CN210864912U - 一种智能货柜的电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能货柜的电源电路。该电源电路包括STM32F103VET6芯片以及与该芯片电连接的锂电池充放电电路、电源降压转换电路、门锁信号检测和控制电路，锂电池充放电电路包括锂电池充电电路和锂电池放电电路；市电和锂电池均通过电源输入接口接入锂电池充放电电路、电源降压转换电路，锂电池放电电路的输出端通过电源输出接口为智能货柜供电；电源降压转换电路，将输入的直流电压通过降压芯片转换；门锁信号检测和控制电路与锂电池放电电路连接，用于检测智能货柜的门锁信号，以及使能智能货柜门锁的开锁或上锁。本实用新型保障了市电停电瞬间智能货柜正在进行订单交易的顺利完成，以及完成之后的顺利上锁，降低了货损率。

Description

一种智能货柜的电源电路

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，特别是一种智能货柜的电源电路。

背景技术

新零售行业由于无人货架的货损率过高，导致了无人货架的退潮，无人智能货柜将是无人货架未来发展的重要方向之一。不同于无人货架的粗放管理和运营，智能货柜能够有效解决货损，同时在技术上也提出了更高的要求。

目前在智能货柜控制领域，没有在货柜控制系统中增加备用电源，因此顾客在开门购物时，如果遇到市电停电，将导致订单无法继续进行，这样大大降低了消费者的购物体验。更糟糕的情况是如果货柜门处于打开状态时停电，门锁断电后会自动落锁，导致货柜无法顺利关门，增加了商品丢失的风险。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够降低货损率的智能货柜的电源电路，以保障市电停电瞬间智能货柜正在进行订单交易的顺利完成，以及完成之后的顺利上锁。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种智能货柜的电源电路，包括STM32F103VET6芯片以及与STM32F103VET6芯片电连接的锂电池充放电电路、电源降压转换电路、门锁信号检测和控制电路，所述锂电池充放电电路包括锂电池充电电路和锂电池放电电路；

市电和锂电池均通过电源输入接口接入锂电池充放电电路、电源降压转换电路，锂电池放电电路的输出端通过电源输出接口为智能货柜供电；所述电源降压转换电路，将输入的直流电压12V通过降压芯片转换成3.3V和5V；所述门锁信号检测和控制电路与锂电池放电电路连接。

进一步地，该电路还包括与STM32F103VET6芯片电连接的传感器信号检测电路，所述传感器信号检测电路用于检测外部传感器信号。

进一步地，该电路还包括与STM32F103VET6芯片连接的RS232电路和RS485电路；

所述RS232电路，用于与具有同样RS232功能的外部设备通讯，以及用于智能货柜与工控机之间的通讯；

所述RS485电路，用于与具有同样RS485功能的外部设备通讯。

进一步地，该电路还包括与STM32F103VET6芯片电连接的继电器电路，所述继电器电路用于使能智能货柜照明灯的亮灭。

进一步地，电源降压转换电路中采用的降压芯片为德州仪器Texas Instruments半导体公司的LM2596-5.0，该降压芯片的封装为TO-263，支持最大45V的输入电压，输出电流最大为3A。

进一步地，所述锂电池充电电路使用长电科技型号为CJU40P04的P沟道MOS管作为开关，该MOS管最大漏-源电压VDSS为-40V，最大漏-源电流ID为-40A，导通内阻RDS为14mΩ，封装为TO-252-2L。

进一步地，所述锂电池放电电路使用阿尔法和欧米茄半导体公司的P沟道MOS管AO4405作为开关，该MOS管最大漏-源电压VDSS为-30V，最大漏-源电流ID为-6A，导通内阻RDS为50mΩ，封装为SOIC-8。

进一步地，所述锂电池充电电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管、P沟道MOS管、滤波电感、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第三稳压二极管、第一发光二极管、电解电容、无极性电容、第一集成电路；所述第一集成电路是型号为DC-005A的直流插座；

电池充电端CHARGE与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接，第六电阻的另一端同时与第一三极管的B端连接，第二电阻的另一端和第一三极管的E端一同接地，第一三极管的C端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与第四电阻的一端连接，第三电阻的另一端同时与P沟道MOS管的栅极连接，第四电阻的另一端与P沟道MOS管的源极连接的同时与供电电压VCC连接，P沟道MOS管的漏极与第一稳压二极管的正极连接，第一稳压二极管的负极与第二稳压二极管负极连接，第二稳压二极管正极接地，第一稳压二极管的负极同时与滤波电感连接，滤波电感的另一端与电解电容的正极连接，电解电容的负极接地，滤波电感的另一端同时与无极性电容的一端连接，无极性电容另一端接地，无极性电容的一端与第三稳压二极管的正极连接，无极性电容的一端同时与第五电阻的一端连接，第五电阻的另一端与第一发光二极管的正极连接，第一发光二极管的负极接地，第三稳压二极管的负极与电池连接，第三稳压二极管的负极同时与第一集成电路的引脚1连接，第一集成电路的引脚2、3接地。

