CN209690474U - 电池管理电路、用电装置和监控系统 - Google Patents

Abstract

一种电池管理电路、用电装置和监控系统，其包括主控模块、检测模块、运放比较模块、负载电源开关模块和稳压供电模块。检测模块检测是否有检测对象并将对应产生的第一检测信号传输给运放比较模块；运放模块对第一检测信号进行放大后与基准信号进行比对并输出第二检测信号给主控模块；主控模块根据第二检测信号输出控制信号给负载电源开关模块，负载电源开关模块控制负载的电源的通断，实现了设备只在需要工作时才上电开机工作，不需要工作时处于掉电关机状态，从而具备自适应性，降低电池电量损耗，延长了负载的电池电量使用时间，避免用户频繁给负载设备电池充电的麻烦，且避免负载因为长期处于工作状态而迅速老化损坏。

Description

电池管理电路、用电装置和监控系统

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种电池管理电路、用电装置和监控系统。

背景技术

随着网络的大量普及，人们都对网络产品、网络电器设备的需要也越来越高，特别是应用广泛的网络设备。为了便于安装，很多的网络摄像机都具备 WIFI的功能，因此配有电池的网络摄像机脱离了适配器，可便捷式移动不受电源线的影响。

但是由于电池的容量受限于机器设备的体积，不可能做成无限大，并且比如使用网络摄像机对周围环境进行监视时，只需要采集当有人进入监视范围内的人体移动信息即可。然而传统的网络摄像机需要一直处于工作状态，会损耗大量电能，不能充分合理利用网络摄像设备的电池电能，无法满足人们希望设备充满电后可以使用很长时间，网络摄像设备的续航能力欠佳，使得需要使用者频繁给网络摄像设备充电然后放回原位。设备也容易因为长期处于工作状态而迅速老化损坏。此外，如传统的灯、电动门、电动扶梯或警报器等基于对人体感应进行开关工作的其他电器设备也需要解决如何提高自适应性、合理利用电能、节约能耗的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种电池管理电路、用电装置和监控系统，旨在解决传统的技术方案中存在的设备一直处于工作状态，不能充分合理利用设备的电池电能，设备不能使用很长时间，续航能力欠佳以及不具备自适应性、能耗大的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种电池管理电路，包括：主控模块、检测模块、运放比较模块、负载电源开关模块、负载电源及负载以及稳压供电模块；其中，

检测模块，被配置为检测预设范围内是否有检测对象，并输出第一检测信号；

运放比较模块，与所述检测模块相连，被配置为对所述第一检测信号进行运算放大后与基准信号进行比较，并根据比较结果输出第二检测信号；

主控模块，与所述运放比较模块相连，被配置接收所述第二检测信号和来自负载反馈的关机信号，根据所述第二检测信号或所述关机信号输出开关信号；

负载电源开关模块，与所述主控模块、负载电源及负载连接，根据所述开关信号控制所述负载电源和所述负载之间供电线路的通断；

以及稳压供电模块，与所述检测模块以及所述运放比较模块相连，被配置为给所述检测模块和所述运放比较模块提供稳定电压。

在其中一个实施例中，所述检测模块包括热释电红外传感器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容及第三电容；

在所述热释电红外传感器探头外端装有匹配要求的菲涅尔透镜；所述热释电红外传感器的电源端接于所述第二电阻第二端，所述第二电阻的第一端接所述第一电阻的第二端，所述第一电阻的第一端接所述稳压供电电源；所述第三电容的第一端接所述第二电容的第二端，所述第三电容的第二端接地；所述第一电容第一端接于所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端的共接结点，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端接电源，所述第二电容的第二端接地；所述热释电红外传感器的输出端接所述运放比较模块的输入端，所述热释电红外传感器的地端接地。

