连接至第一节点，所述电容另一端与所述放电电阻另一端皆接地。

可选地，所述掉电计时电路还包括掉电检测电路，所述掉电检测电路与所述处理单元连接。

可选地，所述处理单元通过所述充电电阻为所述电容充电的充电信号为高电平。

可选地，所述电容为电解电容。

可选地，所述处理单元为单片机。

可选地，所述处理单元包括：模数转换器、至少一个处理器及存储器，所述至少一个处理器分别与所述模数转换器和所述存储器连接。

可选地，所述存储器为电可擦可编程只读存储器。

可选地，所述充电电阻的阻值为100欧。

可选地，所述放电电阻的阻值为2兆欧。

在第二方面，本实用新型实施例提供一种电子设备，包括任一项所述的掉电计时电路和设备本体，所述掉电计时电路用于计算所述设备本体的掉电时间。

本实用新型各个实施例的掉电计时电路，其中，掉电计时电路包括充电电阻、电容、放电电阻及处理单元，处理单元包括充电使能端口与电压测量端口，充电电阻一端与充电使能端口连接，充电电阻另一端、电压测量端口、电容一端以及放电电阻一端皆连接至第一节点，电容另一端与放电电阻另一端皆接地。该掉电计时电路结构简单，并通过充电使能端口与电压测量端口之间的分时检测配合，从而能够精确地计算出系统的掉电时间。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是现有技术提供的一种掉电计时电路的电路结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种掉电计时电路的电路结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的一种掉电计时电路的电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种处理单元的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种掉电计时装置的结构示意图；

图6是本实用新型另一实施例提供的一种掉电计时装置的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的一种确定模块的结构示意图；

图8是本实用新型又一实施例提供的一种掉电计时装置的结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的一种掉电计时方法的流程示意图；

图10是本实用新型另一实施例提供的一种掉电计时方法的流程示意图；

图11是本实用新型实施例提供的步骤64的流程示意图；

图12是本实用新型又一实施例提供的一种掉电计时方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了便于理解本实用新型实施例的目的，本实用新型实施例对涉及的电容充/放电工作原理作出详细的阐述，应当理解，在下所作的阐述并不用于限制本实用新型实施例的保护范围。

当电源V通过充电电阻R为电容C充电时，其有如下式子：

电容充电公式为：

由式子1进行推导，可得电容充电时间计算公式如下：

由式子2进行推导，可得充电电容的计算公式如下：

其中，在式子1至式子3中，C为电容C的电容值；V_t为充电t时间后，电容C的电压；V₀为充电时，电容的初始电压；V为充满电时，电容上的电压；R为充电电阻的电阻值，t为充电时间。

电容放电公式为：

由式子4进行推导，可得电容放电时间的计算公式如下：

在式子4与式子5中，V_t为放电t时间后，电容C的电压；V为充满电时，电容上的电压；t为放电时间；C为放电电容；R为放电电阻。

由电容充电公式可知，因为指数值只可能无限接近于0，但永远不会等于0，所以电容的电量要完全充满，需要无穷大的时间。例如：

当t＝RC时，Vt＝0.63V；

当t＝2RC时，Vt＝0.86V；

当t＝3RC时，Vt＝0.95V；

当t＝4RC时，Vt＝0.98V；

当t＝5RC时，Vt＝0.99V；

可见，经过3～5个RC时间常数后，充电过程基本结束。

请再参阅图1，掉电计时电路除了如前所述的缺点之外，其还存在以下缺点：

首先，为了保证微处理器的ADC采样结果的稳定性，其需要多次采样电容C8的两端电压，然而，在采样过程中，电源+5V继续通过电阻R3为电容C8充电，其此时采样的电容C8的两端电压并非是系统自掉电到上电时对应的初始电压，因此，其无法精确地计算出电容C8的放电时间，亦即系统的掉电时间。例如：按照传统技术方案，假设电容C8的容值不变，系统上电时，假设电容C8的两端电压实际为3.6V。由于在采样过程中，电源+5V已经通过电阻R3为电容C8充电，因此，经过微处理器的ADC采样端口所采样的电压可能为4.2V(亦即比理论电压高)。于是，通过式子5计算出的放电时间比实际放电时间短。