进一步地，所述锂电池放电电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二三极管、第二集成电路、第三集成电路、第四稳压二极管、第五稳压二极管、第二发光二极管；所述第二集成电路的型号为AO4405，所述第三集成电路的型号为TS-13P-A1-2-Q；

电池放电端DISCHARGE与第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端与第七电阻的一端连接，第六电阻的另一端同时与第二三极管的B端连接，第七电阻的另一端和第二三极管的E端一同接地，第二三极管的C端与第八电阻的一端连接，第八电阻的另一端与第九电阻的一端连接，第八电阻的另一端同时与第二集成电路的引脚4连接，第九电阻的另一端与第二集成电路的引脚1、2、3连接的同时与电池连接，第二集成电路的引脚5、6、7、8与第十电阻连接的同时与第四稳压二极管的正极连接，第十电阻的另一端与第二发光二极管正极连接，第二发光二极管的负极接地，第四稳压二极管的负极与第五稳压二极管负极连接，第五稳压二极管正极与供电电压VCC连接，第四稳压二极管的负极同时与第三集成电路的引脚2连接，第三集成电路的引脚3与供电电源VDD连接，第三集成电路的引脚1、4、5不与电路连接。

进一步地，所述门锁信号检测和控制电路包括门信号和锁信号检测电路、门锁控制信号电路；

所述门信号和锁信号检测电路中，门信号和锁信号的两根信号线一端接STM32F103VET6芯片对应IO口，另一端接地GND；

门锁控制信号电路采用NPN型三极管SS8050，当三极管的集电极和发射极导通时，门锁开锁，当三极管的集电极和发射极断开时，门锁上锁。

本实用性与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过电压检测功能，市电掉电瞬间，锂电池立即开启放电，能实现电源不间断，电路结构简单、可靠性强；(2)保障了市电停电瞬间智能货柜正在进行订单交易的顺利完成，并保护货柜门锁的正常关闭，保障了停电后货柜内商品的安全，降低了货损率。

附图说明

图1为本实用新型智能货柜的电源电路的结构图。

图2为实施例中智能货柜的电源切换示意图。

图3为实施例中STM32F103VET6芯片的封装图。

图4为实施例中锂电池放电电路的结构示意图。

图5为实施例中锂电池充电电路的结构示意图。

图6为实施例中锂电池电压和电源电压采样电路的结构示意图。

图7为实施例中RS232电路的结构示意图。

图8为实施例中RS485电路的结构示意图。

图9为实施例中门信号和锁信号检测电路的结构示意图。

图10为实施例中门锁控制信号电路的结构示意图。

图11为实施例中继电器控制电路的结构示意图。

图12为实施例中外部信号检测电路的结构示意图。

具体实施方式

结合图1，本实用新型智能货柜的电源电路，包括STM32F103VET6芯片以及与STM32F103VET6芯片电连接的锂电池充放电电路、电源降压转换电路、门锁信号检测和控制电路，所述锂电池充放电电路包括锂电池充电电路和锂电池放电电路；

市电和锂电池均通过电源输入接口接入锂电池充放电电路、电源降压转换电路，锂电池放电电路的输出端通过电源输出接口为智能货柜供电；所述电源降压转换电路，将输入的直流电压12V通过降压芯片转换成3.3V和5V；所述门锁信号检测和控制电路与锂电池放电电路连接，用于检测智能货柜的门锁信号，以及使能智能货柜门锁的开锁或上锁。

进一步地，本实用新型智能货柜的电源电路，还包括与STM32F103VET6芯片电连接的传感器信号检测电路，所述传感器信号检测电路用于检测外部传感器信号。

进一步地，本实用新型智能货柜的电源电路，还包括与STM32F103VET6芯片连接的RS232电路和RS485电路；

所述RS232电路，用于与具有同样RS232功能的外部设备通讯，以及用于智能货柜与工控机之间的通讯；

所述RS485电路，用于与具有同样RS485功能的外部设备通讯。

进一步地，本实用新型智能货柜的电源电路，还包括与STM32F103VET6芯片电连接的继电器电路，所述继电器电路用于使能智能货柜照明灯的亮灭。

作为一种具体实施例，电源降压转换电路中采用的降压芯片为德州仪器(TexasInstruments)半导体公司的LM2596-5.0，该降压芯片的封装为TO-263，支持最大45V的输入电压，输出电流最大为3A。