在其中一个实施例中，所述预设范围为热释电红外传感器可探测范围。

在其中一个实施例中，所述运放比较模块包括运放比较芯片和第一三极管；

所述运放比较芯片的输入脚接所述热释电红外传感器的输出端，所述运放比较芯片的电源脚接所述稳压供电模块，所述运放比较芯片的输出脚作为所述运放比较模块的输出端接所述主控模块，所述运放比较芯片的感应灵敏度调节脚接所述第一三极管的集电极，所述第一三极管的基极接所述主控模块，所述第一三极管的发射极接地。

在其中一个实施例中，所述主控模块包括单片机；

所述单片机的控制引脚接所述负载电源开关模块的开关控制脚；所述单片机的信号输出引脚接所述运放比较模块的所述第一三极管的基极；所述单片机的信号输入引脚接所述运放比较模块的输出端。

在其中一个实施例中，所述负载电源开关模块包括开关芯片，所述开关芯片的开关控制脚接所述单片机的控制引脚；所述开关芯片的地管脚接地；所述开关芯片的输出管脚接所述负载；所述开关芯片的输入管脚接负载电源。

上述的电池管理电路通过检测模块检测在预设的范围内是否有检测对象，并对应输出第一检测信号给运放比较模块，运放比较模块对所述第一检测信号进行放大后与主控模块提供的基准信号进行比较，然后输出第二检测信号给主控模块，主控模块根据所接收到的第二检测信号判断所述探测模块的探测区域内是否有检测对象，如果有，则主控模块控制负载电源开关模块开启负载的电源启动负载对当前的探测区域进行抓拍和录制；如果检测模块检测不到有检测对象经过，则主控模块控制负载电源开关模块断开负载的电源，使负载处于掉电关机状态，从而实现充分合理利用负载的电池能量，降低电池电量损耗，延长了负载的电池电量使用时间，提升整机的续航能力，避免用户频繁给负载电源充电放回原位的麻烦，且避免整机因为长期处于工作状态以而迅速老化损坏。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种用电装置，包括上述的电池管理电路和负载；

所述负载的电源端连接所述负载电源开关模块，被配置为采集数据并上传以及反馈所述关机信号给所述主控模块。

在其中一个实施例中，所述负载包括网络摄像头。

上述的用电装置通过电池管理电路检测探测区域内是否有检测对象，并相应输出控制信号控制负载的电源通断，使得负载只在检测对象时，即需要采集数据时才通电工作，从而实现充分合理利用负载的电池能量，降低电池电量损耗，延长了负载的电池电量使用时间，提升整机的续航能力，使得用户免去频繁给负载电源充电的麻烦，并且避免负载因为长期处于工作状态以而迅速老化损坏。

本实用新型实施例的第三方面提供了一种监控系统，包括上述的用电装置和网络服务器；

所述用电装置通过网络与所述网络服务器连接；所述网络服务器被配置为接收并存储所述用电装置上传的数据。

上述的监控系统通过用电装置只在检测到需要采集有用信息时才控制设备通电工作，负载将采集的有用信息上传至网络服务器。网络服务器接收并存储负载采集和发送来的信息，并及时发送给用户。负载只在有检测对象时，即需要采集数据时才通电工作，否则处于关机状态，一方面使用户不会错过有用信息，另一方面节约了能耗，延长了设备的电池电量使用时间，提升了整机的续航能力，避免用户需要频繁给负载电源充电的麻烦，并且使设备避免因为长期处于工作状态而迅速老化损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的电池管理电路的结构示意图；

图2为型号为EFM32ZG210F32的单片机的具体结构图；

图3为图1所示的电池管理电路中检测模块的具体电路原理图；

图4为图1所示的电池管理电路中运放比较模块的具体电路原理图；

图5为图1所示的电池管理电路中检测模块的灵敏度调节信号的波形示意图；

图6为图1所示的电池管理电路中负载电源开关模块的具体电路原理图；

图7为图1所示的电池管理电路中稳压供电模块的具体电路原理图；

图8为本实用新型第二实施例提供的用电装置的结构示意图；

图9为本实用新型第三实施例提供的监控系统的结构示意图。

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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型第一实施例提供的电池管理电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本实施例提供的电池管理电路包括主控模块100、检测模块200、运放比较模块300、负载电源开关模块400以及稳压供电模块500。其中，主控模块100 与运放比较模块300连接，运放比较模块300与检测模块200连接，主控模块 100与负载电源开关模块400连接，稳压供电模块500与运放比较模块300连接，稳压供电模块500与检测模块200连接。

