CN215379287U - 一种基于微控制器的led灯板及机箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种基于微控制器的LED灯板，包括微控制器、LED单元、备用电源和电源切换单元，所述微控制器设有用于接收数据的数据输入接口，所述数据输入接口和被通信的设备连接，所述微控制器的输出端和LED单元的控制端连接，所述微控制器的供电端通过电源切换单元分别连接备用电源以及外部的主电源，使得电源切换单元从外部的主电源切换到备用电源对微控制器供电。本实用新型在LED灯板中设置微控制器，微控制器具有多种类型的数据输入接口，针对不同的设备具备良好兼容性，并且在LED灯板中设置有备用电源和电源切换单元，保证LED灯板工作不会受到外部的主电源发生故障或者停电等特殊情况的影响。

Description

一种基于微控制器的LED灯板及机箱

技术领域

本实用新型涉及LED灯板，尤其涉及一种基于微控制器的LED灯板及机箱。

背景技术

目前在多种类型的机箱中，机箱前面板通常设有LED灯来表征机箱内部设备的电源或者系统工作状态。这些LED灯一般设置在一块PCB板上，此设置有LED灯的PCB板被称为LED灯板，当前的LED灯板仅能够在机箱工作时进行状态指示，功能较为简单，同时，如图1所示，LED灯板与机箱中的板卡等设备在互相分离的状态下进行通信获取系统状态信息，且LED灯板与其他设备通过不同的电源供电，当出现停电、LED灯板的供电端故障或者对应电源故障等突发情况时，LED灯板也会随之断电而失去状态指示功能，此外，不同的设备可能存在不同的通信总线，因此常规的LED灯板还存在兼容性的问题。

微控制器(Microcontroller Unit；MCU)，又称单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制，如何将微控制器和LED灯板进行结合来扩展LED灯板的功能是值得考虑的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种基于微控制器的LED灯板及机箱，针对不同的设备具备良好兼容性，并且在停电或供电端故障等突发情况下能够持续进行工作。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种基于微控制器的LED灯板，包括微控制器、LED单元、备用电源和电源切换单元，所述微控制器设有用于接收数据的数据输入接口，所述数据输入接口和被通信的设备连接，所述微控制器的输出端和LED单元的控制端连接，所述微控制器的供电端通过电源切换单元分别连接备用电源以及外部的主电源，使得电源切换单元从外部的主电源切换到备用电源对微控制器供电。

进一步的，所述电源切换单元包括用于进行充电和放电的电池管理器，所述备用电源通过电池管理器和外部的主电源连接，使得电池管理器用外部的主电源对备用电源充电，所述微控制器的供电端通过电池管理器和备用电源以及外部的主电源分别连接，使得电池管理器从外部的主电源切换到备用电源对微控制器供电。

进一步的，所述电源切换单元包括充电器，所述充电器的输入端和外部的主电源连接，所述充电器的输出端和备用电源以及微控制器的供电端分别连接，使得外部的主电源对微控制器供电的同时还对备用电源充电。

进一步的，所述电源切换单元还包括用于比较电压的检测晶体管MP1和用于隔离反向电压的隔离晶体管MP2，所述充电器的输出端和检测晶体管MP1、隔离晶体管MP2的源极分别连接，所述检测晶体管MP1的栅极和隔离晶体管MP2的漏极分别和备用电源连接，所述检测晶体管MP1的漏极和隔离晶体管MP2的栅极分别接地，使得检测晶体管MP1源极电压大于栅极电压时隔离晶体管MP2关断。

进一步的，所述备用电源为超级电容或者充电电池，所述数据输入接口为UART接口、SPI接口、I2C接口、USB接口、网络接口中的一种或多种。

进一步的，还包括卫星定位单元，所述微控制器设有UART接口，所述微控制器通过UART接口和卫星定位单元连接，从而获取位置信息。

进一步的，还包括用于采集LED灯温度的温度采集单元，所述微控制器设有I2C接口，所述温度采集单元的采集端和LED单元连接，所述微控制器通过I2C接口和温度采集单元的输出端连接，从而获取LED单元中的LED灯温度。