作为一种具体实施例，所述锂电池充电电路使用长电科技型号为CJU40P04的P沟道MOS管作为开关，该MOS管最大漏-源电压VDSS为-40V，最大漏-源电流ID为-40A，导通内阻RDS为14mΩ，封装为TO-252-2L。

作为一种具体实施例，所述锂电池放电电路使用阿尔法和欧米茄半导体公司的P沟道MOS管AO4405作为开关，该MOS管最大漏-源电压VDSS为-30V，最大漏-源电流ID为-6A，导通内阻RDS为50mΩ，封装为SOIC-8。

作为一种具体实施例，所述锂电池充电电路包括第一电阻R8、第二电阻R9、第三电阻R11、第四电阻R10、第五电阻R7、第一三极管Q2、P沟道MOS管Q1、滤波电感L2、第一稳压二极管D3、第二稳压二极管D5、第三稳压二极管D4、第一发光二极管D2、电解电容C64、无极性电容C65、第一集成电路P1；所述第一集成电路P1是型号为DC-005A的直流插座；

电池充电端CHARGE与第一电阻R8的一端连接，第一电阻R8的另一端与第二电阻R9的一端连接，第六电阻R12的另一端同时与第一三极管Q2的B端连接，第二电阻R9的另一端和第一三极管Q2的E端一同接地，第一三极管Q2的C端与第三电阻R11的一端连接，第三电阻R11的另一端与第四电阻R10的一端连接，第三电阻R11的另一端同时与P沟道MOS管Q1的栅极连接，第四电阻R10的另一端与P沟道MOS管Q1的源极连接的同时与供电电压VCC连接，P沟道MOS管Q1的漏极与第一稳压二极管D3的正极连接，第一稳压二极管D3的负极与第二稳压二极管D5负极连接，第二稳压二极管D5正极接地，第一稳压二极管D3的负极同时与滤波电感L2连接，滤波电感L2的另一端与电解电容C64的正极连接，电解电容C64的负极接地，滤波电感L2的另一端同时与无极性电容C65的一端连接，无极性电容C65另一端接地，无极性电容C65的一端与第三稳压二极管D4的正极连接，无极性电容C65的一端同时与第五电阻R7的一端连接，第五电阻R7的另一端与第一发光二极管D2的正极连接，第一发光二极管D2的负极接地，第三稳压二极管D4的负极与电池连接，第三稳压二极管D4的负极同时与第一集成电路P1的引脚1连接，第一集成电路P1的引脚2、3接地。

作为一种具体实施例，所述锂电池放电电路包括第六电阻R12、第七电阻R13、第八电阻R19、第九电阻R16、第十电阻R164、第二三极管Q3、第二集成电路U8、第三集成电路P21、第四稳压二极管D6、第五稳压二极管D8、第二发光二极管D33；所述第二集成电路U8的型号为AO4405，所述第三集成电路P21的型号为TS-13P-A1-2-Q；

电池放电端DISCHARGE与第六电阻R12的一端连接，第六电阻R12的另一端与第七电阻R13的一端连接，第六电阻R12的另一端同时与第二三极管Q3的B端连接，第七电阻R13的另一端和第二三极管Q3的E端一同接地，第二三极管Q3的C端与第八电阻R19的一端连接，第八电阻R19的另一端与第九电阻R16的一端连接，第八电阻R19的另一端同时与第二集成电路U8的引脚4连接，第九电阻R16的另一端与第二集成电路U8的引脚1、2、3连接的同时与电池连接，第二集成电路U8的引脚5、6、7、8与第十电阻R164连接的同时与第四稳压二极管D6的正极连接，第十电阻R164的另一端与第二发光二极管D33正极连接，第二发光二极管D33的负极接地，第四稳压二极管D6的负极与第五稳压二极管D8负极连接，第五稳压二极管D8正极与供电电压VCC连接，第四稳压二极管D6的负极同时与第三集成电路P21的引脚2连接，第三集成电路P21的引脚3与供电电源VDD连接，第三集成电路P21的引脚1、4、5不与电路连接。

作为一种具体实施例，所述门锁信号检测和控制电路包括门信号和锁信号检测电路、门锁控制信号电路；

所述门信号和锁信号检测电路中，门信号和锁信号的两根信号线一端接STM32F103VET6芯片对应IO口，另一端接地GND；

门锁控制信号电路采用NPN型三极管SS8050，当三极管的集电极和发射极导通时，门锁开锁，当三极管的集电极和发射极断开时，门锁上锁。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