检测模块200被配置为检测探测区域内是否有检测对象，得到对应第一检测信号并传输给运放比较模块300；运放比较模块300被配置为对第一检测信号进行放大后与基准信号进行比对，并根据比对结果输出第二检测信号给主控模块100；主控模块100被配置为根据第二检测信号或者负载700反馈的关机信号相应输出开关信号给负载电源开关模块400；负载电源开关模块400被配置为根据开关信号信号控制负载电源600给负载700供电线路的通断；稳压供电模块500被配置为供电给检测模块200和运放比较模块300。

在具体应用中，检测对象可以为人或者体温与人相同或相似的物体，本实施例以人为检测对象，做进一步说明。

当检测到有人走进检测模块200的探测范围时，检测模块200被触发，产生对应的检测信号，并将之发送到运放比较模块300，但是其输出的检测信号很微弱，不足以让主控模块100判断，因此需要运放比较模块300对该信号进行放大后，和来自主控模块的基准信号进行比对，然后输出一个高低可辨的电平给主控模块100进行判断；主控模块100再相应的控制负载电源开关的通断，具体为，发送开关信号给负载电源开关模块400，在一实施例中，当开关信号为高电平时，负载电源开关模块400使负载电源600给负载700通电，负载700开机工作，采集有用信息；当开关信号为低电平时，负载电源开关模块400断开负载电源600给负载700通电，负载700关机或者待机。

在其他实施例中，也可以设置为当开关信号为低电平时，负载电源开关模块400使负载电源600给负载700通电，负载700开机工作，采集有用信息；当开关信号为高电平时，负载电源开关模块400断开负载电源600给负载700 通电，负载700关机或者待机。

当达到负载700只有在有人走近时即负载700需要工作时，才开机工作，在不需要工作时则处于待机或者关机状态，从而降低了能耗，延长了负载700 的电池电量使用时间，提高整机的续航能力，使得用户避免了频繁给设备充电的麻烦，并且使设备避免因为长期处于工作状态而迅速老化损坏。

在具体应用中，负载电源600为可充电的聚合物锂电池，上述电池管理电路可以广泛应用于需要对人体感应进行开关工作的负载700，例如网络摄像机、节能灯、自动门、自动扶梯或者警报器等设备。在本实用新型中，主要以网络摄像相机为例进行阐述，但是这并不限制本实用新型技术方案的适用范围。

请参阅图1和图2，在一可选实施例中，调节信号由主控模块100提供，主控模块100为带有休眠机制的单片机；其中，单片机U12的信号输出引脚PC0 连接运放比较模块300，用于输出调节信号；单片机U12的信号输入引脚PD6 连接运放比较模块300，用于接收运放比较模块300输出的第二检测信号；单片机U12的控制引脚PE13连接负载电源开关模块400的开关控制脚ON(参见图6)，用于输出开关信号。

上述的单片机U12是一块低功耗的、带有休眠机制的芯片，型号为EFM32ZG210FF32，其中，控制引脚PE13提供负载电源开关模块400开关使能，信号输出引脚PC0用于输出调节信号给运放比较模块300，用于调节检测模块 200的灵敏度，使检测模块200能适应不同的环境，当灵敏度高时，可以检测比较远的距离，但是相对的误触发的概率就越大；相反，当灵敏度低时，检测模块200可以检测的距离就比较近，误触发的概率就会越小。当检测模块200 被触发后，信号输入引脚PD6会被置高，通知单片机U12将负载电源600接通至负载700，使负载700上电。