进一步的，所述LED单元包括LED驱动器和LED灯组，所述微控制器通过LED驱动器和LED灯组连接，从而控制LED灯组的发光状态。

进一步的，还包括存储单元，所述微控制器还设有SPI接口，所述微控制器通过SPI接口和存储单元连接，从而将数据发送给存储单元进行存储。

本实用新型还提出一种机箱，包括设置于箱体内的LED灯板以及板卡，所述板卡和LED灯板连接，所述LED灯板为任一所述的基于微控制器的LED灯板。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型在LED灯板中设置微控制器，微控制器通过数据输入接口获取外部的状态信息，然后控制LED单元显示相应的状态，微控制器具有多种类型的数据输入接口，可以接收多种设备的通信数据，具有较好兼容性；同时本实用新型还在LED灯板中设置有备用电源和电源切换单元，电源切换单元可以从外部的主电源切换到备用电源对微控制器供电，从而在外部的主电源发生故障或者停电等特殊情况下保证了LED灯板可以继续运行，使得LED灯板显示系统工作状态的功能不会受到影响。

附图说明

图1为目前机箱内部LED灯板及功能板卡的连接关系示意图。

图2为本实用新型实施例一的结构示意图。

图3为本实用新型实施例一中温度采集单元的电路图。

图4为本实用新型实施例二中电源切换单元的电路图。

图例说明：1-微控制器、2-LED单元、3-备用电源、4-电源切换单元、5-卫星定位单元、6-温度采集单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

实施例一

如图2所示，本实施例提出一种基于微控制器的LED灯板，包括微控制器1、LED单元2、备用电源3和电源切换单元4，所述微控制器1设有用于接收数据的数据输入接口，所述数据输入接口和被通信的设备连接，所述微控制器1的输出端和LED单元2的控制端连接，所述微控制器1的供电端通过电源切换单元4分别连接外部的主电源以及备用电源3，使得电源切换单元4从外部的主电源切换到备用电源3对微控制器1供电。

根据实际需要，微控制器1可以配置不同类型的数据输入接口，本实施例中，数据输入接口为UART接口、SPI接口、I2C接口、USB接口、网络接口中的一种或多种，其中：

UART接口是通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)的英文缩写，它包括了RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等接口标准规范和总线标准规范，它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。

SPI接口是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的英文缩写，是一种同步外设接口，它可以使单片机与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。

I2C接口(Inter Integrated Circuit，内部集成电路)只需要一根数据线和一根时钟线来连接多支路总线中的多个设备，简化了硬件电路PCB布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性。

USB接口是通用串行总线(Universal Serial Bus)的英文缩写，将信号串行传输，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品。

网络接口即为以太网中网络数据连接的端口。

多种类型的数据输入接口可以接收多种不同设备的通信数据，由于USB接口是最常用、最普遍的接口，本实施例中数据输入接口采用USB接口，同时保留其他类型的接口。

通过上述结构，本实施例在LED灯板中设置微控制器1，微控制器1通过数据输入接口获取外部的状态信息，然后控制LED单元2显示相应的状态，且微控制器1具有多种类型的数据输入接口，可以接收多种设备的通信数据，具有较好兼容性；同时本实施例还在LED灯板中设置有备用电源3和电源切换单元4，电源切换单元4可以从外部的主电源切换到备用电源3对微控制器1供电，从而在外部的主电源发生故障或者停电等特殊情况下保证了LED灯板可以继续运行，使得LED灯板显示系统工作状态的功能不会受到影响。

本实施例中，所述电源切换单元4包括用于进行充电和放电的电池管理器，所述备用电源3通过电池管理器和外部的主电源连接，使得电池管理器用外部的主电源对备用电源3充电，所述微控制器1的供电端通过电池管理器和备用电源3以及外部的主电源分别连接，使得电池管理器从外部的主电源切换到备用电源3对微控制器1供电。

本实施例的电池管理器选择ADI公司的LTC4110芯片。LTC4110芯片支持直流输入+4.5V～+19V，使用片内双向同步转化器，当外部的主电源可用时，LTC4110芯片用作备用电源3的充电器，同时赋予系统负载(即被供电的微控制器1)以优先权。当外部的主电源降至可调PFI(电源失效输入)阈值以下时(可自主设置PFI阈值)，LTC4110芯片切换到升压工作模式，可以从备用电源3向负载提供最高3A的电流。外部的主电源故障期间，LTC4110芯片使用PowerPath控制功能提供反向阻断以及从外部的主电源到备用电源3的无缝切换，同时具有过压和欠压保护。