实施例

本实施例基于STM32F103VET6芯片的智能货柜的电源电路，包括货柜主控板电源(市电和锂电池)电压检测、备用电源切换、备用电源充放电、称重传感器电源供电、货柜开关门门锁控制、外部传感器信号检测、RS232通讯、RS485通讯、继电器控制。

本实施例智能货柜的电源电路，包括STM32F103VET6芯片以及与STM32F103VET6芯片电连接的锂电池充放电电路、电源降压转换电路、门锁信号检测电路，所述锂电池充放电电路包括锂电池充电电路和锂电池放电电路，其中：

市电和锂电池均通过电源输入接口接入锂电池充放电电路、电源降压转换电路，锂电池放电电路的输出端通过电源输出接口为智能货柜供电；

市电供电时，锂电池放电电路不工作，当市电断电时，锂电池放电电路工作，由锂电池为智能货柜供电；

所述门锁信号检测电路，用于智能货柜的门锁信号检测和开关门控制；

所述电源降压转换电路，将输入的直流电压12V通过降压IC转换成STM32F103VET6芯片所需要的工作电压3.3V和传感器所需要的5V；本实用新型使用的降压芯片为德州仪器(Texas Instruments)半导体公司的LM2596-5.0，该降压芯片的封装为TO-263，支持最大45V的输入电压，输出电流最大为3A，有自适应版本和固定输出版本，本实用新型使用的是固定输出版本。

本实施例智能货柜的电源电路，还包括与STM32F103VET6芯片电连接的传感器信号检测电路，所述传感器信号检测电路用于检测外部传感器信号。

本实施例智能货柜的电源电路，还包括与STM32F103VET6芯片电连接的RS232电路和RS485电路；

所述RS232电路，用于与具有同样RS232功能的外设通讯，以及用于智能货柜与工控机之间的通讯，向工控机上报智能货柜的开关门信息，同时接收开关门命令；

所述RS485电路，用于与具有同样RS485功能的外设通讯。

本实施例智能货柜的电源电路，还包括括与STM32F103VET6芯片电连接的继电器控制电路，所述继电器控制电路用于控制智能货柜照明灯的亮灭。

充电电路使用江苏长电的CJU40P04型号P沟道MOS管作为开关控制充电电路的通断。该MOS管最大漏-源电压VDSS为-40V，最大漏-源电流ID为-40A，导通内阻RDS为14mΩ，封装为TO-252-2L。

放电电路使用阿尔法和欧米茄半导体的产品P沟道MOS管AO4405作为开关控制放电电路的通断。该MOS管最大漏-源电压VDSS为-30V，最大漏-源电流ID为-6A，导通内阻RDS为50mΩ，封装为SOIC-8。

STM32F103VET6芯片通过内部的A/D转换，将采样电路实时采集的电源电压和锂电池的电压转换为能够识别的电压，采集频率为1ms，采样电路使用电阻分压的方式，使采样电压在STM32F103VET6芯片的采样范围内(0-3.3v)，STM32F103VET6芯片的I/O口需设置为模拟输入模式。比如R24(15K)和R26(4.7K)阻值分压，锂电池电压12V时，R26两端电压为:

Vad＝(12*4.7k)/(15k+4.7k)＝2.86V,处于0-3.3V的范围内，所以STM32F103VET6芯片采集到的电压经内部A/D转换，识别出电压Vad＝2.86V，从而判断锂电池电压为12V；当锂电池电压或者电源电压逐渐降低时，Vad的值也会逐渐减小，最小为0V。

当采集到的电源电压开始低于12V并持续降低时，STM32F103VET6芯片会通过三极管Q3控制MOS管U8打开，使锂电池开始放电，保证电路板及电控系统不会掉电。当STM32F103VET6芯片检测到电源电压恢复至12V并稳定是，会再通过Q3关闭MOS管Q8，锂电池不再放电，同时会通过A/D采集到的锂电池电压判断锂电池是否需要充电，如果锂电池电压过低，STM32F103VET6芯片会通过三极管Q2控制MOS管Q2打开，利用市电给锂电池充电，当锂电池的电量充满，STM32F103VET6芯片会再次通过三极管Q2控制MOS管Q2关闭，不再进行充电。