其次，假设传统技术采样电容C8在系统上电时的电压是准确的。由于电容的容量随着使用时间的增加会逐渐减小，如果一直用固定参数去计算，也会增加测量误差。亦即，通过式子5计算时，采用固定电容的容值计算出的放电时间将比实际放电时间长。

因此，当获取的电压不准确，同时电容的容值也不准确时，其更加无法准确地计算出掉电时间。

基于此，本实用新型实施例提供一种掉电计时电路，其应用各种类型的电子设备，该电子设备包括掉电计时电路和设备本体，掉电计时电路用于计算设备本体的掉电时间。例如：该电子设备可以为电饭煲、洗衣机、烤箱、微波炉等等家用电器。其中，电子设备能够实现智能工作，其可以结合外围电路与掉电计时电路共同构成一个系统，当该系统未能得到电源供应时，其便停止工作。一般的，对于其它领域电子设备，系统掉电后再上电，其恢复至初始工作状态，亦即，其未能够恢复至掉电瞬间时对应的工作状态。但是，诸如家用电器，为了避免系统掉电后再上电时，用户反复设置使用参数的繁琐过程，系统可以通过掉电计时电路得到电子设备的掉电时间，以选择是否恢复至掉电瞬间的工作状态。

请参阅图2，图2是本实用新型实施例提供的一种掉电计时电路的电路结构示意图。如图2所示，该掉电计时电路200包括：充电电阻R1、电容C1、放电电阻R2以及处理单元21。处理单元21包括充电使能端口charge与电压测量端口check，充电电阻R1一端与充电使能端口charge连接，充电电阻R1另一端、电压测量端口check、电容C1一端以及放电电阻R2一端皆连接至第一节点21A，电容C1另一端与放电电阻R2另一端皆接地。处理单元21通过充电电阻R1为电容C1充电，其中，处理单元21通过充电电阻R1为电容C1充电的充电信号为高电平。电容C1通过放电电阻R2放电，电容C1为电解电容，处理单元21为单片机。

当一些因素导致正处于工作状态下的系统突然掉电后再上电时，如图2所示，处理单元21的充电使能端口charge切换至输入模式，并配置处理单元21的电压测量端口check为模数采样模式，于是，处理单元21的充电使能端口charge不能通过充电电阻R1为电容C1充电，并且通过电压测量端口check采样电容C1的两端电压，亦即电容C1的初始电压。

在一些实施例中，为了保证采样的初始电压的数据准确，其可以在预设时间段内多次采样电容C1的初始电压，并统计多个初始电压以及将多个初始电压的平均值作为最终的初始电压。

一般的，在系统掉电时，此时电容C1的两端电压已充满电，电容C1的两端电压等于系统的内部参考电压，亦即，系统以5V电压通过电阻R1为电容C1充电时，当电容C1充满电，其两端电压为5V，亦即，在系统掉电时，电容C1的掉电电压为5V。因此，在系统掉电后，处理单元21便获取电容C1的掉电电压。

在一些实施例中，在系统掉电时，处理单元21获取并存储电容C1的电压，将电容C1的电压作为掉电电压。

紧接着，处理单元21根据初始电压、掉电电压、放电电阻的电阻值及电容的电容值计算系统的掉电时间。请再次参阅式子5，此处，V_t为初始电压，R为放电电阻R2的电阻值，C为电容C1的电容值，V为掉电电压。因此，其可以根据式子5计算出系统的掉电时间。

显然，在本实施例中，其在采样电容C1的初始电压时，未给电容C1提供充电操作，于是，采样的初始电压能够精确地结合式子5计算出系统的掉电时间。

如前所述，由于电容的容量随着使用时间的增加会逐渐减小，会降低计算结果的精确性。于是，在一些实施例中，在获取电容C1的初始电压之后，处理单元21还确定电容C1的实际电容值。进一步的，处理单元21将电容C1的实际电容值参与到掉电时间的计算过程中。因此，能够更加精确地计算出系统的掉电时间。