请参阅图1、2和3，图3为检测模块200的具体电路原理图，检测模块200 包括热释电红外传感器(Passive Infra Red，PIR)202以及安装在热释电红外传感器202外端面的菲涅尔透镜204；其中，热释电红外传感器202的电源端口D接入稳压供电模块500提供的直流电源P2.5V，信号输出端口S接运放比较模块300，接地端口G接地；菲涅尔透镜204用于折射检测信号到热释电红外传感器202上；热释电红外传感器202用于检测在探测区域内是否有检测对象并将对应产生的第一检测信号输出到运放比较模块300。

在具体应用中，热释电红外传感器202检测的移动温度是人体温度，一般在37℃，波长10um左右；直流电源为2.5V。在其他实施例中，也可以将检测的目标温度设置为其他温度，相应的，不一定只检测人体，也可以将其他体温与人体温相同或者相似的移动的动物体设置为检测对象。

在一可选实施例中，采用尼塞拉的型号为RE200BE-9型号的热释电红外传感器，在其上面装上合适的菲涅尔透镜204。菲涅尔透镜204有聚焦作用，即将热释电红外信号折射到热释电红外传感器202上；且菲涅尔透镜204将探测区内分为若干个明区和暗区，使进入探测区的人体能以温度变化的形式在热释电红外传感器202上产生变化的热释红外信号。

热释电红外传感器202通过配合不同的菲涅尔透镜204，可以实现不同距离的检测，距离越大，对应的菲涅尔透镜204体积越大，因此菲涅尔透镜204 需要根据产品的体积和要求进行选择。这样，通过热释电红外传感器202检测负载700在需要使用时开机，不需要使用时关机，可以降低能耗，延长负载700 的电池电量使用时间，使得用户避免频繁给负载电源600充电的麻烦，并且使负载700避免因为长期处于工作状态而迅速老化损坏。

请继续参阅图3，在一实施例中，检测模块200还包括π型RC滤波器，π型RC滤波器连接在热释电红外传感器和直流电源之间，用于滤波。

由于热释电红外传感器202的功耗很小，正常工作时仅有几微安的电流，所以为了进一步降低其受到电源的影响，提高触发的精确度，在具体应用中，增加两个π型RC滤波器滤波。π型RC滤波器由两个电容和一个电阻组成，从而使电源更稳定。

其中一个π型RC滤波器由电阻R37、电容C26和电容C427组成，其中电阻R37的第一端接直流电源P2.5V，电容C26的第一端和电容C427的第一端分别连接电阻R37的第二端和第一端，电容C26的第二端和电容C427的第二端接地。电容C26的第二端连接热释电红外传感器202的接地端口G。

另一个π型RC滤波器由电阻R38、电容C26和电容C27组成，其中电阻R38 的一端连接电阻R37的第二端，电容C26的第一端和电容C27的第一端分别连接电阻R37的第一端和第二端，电容C26的第二端和电容C27的第二端接地。从电容C27和电阻R38之间引出直流电源信号输入热释电红外传感器202的电源端口D，向热释电红外传感器202供电。

通过增加两个π型RC滤波器在直流电源和热释电红外传感器202之间，将电源中不稳定的信号滤除，降低热释电红外传感器202受到电源的影响，提高热释电红外传感器202触发的精确度。在实际测试中，这个措施极大的提高了热释电红外传感器202的判断能力。

请参阅图2、3和4，上述运放比较模块300包括运放比较模块300包括运放比较芯片U25和第一三极管Q1；运放比较芯片U25的输入脚PIR接热释电红外传感器202的输出端，运放比较芯片U25的电源脚VDD接稳压供电模块500 提供的直流电源P2.5V，运放比较芯片U25的输出脚OUT接主控模块100(单片机U12)的信号输入引脚PD6，运放比较芯片U25的感应灵敏度调节脚SENS接第一三极管Q1的集电极，第一三极管Q1的基极接主控模块100的信号输出引脚PC0提供的调节信号，第一三极管Q1的发射极接地。

热释电红外传感器202受到触发后，其输出的检测信号是一个微弱的信号，不足以让单片机U12判断，需要对该信号进行放大后和基准信号进行比对，然后输出一个高低可辨的电平给到单片机U12。