本实施例选取电压DC12V、容量5600ma的直流锂电池作为智能货柜控制板的UPS不间断电源，不仅体积小，而且质量轻便，便于安装，放电后只需充满电即可重复使用，控制板时刻检测市电状态和锂电池电压。本实施例使用的锂电池由于是和市电12V处于并行状态，即二选一，在有市电供电时，锂电池是不放电的，即处于待机状态，在控制板检测到市电断电瞬间，同时打开锂电池放电，为控制板继续供电一段时间，来保证订单交易的继续进行，供电时间可任意设置，可以待最后一笔交易完成，检测到关门并落锁，自动断电，也可以继续维持段时间，再自动断电，等待市电恢复，市电恢复后，如果检测到锂电池电量不满，还可以通过市电对锂电池充电，充电完成后循环使用。

步骤一：控制板每隔1ms检测一次市电电压和锂电池电压；

步骤二：检测到市电断电，控制板打开锂电池放电；

步骤三：检测到锂电池放电至一定电压而且交易完成后门处于关门状态，或则此时市电恢复，关掉锂电池放电；

步骤四：等待至市电恢复，检测是否对锂电池充电。锂电池充满电后处于待机状态；

以上流程循环往复。

结合图2～12，对本实施例智能货柜的电源电路的各部分电路进行如下具体阐述。

图1为MCU板功能电路模块布局图示：MCU板主要包括锂电池充放电电路、电源降压电路、门锁信号检测和控制电路、传感器信号检测电路、RS232电路、RS485电路、继电器控制电路，并能够为外设提供5V、12V电源接口。

如图2所示，市电和锂电池同时接入MCU板，市电作为主电源，锂电池作为备用电源，同时MCU板起到一直监测市电和锂电池的电压和控制锂电池的充电和放电的作用，市电供电时，锂电池是不被打开放电的，当MCU检测到市电断电时，瞬间打开锂电池放电，保证控制板不会因掉电而丢失当前数据，从而保证当前的交易继续进行，直至购物结束。

锂电池放电过程中，MCU板会自动检测货柜门的状态，如果是处于关门上锁状态，MCU板此时可以自动关闭锂电池放电，从而使整个系统断电，等待市电恢复。

市电恢复后，MCU板可以根据锂电池的当前电压状态来判断是否需要对其进行充电，如果锂电池电压处于设置的需充电电压范围之内，则对其充电，当充电值达到设定值，停止充电。

1、STM32F103VET6芯片引脚图

图3为STM32F103VET6芯片引脚封装图，接口功能及参数如下：

内核：ARM 32位的内核为Cortex^TM-M3的CPU；

主频：最高72MHz工作频率；

I/O数目：80个；

Flash：具有512K字节的闪存程序存储器；

Ram：高达64K字节的SRAM；

调试接口：串行单线调试(SWD)和JTAG接口；

A/D转换器：3个12位A/D模数转换器,1μs转换时间；

DMA：12通道DMA控制器；

定时器：多达11个定时器；

功耗：低功耗；

封装：LQFP100。

2、放电电路

图4为锂电池放电电路，放电电路的U8使用阿尔法和欧米茄半导体的产品P沟道MOS管AO4405作为开关控制放电电路的通断。该MOS管最大漏-源电压VDSS为-30V，最大漏-源电流ID为-6A，导通内阻RDS为50mΩ，封装为SOIC-8。由于锂电池的放电电流最大为2A，故MOS管的发热功率很小，也不会产生过热现象。三极管Q2使用型号为SS8050，NPN型，集电极电压为40V，集电极电流为1.5A。

STM32F103VET6芯片会通过采样电路实时采集电源电压和锂电池的电压，采集频率为1ms，使用内部的A/D转换电路，转换成所需电压信号，当采集到的电源电压开始低于12V并持续降低时，STM32F103VET6芯片会通过三极管Q3控制MOS管U8打开，使锂电池开始放电，保证电路板及电控系统不会掉电，当STM32F103VET6芯片检测到市电电源电压恢复至12V并稳定时，会再通过Q3关闭MOS管U8，锂电池不再放电。

当STM32F103VET6芯片检测到市电电压VCC_12V下降瞬间，STM32F103VET6芯片控制三极管Q3的导通，进而控制场效应管Q4的导通，保证负载端的电压不会下降到控制板关机的范围，从而实现了保持控制板电压不间断的功能。当STM32F103VET6芯片检测到市电VCC_12V恢复至稳定状态，STM32F103VET6芯片会关闭三极管Q3进而关闭场效应管Q4，达到关闭锂电池放电的功能。当锂电池放电期间，系统会自动判断这段时间是否有订单交易在进行，如果有，系统会等待货柜交易完成，成功关门上锁后，自动断电，避免锂电池的电量耗尽，同时等待下次市电恢复，系统重新上电复位，开启新的循环周期。