在一些实施例中，处理单元21在确定电容C1的实际电容值的过程中，可以配置充电使能端口charge为输出模式，于是，充电使能端口charge输出高电平，并通过充电电阻R1为电容C1开始充电。与此同时，处理单元21开始针对充电过程进行计时。

在充电时间t达到预设参考充电时间时，处理单元21重新配置充电使能端口charge为输入模式，亦即充电使能端口charge停止通过充电电阻R1为电容C1充电的操作，并且，处理单元21还配置电压测量端口check为模数采样模式，通过电压测量端口check获取电容C1的中间电压。

如前所述，充电时，电容经过3～5个RC充电时间常数后，电容基本被充满电，亦即，第3个RC充电时间常数所对应的电压与第4个或第5个的压差很小，然而，它们之间的时间差距比较大(每相邻两个的时间差距为一个RC)。考虑到处理单元21采样位于特定时间下的电容C1的两端电压的采样灵敏性，预设参考充电时间可以选择一个或两个充电时间常数，其能够更加可靠地、精确地计算出系统的掉电时间。

例如：若选择第3个RC充电时间常数到第4个RC充电时间常数的时长作为预设参考充电时间，第3个RC充电时间常数对应的充电电压为V₁＝0.95V，第4个RC充电时间常数对应的充电电压为V₂＝0.98V。V₂与V₁之间的压差为0.03V，差值很小，时间差距为1个RC，当处理单元21的采样灵敏性比较低时，其在实际计算工作过程中，可能导致采样得到的V₂与V₁之间的压差小于0.03V，根据式子3，处理单元21计算出的电容值相对于实际电容值偏小了。进一步的，若基于计算出的电容值，根据式子5，其计算出的掉电时间是存在误差的。因此，其可以选择充电电压变化较大时一个或两个充电时间常数作为预设参考充电时间，以确保计算精度。

进一步的，处理单元21根据电容计算公式：计算出电容C1的实际电容值，其中，C为电容的实际电容值，V_t为中间电压，V₀为初始电压，V为掉电电压，R1为充电电阻的电阻值，t为充电时间。

因此，通过实时计算出电容C1的实际电容值，以更加精确地计算出掉电时间。

再进一步的，处理单元21获取预设指定时间，根据系统的掉电时间与预设指定时间，控制系统，即处理单元21判断系统的掉电时间是否大于预设指定时间，若小于，恢复系统掉电前的运行状态；若大于，产生报警信息。与此同时，处理单元21再次配置充电使能端口charge为输出模式，继续通过充电电阻输出高电平为电容C1充电。

综上，该掉电计时电路结构简单，并通过充电使能端口与电压测量端口之间的分时检测配合，从而能够精确地计算出系统的掉电时间。

为了更进一步理解本实用新型实施例的目的，本实用新型实施例结合具体应用例子对此作出更进一步的阐述。

选择处理单元21为单片机，其内部参考电压为5V，亦即，掉电电压V为5伏。系统自掉电后再上电时，单片机不通过充电使能端口charge为电容C1充电，并通过电压测量端口check采样到电容C1的初始电压V₀为3V。

紧接着，单片机通过充电使能端口charge为电容C1充电1个RC充电时间常数，亦即t＝RC＝10毫秒，此处，预设参考充电时间为1个RC充电时间常数。此时，单片机通过电压测量端口check再次采样电容C1的两端电压为V_t＝4.28伏。充电电阻R1为100欧，放电电阻R2为2兆欧。

由式子3可知，电容C1的电容值：

于是，再由式子5可知，系统的掉电时间为：

因此，系统的掉电时间为100秒。

如前所述，在系统掉电时，此时电容C1的两端电压已充满电，电容C1的掉电电压等于系统的内部参考电压。然而，在一些实施例中，若掉电之前，电容C1尚未充满电，则电容C1的掉电电压不等于系统的内部参考电压。基于此，请参阅图3，图3是本实用新型另一实施例提供的一种掉电计时电路的电路结构示意图。如图3所示，该掉电计时电路200还包括掉电检测电路22，掉电检测电路22与处理单元21连接。