可以理解的是，基准信号即为灵敏度。信号的放大、对比和基准信号的设置如图4。热释电红外传感器202受到触发后，将信号输给运放比较芯片U25 的输入脚PIR，运放比较芯片U25的感应灵敏度调节脚SENS，通过图5的波形输入，可以控制运放比较芯片U25的灵敏度。信号经过放大后，会与基准信号进行比对，并根据比对结果，会在运放比较芯片U25的输出管脚OUT端输出第二检测信号，要么高电平，要么低电平，用于单片机U12进行判断当前的视野是否有人物在移动，一旦检测到人物移动，运放比较芯片U25的输出脚OUT会输出一个高电平，然后单片机U12控制开启设备的电源，设备即可开机工作，对当前的视野进行抓拍和录制。

在具体应用中，热释电红外传感器202检测的移动温度是人体温度，一般在37℃，波长10um左右，因此热释电红外传感器202受到环境温度的影响较大。为了满足需求，通过温度传感器判断，在环境温度较高时，需要主控模块 100和运放比较模块300设置较低的灵敏度；环境温度较低时，可以主控模块 100和运放比较模块300设置较高灵敏度，增大检测的距离。

通过运放比较模块300对热释电红外传感器202检测到的检测信号进行放大、与基准信号进行比对，进一步增强了电路检测的准确性，降低了误触发；通过主控模块100挂载的温度传感器检测环境温度，相应调整灵敏度，即基准信号，降低了电路的工作受环境温度的影响，从而导致误触发。因此，从整体上增强了电路工作的准确性。

请参阅图6，负载电源开关模块400的具体电路原理图。负载电源开关模块 400包括开关芯片U5，开关芯片的输入管脚接负载电源600，开关芯片U5的开关控制脚ON接单片机U12的控制引脚PE13(SYS-PWR-EN)；开关芯片U5的地管脚GND接地；开关芯片U5的输出管脚VOUT接负载700。开关芯片U5被配置为根据开关信号控制负载电源600给负载700上电及掉电。

在具体应用中，当热释电红外传感器202检测到有人在探测范围内移动时，单片机U12就会通过控制引脚PE13置高，设备电源600就通过开关芯片U5的输出管脚VOUT输出给负载600供电，当负载600完成数据采集处理并上传后，单片机U12就会通知开关芯片U5关掉负载电源600，使负载700掉电，等待下个检查信号触发，从而节约了能耗，延长了负载电源600的电池电量使用时间，避免用户需要频繁给设备充电的麻烦，并且使设备避免因为长期处于工作状态而迅速老化损坏。

请参阅图7，本实施例中，稳压供电模块500使用了型号为LP5907MFX的芯片U5，该芯片具有低噪，线性好，精度高，稳定，静态电流好，具有很高的纹波抑制比。因为热释电红外传感器202非常容易受到干扰，电源处理不好，很可能会导致其频繁的误触发，导致后端设备不断起来工作，这样就达不到省电的目的，因此稳压供电模块500的芯片选择十分重要。

请参阅图8，本实用新型第二实施例提供的用电装置的结构示意图。用电装置10包括上述的电池管理电路和负载700；负载700的电源端连接负载电源开关模块400，负载700用于采集数据并上传。在一实施例中，负载700，可选的为需要对人体感应进行开关工作的电器设备，例如网络摄像机、节能灯、自动门、自动扶梯或者警报器等设备。

在本实用新型中，主要以网络摄像相机为例进行阐述，但是这并不限制本实用新型技术方案的适用范围。在具体应用中，网络摄像机开机后，将人物抓拍，录制10秒的视频上传。

请参阅图9，本实用新型第三实施例提供的监控系统的结构示意图。监控系统20包括上述的用电装置10和网络服务器；用电装置10通过有线网络或者无线网络与网络服务器连接；网络服务器被配置为接收并存储用电装置10上传的数据，必要时将数据发送给用户。