3、充电电路

图5为锂电池的充电电路，充电电路的Q1为江苏长电的P沟道MOS管CJU40P04，作为开关控制充电电路的通断。该MOS管最大漏-源电压VDSS为-40V，最大漏-源电流ID为-40A，导通内阻RDS为14mΩ，封装为TO-252-2L。由于锂电池的充电电流最大能达到2-3A，故MOS管的发热功率很小，不会产生过热现象。三极管Q2使用型号为SS8050，NPN型，集电极电压为40V，集电极电流为1.5A。

市电电源电压恢复后，STM32F103VET6芯片会通过采样电路，使用内部A/D转换采集到的锂电池电压，判断锂电池是否需要充电，如果锂电池电压过低，STM32F103VET6芯片会通过三极管Q2控制MOS管Q1打开，利用市电给锂电池充电，当锂电池的电量充满，STM32F103VET6芯片会再次通过三极管Q2控制MOS管Q1关闭，不再进行充电。

STM32F103VET6芯片充电控制信号通过控制三极管Q2的通断进而控制场效应管Q1的开启和关闭，来达到控制电源12V的通断，当STM32F103VET6芯片检测到锂电池需要充电，STM32F103VET6芯片控制三极管Q2导通，Q2导通进一步使Q1导通，进而打开市电12V给锂电池充电，电池电量充满后，STM32F103VET6芯片关闭Q2，进而关闭Q1，断开12V，停止给锂电池的充电。

图6为锂电池电压和电源电压采样电路，STM32F103VET6芯片通过内部的A/D转换，将采样电路实时采集的电源电压和锂电池的电压转换为能够识别的电压，采集频率为1ms，采样电路使用电阻分压的方式，使采样电压在STM32F103VET6芯片的采样范围内(0-3.3v)，STM32F103VET6芯片的I/O口需设置为模拟输入模式。比如R24(15K)和R26(4.7K)阻值分压，锂电池电压12V时，R26两端电压为:

Vad＝(12*4.7k)/(15k+4.7k)＝2.86V处于0-3.3V的范围内，所以STM32F103VET6芯片采集到的电压经内部A/D转换，识别出电压Vad＝2.86V，从而判断锂电池电压为12V；当锂电池电压或者电源电压逐渐降低时，Vad的值也会逐渐减小，最小为0V。

当采集到的电源电压开始低于12V并持续降低时，STM32F103VET6芯片会通过三极管Q3控制MOS管U8打开，使锂电池开始放电，保证电路板及电控系统不会掉电。当STM32F103VET6芯片检测到电源电压恢复至12V并稳定是，会再通过Q3关闭MOS管Q8，锂电池不再放电，同时会通过A/D采集到的锂电池电压判断锂电池是否需要充电，如果锂电池电压过低，STM32F103VET6芯片会通过三极管Q2控制MOS管Q2打开，利用市电给锂电池充电，当锂电池的电量充满，STM32F103VET6芯片会再次通过三极管Q2控制MOS管Q2关闭，不再进行充电。

4、RS232电路

图7为RS232电路，此电路使用SIPEX(西伯斯公司)的RS-232电平转换芯片，产品型号为SP3232EEN，SOIC-16封装，工作电压3.3V-5V，满负荷时的最小数据速率为120Kbps，可以将STM32F103VET6芯片串口1的TTL电平转换为RS-232电平，可以与同样具有该电平接口的设备实现串通讯。

5、RS485电路

图8为RS485电路，此功能电路使用SIPEX(西伯斯公司)的产品SP3485EN-L/TR，是一款3.3V低功耗半双工收发器符合RS-485和RS-422串行协议的规范，3.3V单电源供电，封装SOIC-8，串行上最多允许32个收发器，驱动器输出短路保护，数据速率为10Mbps。该芯片可以将串口的TTL电平转换成差分信号，再与同样接口的外设通讯，由于差分信抑制共模干扰，可以适应复杂的工业现场环境，有效的提高通信的可靠性，传输速度更快。此电路的功能为备用功能，用于与具有同样RS485功能的外设通讯。

6、门锁信号检测电路和门锁控制信号电路

图9为门信号和锁信号检测电路，门信号和锁信号的检测电路使用STM32F103VET6芯片的输入检测功能，将STM32F103VET6芯片的IO设置成为输入状态，由于有外部上拉3.3V，故该IO口检测到外部低电平时，就可以判断信号的变化。门信号和锁信号的两根信号线变化时是相当于一个开关的通断，所以当信号的一端接对应IO口，另一端接板子的地GND，当开关闭合，IO口检测到低电平，当开关断开，IO口检测到3.3V高电平，所以信号变化就在3.3v和0之间变化，这样就实现了门信号和锁信号的采集。