掉电检测电路22用于在系统掉电时，向处理单元21发送触发指令，使得处理单元21根据触发指令获取并存储电容C1的掉电电压，例如，掉电检测电路22检测到系统掉电后，其向处理单元21发送触发指令，处理单元21根据该触发指令，配置电压测量端口check为模数采样模式，并通过电压测量端口check立即读取电容C1的两端电压，并将其作为掉电电压存储在处理单元21内置的EEPROM或者外置EEPROM中。待系统上电后，处理单元21再次调取该掉电电压。

在一些实施例中，如图4所示，该处理单元21包括：模数转换器211、至少一个处理器212及存储器213。至少一个处理器212与模数转换器211连接，存储器213与至少一个处理器212连接。其中，图4中以一个处理器212为例。处理器212和存储器213可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例，存储器213为电可擦可编程只读存储器。

其中，存储器213存储有可被所述至少一个处理器212执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器212执行，以使所述至少一个处理器212能够用于执行上述掉电计时的控制逻辑。

作为本实用新型实施例的另一方面，本实用新型实施例提供一种掉电计时装置。其中，该掉电计时装置作为软件系统，其存储在图4所阐述的处理单元21内。该掉电计时装置包括若干指令，该若干指令存储于存储器内，处理器可以访问该存储器，调用指令进行执行，以完成上述掉电计时的控制逻辑。

在本实施例中，掉电计时装置应用于掉电计时电路，掉电计时电路包括充电电阻、电容及放电电阻，充电电阻与所述电容串联，放电电阻与电容并联。请参阅图5，图5是本实用新型实施例提供的一种掉电计时装置的结构示意图。如图5所示，掉电计时装置500包括：停止模块51、第一获取模块52及计算模块53。

停止模块51用于在系统重新上电后，不通过充电电阻为电容充电，获取电容的电压并作为电容的初始电压。

第一获取模块52用于获取系统掉电时，电容的掉电电压。

计算模块53用于根据初始电压、掉电电压、放电电阻的电阻值及电容的电容值计算系统的掉电时间。

因此，其能够精确地计算出系统的掉电时间。

在一些实施例中，如图6所示，掉电计时装置500还包括：确定模块54，确定模块54用于确定电容的实际电容值。

在一些实施例中，如图7所示，确定模块54包括：充电单元541、停止单元542及计算单元543。

充电单元541用于通过充电电阻为电容开始充电。

停止单元542用于在充电时间达到预设参考充电时间时，停止充电并获取电容的中间电压。

计算单元543用于根据电容计算公式：计算出电容的实际电容值，其中，C为电容的实际电容值，V_t为中间电压，V₀为初始电压，V为掉电电压，R1为充电电阻的电阻值，t为充电时间。

在一些实施例中，预设参考充电时间为一个或两个充电时间常数，所述充电时间常数为R1*C。

在一些实施例中，如图8所示，掉电计时装置500还包括：第二获取模块55与控制模块56。

第二获取模块55用于获取预设指定时间；

控制模块56用于根据系统的掉电时间与预设指定时间，控制系统。

在一些实施例中，控制模块56具体用于：当系统的掉电时间小于预设指定时间时，恢复系统掉电前的运行状态，当系统的掉电时间大于预设指定时间时，产生报警信息。

在一些实施例中，第一获取模块52具体用于：在系统掉电时，获取并存储电容的电压，将电容的电压作为掉电电压。

由于装置实施例和上述各个实施例是基于同一构思，在内容不互相冲突的前提下，装置实施例的内容可以引用上述各个实施例的内容，在此不赘述。

作为本实用新型实施例的又另一方面，本实用新型实施例提供一种掉电计时方法。本实用新型实施例的掉电计时方法的功能可以借助带有软件系统的硬件平台来执行。例如：掉电计时方法可以在合适类型具有运算能力的处理器的电子设备中执行，例如：单片机、数字处理器(Digita l Signa l Process i ng，DSP)、ARM处理器等等。

下述各个实施例的掉电计时方法对应的功能是以指令的形式存储在电子设备的存储器上，当要执行下述各个实施例的掉电计时方法对应的功能时，电子设备的处理器访问存储器，调取并执行对应的指令，以实现下述各个实施例的掉电计时方法对应的功能。