本实施例中，所述备用电源3采用超级电容，超级电容一是能快速放电、电压线性放电或指数衰减，充放电时间达到毫秒级，并且重量较轻的电化学元件，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点。当外部的主电源可用时，LTC4110芯片用外部的主电源向微控制器1进行供电并且对超级电容进行充电，当外部的主电源故障或者停电时，LTC4110芯片从外部的主电源切换到备用电源3向微控制器1进行供电。

如图2所示，本实施例的LED灯板还包括卫星定位单元5，所述微控制器1通过所配置的UART接口和卫星定位单元5连接，从而获取位置信息。本实施例中卫星定位单元5采用高性能GPS/北斗双模定位模块ATK-S1216F8-BD，其体积小巧，可通过串口进行各种参数设置，并保存在内部Flash，使用方便，还自带可充电后备电池，可掉电保持星历数据，从而微控制器1可以通过ATK-S1216F8-BD模块实时获取位置信息，从而记录工作时的地理位置。

如图2所示，本实施例的LED灯板还包括用于采集LED灯温度的温度采集单元6，所述温度采集单元6的采集端和LED单元2连接，所述微控制器1通过所配置的I2C接口和温度采集单元6的输出端连接，从而获取LED单元2中的LED灯温度。

如图3所示，本实施例中温度采集单元6包括温度传感器芯片NST175H-QSPR，NST175H-QSPR芯片中，1号引脚和2号引脚分别连接微控制器1的I2C接口，3号引脚通过电阻R68和3.3V电源连接，4号引脚接地，5至7号引脚接地，8号引脚和3.3V电源连接，8号引脚和4号引脚直接设有电容C26。通过上述结构，NST175H-QSPR芯片实时向微控制器1反馈LED单元2中的LED灯温度。

本实施例中，所述LED单元2包括LED驱动器和LED灯组，所述微控制器1通过LED驱动器和LED灯组连接，从而根据所获取的被通信的设备的通信数据向LED驱动器发出对应指令来控制LED灯组的发光状态来实时显示被通信的设备的电源或者系统工作状态。

本实施例中，LED灯组中的LED灯采用RGB三色灯，可节约板载空间。

本实施例的LED灯板还包括存储单元，所述微控制器1通过所配置的SPI接口和存储单元连接，从而将数据发送给存储单元进行存储。

本实施例中微控制器1还内置有RTC(Real_Time Clock，实时时钟)模块来实时同步时间信息。

与之对应的，本实施例的微控制器1还设有反馈接口，反馈接口和外部的接收设备如信号发射器等进行连接，使得微控制器1在出现故障时将地理位置信息等通过反馈接口上报，便于维修人员迅速定位进行维修。

基于数据输入接口和反馈接口，用户也可以通过数据输入接口向微控制器1发出相关指令来查询存储单元中的数据并通过反馈接口输出。

本实施例还提出一种机箱，包括设置于箱体内的LED灯板以及板卡，所述板卡和LED灯板连接，所述LED灯板为任一所述的基于微控制器的LED灯板。

下面通过具体事例对本实施例的LED灯板工作过程进行说明：

1)被通信的设备不工作时，微控制器1进入低功耗模式或者睡眠模式，被通信的设备开始工作时，微控制器1被唤醒并通过数据收发接口接收通信数据，并向LED单元2发出对应指令；

2)LED单元2中，LED驱动器接收指令并控制LED灯组中LED灯的通断来显示被通信的设备的电源或者系统工作状态，温度采集单元6采集LED灯的温度并反馈给微控制器1，微控制器1接收反馈的温度并与接收的通信数据一起并生成日志保存在存储单元中；

3)外部的主电源断开时，电源切换单元4从外部的主电源切换到备用电源3向微控制器1进行供电，微控制器1获取卫星定位单元5发送的地理位置信息，与当前获取的温度信息以及通信信息一起生成日志保存在存储单元中，同时通过反馈接口进行上报，然后继续被通信的设备的通信数据，并向LED单元2发出对应指令，然后返回步骤S2)。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，区别在于，如图4所示，本实施例中所述电源切换单元4包括充电器，所述充电器的输入端和外部的主电源连接，所述充电器的输出端和备用电源3以及微控制器1的供电端分别连接，使得外部的主电源对微控制器1供电的同时还对备用电源3充电。