在具体应用中，网络摄像机开机后，将人物抓拍，录制10秒的视频上传至网络服务器，网络服务器其接收并存储网络摄像机抓拍、录制的视频数据，再通过有线网络或者无线网络将数据传输给用户，提醒用户查阅，这一系列动作结束后，网络摄像机反馈关机信号到用电装置10当中的主控模块100，主控模块100相应控制设备电源模块400关掉网络摄像机电源总闸，使网络摄像机掉电，等待下一次热释电红外传感器202触发。

本实用新型提供的电池管理电路和装置，通过检测模块检测信号，并将检测到的信号发送给运放比较电路，进行处理后与基准信号比对，并发出第一电平信号给主控模块，主控模块相应输出开关信号控制设备电源的通断，电路具备自适应性，使得设备只在有人体靠近、即需要采集数据时才通电工作，从而节约了能耗，延长了设备的电池电量使用时间，使得用户避免了频繁给设备充电的麻烦，并且使设备避免因为长期处于工作状态而迅速老化损坏。

以上仅所述为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池管理电路，其特征在于，包括：

检测模块，被配置为检测预设范围内是否有检测对象，并输出第一检测信号；

运放比较模块，与所述检测模块相连，被配置为对所述第一检测信号进行运算放大后与基准信号进行比较，并根据比较结果输出第二检测信号；

主控模块，与所述运放比较模块相连，被配置接收所述第二检测信号和来自负载反馈的关机信号，根据所述第二检测信号或所述关机信号输出开关信号；

负载电源开关模块，与所述主控模块、负载电源及负载连接，根据所述开关信号控制所述负载电源和所述负载之间供电线路的通断；及

稳压供电模块，与所述检测模块以及所述运放比较模块相连，被配置为给所述检测模块和所述运放比较模块提供稳定电压。

2.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述检测模块包括热释电红外传感器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容及第三电容；

在所述热释电红外传感器探头外端装有匹配要求的菲涅尔透镜；所述热释电红外传感器的电源端接于所述第二电阻第二端，所述第二电阻的第一端接所述第一电阻的第二端，所述第一电阻的第一端接所述稳压供电电源；所述第三电容的第一端接所述第二电容的第二端，所述第三电容的第二端接地；所述第一电容第一端接于所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端的共接结点，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端接电源，所述第二电容的第二端接地；所述热释电红外传感器的输出端接所述运放比较模块的输入端，所述热释电红外传感器的地端接地。

3.如权利要求2所述的电池管理电路，其特征在于，所述预设范围为热释电红外传感器可探测范围。

4.如权利要求2所述的电池管理电路，其特征在于，所述运放比较模块包括运放比较芯片和第一三极管；

所述运放比较芯片的输入脚接所述热释电红外传感器的输出端，所述运放比较芯片的电源脚接所述稳压供电模块，所述运放比较芯片的输出脚作为所述运放比较模块的输出端接所述主控模块，所述运放比较芯片的感应灵敏度调节脚接所述第一三极管的集电极，所述第一三极管的基极接所述主控模块，所述第一三极管的发射极接地。

5.如权利要求4所述的电池管理电路，其特征在于，所述主控模块包括单片机；

所述单片机的控制引脚接所述负载电源开关模块的开关控制脚；所述单片机的信号输出引脚接所述运放比较模块的所述第一三极管的基极；所述单片机的信号输入引脚接所述运放比较模块的输出端。

6.如权利要求5所述的电池管理电路，其特征在于，所述负载电源开关模块包括开关芯片，所述开关芯片的开关控制脚接所述单片机的控制引脚；所述开关芯片的地管脚接地；所述开关芯片的输出管脚接所述负载；所述开关芯片的输入管脚接负载电源。

7.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的电池管理电路和负载；

所述负载的电源端连接所述负载电源开关模块，被配置为采集数据并上传以及反馈所述关机信号给所述主控模块。

8.如权利要求7所述的用电装置，其特征在于，所述负载包括网络摄像头。

9.一种监控系统，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的用电装置和网络服务器；

所述用电装置通过网络与所述网络服务器连接；所述网络服务器被配置为接收并存储所述用电装置上传的数据。