图10为门锁控制信号电路，门的控制信号是门锁的控制信号为低电平时，就开锁，相反，就上锁，该电路是利用三极管Q7的开关原理，来实现控制信号的高低变化的，三极管型号为SS8050，NPN型，当三极管的集电极和发射极导通时，门锁的控制信号也接地，变为低电平，此时门锁开锁，当三极管的集电极和发射极断开时，门锁上锁。

门锁信号检测电路和门锁控制信号电路主要用于门锁信号检测和开关门控制。

7、继电器控制电路

图11为继电器控制电路，此电路同样使用三极管的开关原理来控制继电器的开关，三极管Q5型号为SS8050，NPN型，U13为光耦隔离器EL357N，STM32F103VET6芯片通过控制光耦输出端的通断进而控制三极管的导通关闭，使继电器线圈得电和失电，从而实现继电器开关的转换，继电器型号为松乐继电器，型号为SRD-12V-SL-C，线圈电压12V，一组转换。可以控制弱电信号，也可以控制强电(0V-220V，10A)的通断。

8、传感器信号检测

图12为外部信号检测电路，此电路使用光耦隔离器EL357N实现外部传感器的高电压信号的隔离，并转换为0-3.3V的弱电压信号，使信号电压处在STM32F103VET6芯片能够检测的电压范围。同时STM32F103VET6芯片对应的I/O口需要设置为输入检测功能，由于光耦的输入端都处于悬空状态，所以该电路既可以检测NPN型传感器信号也可以检测PNP型传感器信号。能够检测的外部传感器信号比如5V、12V、24V的光电开关传感器信号、接近开关传感器信号，既能检测它们输出的低电平信号也能检测它们输出的高电平信号。当检测高电平时(即PNP输出)，OUTSIG1_P端接传感器的输出信号，OUTSIG1_N接GND即可；当检测低电平时(即NPN输出)，OUTSIG1_P端接传感器的电源正极，OUTSIG1_N接传感器的信号输出端即可。

本实用新型智能货柜的电源电路，在市电断电后，保证了顾客购买商品交易订单的顺利完成，并在购物结束后进行关门上锁，提升购物体验的同时降低了货损率。

本实用新型未对程序做出任何改进，所有程序均为现有技术。

Claims (10)

1.一种智能货柜的电源电路，其特征在于，包括STM32F103VET6芯片以及与STM32F103VET6芯片电连接的锂电池充放电电路、电源降压转换电路、门锁信号检测和控制电路，所述锂电池充放电电路包括锂电池充电电路和锂电池放电电路；

市电和锂电池均通过电源输入接口接入锂电池充放电电路、电源降压转换电路，锂电池放电电路的输出端通过电源输出接口为智能货柜供电；所述电源降压转换电路，将输入的直流电压12V通过降压芯片转换成3.3V和5V；所述门锁信号检测和控制电路与锂电池放电电路连接。

2.根据权利要求1所述的智能货柜的电源电路，其特征在于，该电路还包括与STM32F103VET6芯片电连接的传感器信号检测电路，所述传感器信号检测电路用于检测外部传感器信号。

3.根据权利要求1所述的智能货柜的电源电路，其特征在于，该电路还包括与STM32F103VET6芯片连接的RS232电路和RS485电路；

所述RS232电路，用于与具有同样RS232功能的外部设备通讯，以及用于智能货柜与工控机之间的通讯；

所述RS485电路，用于与具有同样RS485功能的外部设备通讯。

4.根据权利要求1所述的智能货柜的电源电路，其特征在于，该电路还包括与STM32F103VET6芯片电连接的继电器电路，所述继电器电路用于使能智能货柜照明灯的亮灭。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的智能货柜的电源电路，其特征在于，电源降压转换电路中采用的降压芯片为德州仪器Texas Instruments半导体公司的LM2596-5.0，该降压芯片的封装为TO-263，支持最大45V的输入电压，输出电流最大为3A。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的智能货柜的电源电路，其特征在于，所述锂电池充电电路使用长电科技型号为CJU40P04的P沟道MOS管作为开关，该MOS管最大漏-源电压VDSS为-40V，最大漏-源电流ID为-40A，导通内阻RDS为14mΩ，封装为TO-252-2L。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的智能货柜的电源电路，其特征在于，所述锂电池放电电路使用阿尔法和欧米茄半导体公司的P沟道MOS管AO4405作为开关，该MOS管最大漏-源电压VDSS为-30V，最大漏-源电流ID为-6A，导通内阻RDS为50mΩ，封装为SOIC-8。