存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如上述实施例中的掉电计时装置500对应的程序指令/模块(例如，图5至图8所述的各个模块和单元)，或者下述实施例掉电计时方法对应的步骤。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行掉电计时装置500的各种功能应用以及数据处理，即实现下述实施例掉电计时装置500的各个模块与单元的功能，或者下述实施例掉电计时方法对应的步骤的功能。

存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如，至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令/模块存储在所述存储器中，当被所述一个或者多个处理器执行时，执行上述任意方法实施例中的掉电计时方法，例如，执行下述实施例描述的图9至图12所示的各个步骤；也可实现附图5至图8所述的各个模块和单元的功能。

在本实施例中，该掉电计时方法应用于掉电计时电路，掉电计时电路包括充电电阻、电容及放电电阻，充电电阻与电容串联，放电电阻与电容并联。如图9所示，该掉电计时方法600包括：

步骤61、在系统重新上电后，不通过充电电阻为电容充电，获取电容的电压并作为电容的初始电压；

步骤62、获取系统掉电时，电容的掉电电压；

步骤63、根据初始电压、掉电电压、放电电阻的电阻值及电容的电容值计算系统的掉电时间。

因此，其能够精确地计算出系统的掉电时间。

在一些实施例中，在步骤62之后，如图10所示，该掉电计时方法600还包括：

步骤64、确定电容的实际电容值。

在一些实施例中，如图11所示，步骤64包括：

步骤641、通过充电电阻为电容开始充电；

步骤642、在充电时间达到预设参考充电时间时，停止充电并获取电容的中间电压；

步骤643、根据电容计算公式：计算出电容的实际电容值。

其中，C为电容的实际电容值，V_t为中间电压，V₀为初始电压，V为掉电电压，R1为充电电阻的电阻值，t为充电时间。

在一些实施例中，预设参考充电时间为一个或两个充电时间常数，充电时间常数为R1*C。

在一些实施例中，如图12所示，该掉电计时方法600还包括：

步骤65、获取预设指定时间；

步骤66、根据系统的掉电时间与预设指定时间，控制系统。

在一些实施例中，步骤66包括：当系统的掉电时间小于预设指定时间时，恢复系统掉电前的运行状态；当系统的掉电时间大于预设指定时间时，产生报警信息。

在一些实施例中，步骤62包括：在系统掉电时，获取并存储电容的电压，将电容的电压作为掉电电压。

由于装置实施例和方法实施例是基于同一构思，在内容不互相冲突的前提下，方法实施例的内容可以引用装置实施例的内容，在此不赘述。

作为本实用新型实施例的又另一方面，本实用新型实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使电子设备执行上述各个实施例的掉电计时方法。

因此，其能够精确地计算出系统的掉电时间。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种掉电计时电路，其特征在于，包括：充电电阻、电容、放电电阻及处理单元，所述处理单元包括充电使能端口与电压测量端口，所述充电电阻一端与所述充电使能端口连接，所述充电电阻另一端、所述电压测量端口、所述电容一端以及所述放电电阻一端皆连接至第一节点，所述电容另一端与所述放电电阻另一端皆接地。

2.根据权利要求1所述的掉电计时电路，其特征在于，所述掉电计时电路还包括掉电检测电路，所述掉电检测电路与所述处理单元连接。

3.根据权利要求1所述的掉电计时电路，其特征在于，所述处理单元通过所述充电电阻为所述电容充电的充电信号为高电平。

4.根据权利要求1所述的掉电计时电路，其特征在于，所述电容为电解电容。

5.根据权利要求1所述的掉电计时电路，其特征在于，所述处理单元为单片机。

6.根据权利要求1所述的掉电计时电路，其特征在于，所述处理单元包括：模数转换器、至少一个处理器及存储器，所述至少一个处理器分别与所述模数转换器和所述存储器连接。

7.根据权利要求6所述的掉电计时电路，其特征在于，所述存储器为电可擦可编程只读存储器。

8.根据权利要求1所述的掉电计时电路，其特征在于，所述充电电阻的阻值为100欧。

9.根据权利要求1所述的掉电计时电路，其特征在于，所述放电电阻的阻值为2兆欧。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的掉电计时电路和设备本体，所述掉电计时电路用于计算所述设备本体的掉电时间。