8.根据权利要求6所述的智能货柜的电源电路，其特征在于，所述锂电池充电电路包括第一电阻(R8)、第二电阻(R9)、第三电阻(R11)、第四电阻(R10)、第五电阻(R7)、第一三极管(Q2)、P沟道MOS管(Q1)、滤波电感(L2)、第一稳压二极管(D3)、第二稳压二极管(D5)、第三稳压二极管(D4)、第一发光二极管(D2)、电解电容(C64)、无极性电容(C65)、第一集成电路(P1)；所述第一集成电路(P1)是型号为DC-005A的直流插座；

电池充电端CHARGE与第一电阻(R8)的一端连接，第一电阻(R8)的另一端与第二电阻(R9)的一端连接，第六电阻(R12)的另一端同时与第一三极管(Q2)的B端连接，第二电阻(R9)的另一端和第一三极管(Q2)的E端一同接地，第一三极管(Q2)的C端与第三电阻(R11)的一端连接，第三电阻(R11)的另一端与第四电阻(R10)的一端连接，第三电阻(R11)的另一端同时与P沟道MOS管(Q1)的栅极连接，第四电阻(R10)的另一端与P沟道MOS管(Q1)的源极连接的同时与供电电压VCC连接，P沟道MOS管(Q1)的漏极与第一稳压二极管(D3)的正极连接，第一稳压二极管(D3)的负极与第二稳压二极管(D5)负极连接，第二稳压二极管(D5)正极接地，第一稳压二极管(D3)的负极同时与滤波电感(L2)连接，滤波电感(L2)的另一端与电解电容(C64)的正极连接，电解电容(C64)的负极接地，滤波电感(L2)的另一端同时与无极性电容(C65)的一端连接，无极性电容(C65)另一端接地，无极性电容(C65)的一端与第三稳压二极管(D4)的正极连接，无极性电容(C65)的一端同时与第五电阻(R7)的一端连接，第五电阻(R7)的另一端与第一发光二极管(D2)的正极连接，第一发光二极管(D2)的负极接地，第三稳压二极管(D4)的负极与电池连接，第三稳压二极管(D4)的负极同时与第一集成电路(P1)的引脚1连接，第一集成电路(P1)的引脚2、3接地。

9.根据权利要求7所述的智能货柜的电源电路，其特征在于，所述锂电池放电电路包括第六电阻(R12)、第七电阻(R13)、第八电阻(R19)、第九电阻(R16)、第十电阻(R164)、第二三极管(Q3)、第二集成电路(U8)、第三集成电路(P21)、第四稳压二极管(D6)、第五稳压二极管(D8)、第二发光二极管(D33)；所述第二集成电路(U8)的型号为AO4405，所述第三集成电路(P21)的型号为TS-13P-A1-2-Q；

电池放电端DISCHARGE与第六电阻(R12)的一端连接，第六电阻(R12)的另一端与第七电阻(R13)的一端连接，第六电阻(R12)的另一端同时与第二三极管(Q3)的B端连接，第七电阻(R13)的另一端和第二三极管(Q3)的E端一同接地，第二三极管(Q3)的C端与第八电阻(R19)的一端连接，第八电阻(R19)的另一端与第九电阻(R16)的一端连接，第八电阻(R19)的另一端同时与第二集成电路(U8)的引脚4连接，第九电阻(R16)的另一端与第二集成电路(U8)的引脚1、2、3连接的同时与电池连接，第二集成电路(U8)的引脚5、6、7、8与第十电阻(R164)连接的同时与第四稳压二极管(D6)的正极连接，第十电阻(R164)的另一端与第二发光二极管(D33)正极连接，第二发光二极管(D33)的负极接地，第四稳压二极管(D6)的负极与第五稳压二极管(D8)负极连接，第五稳压二极管(D8)正极与供电电压VCC连接，第四稳压二极管(D6)的负极同时与第三集成电路(P21)的引脚2连接，第三集成电路(P21)的引脚3与供电电源VDD连接，第三集成电路(P21)的引脚1、4、5不与电路连接。

10.根据权利要求8或9所述的智能货柜的电源电路，其特征在于，所述门锁信号检测和控制电路包括门信号和锁信号检测电路、门锁控制信号电路；

所述门信号和锁信号检测电路中，门信号和锁信号的两根信号线一端接STM32F103VET6芯片对应IO口，另一端接地GND；

门锁控制信号电路采用NPN型三极管SS8050，当三极管的集电极和发射极导通时，门锁开锁，当三极管的集电极和发射极断开时，门锁上锁。

Images