如图4所示，本实施例中，所述电源切换单元4还包括用于比较电压的检测晶体管MP1和用于隔离反向电压的隔离晶体管MP2，所述充电器的输出端和检测晶体管MP1、隔离晶体管MP2的源极分别连接，所述检测晶体管MP1的栅极和隔离晶体管MP2的漏极分别和备用电源3连接，所述检测晶体管MP1的漏极和隔离晶体管MP2的栅极分别接地，使得检测晶体管MP1源极电压大于栅极电压时隔离晶体管MP2关断。在此电路中，检测晶体管MP1是反向电池检测器件，隔离晶体管MP2是反向隔离器件，利用MP1的源极至栅极电压来比较电池的正端子与电池充电器输出。如果电池充电器端子电压高于电池电压，则MP1将停用主传输器件MP2。因此，如果电池电压被驱动至低于地电位，则显然，检测器件MP1将把传输器件MP2驱动至关断状态。该电路的最大优势是PMOS隔离晶体管MP2根本不具备将负电压传送至充电器电路和负载的权限。

如图4所示，检测晶体管MP1的漏极和隔离晶体管MP2的栅极分别通过电阻R1接地，隔离晶体管MP2的源极和备用电源3之间设有电阻R2，通过R1在隔离晶体管MP2的栅极上可实现的最低电压为0V。即使隔离晶体管MP2的漏极被拉至远低于地电位，其源极也不会施加显著的电压下行压力。一旦源极电压降至晶体管高于地电位的VTH，晶体管将解除自身偏置，而且它的传导性逐渐消失。源极电压越接近地电位，晶体管的偏置解除程度越高。

相比于实施例一，本实施例采用充电器和反向电压保护电路来代替LTC4110芯片，降低了成本。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，区别在于，本实施例中备用电源3为充电电池，储电能力比超级电容更强。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于微控制器的LED灯板，其特征在于，包括微控制器(1)、LED单元(2)、备用电源(3)和电源切换单元(4)，所述微控制器(1)设有用于接收数据的数据输入接口，所述数据输入接口和被通信的设备连接，所述微控制器(1)的输出端和LED单元(2)的控制端连接，所述微控制器(1)的供电端通过电源切换单元(4)分别连接备用电源(3)以及外部的主电源，使得电源切换单元(4)从外部的主电源切换到备用电源(3)对微控制器(1)供电。

2.根据权利要求1所述的基于微控制器的LED灯板，其特征在于，所述电源切换单元(4)包括用于进行充电和放电的电池管理器，所述备用电源(3)通过电池管理器和外部的主电源连接，使得电池管理器用外部的主电源对备用电源(3)充电，所述微控制器(1)的供电端通过电池管理器和备用电源(3)以及外部的主电源分别连接，使得电池管理器从外部的主电源切换到备用电源(3)对微控制器(1)供电。

3.根据权利要求1所述的基于微控制器的LED灯板，其特征在于，所述电源切换单元(4)包括充电器，所述充电器的输入端和外部的主电源连接，所述充电器的输出端和备用电源(3)以及微控制器(1)的供电端分别连接，使得外部的主电源对微控制器(1)供电的同时还对备用电源(3)充电。

4.根据权利要求3所述的基于微控制器的LED灯板，其特征在于，所述电源切换单元(4)还包括用于比较电压的检测晶体管MP1和用于隔离反向电压的隔离晶体管MP2，所述充电器的输出端和检测晶体管MP1、隔离晶体管MP2的源极分别连接，所述检测晶体管MP1的栅极和隔离晶体管MP2的漏极分别和备用电源(3)连接，所述检测晶体管MP1的漏极和隔离晶体管MP2的栅极分别接地，使得检测晶体管MP1源极电压大于栅极电压时隔离晶体管MP2关断。

5.根据权利要求1所述的基于微控制器的LED灯板，其特征在于，所述备用电源(3)为超级电容或者充电电池，所述数据输入接口为UART接口、SPI接口、I2C接口、USB接口、网络接口中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的基于微控制器的LED灯板，其特征在于，还包括卫星定位单元(5)，所述微控制器(1)设有UART接口，所述微控制器(1)通过UART接口和卫星定位单元(5)连接，从而获取位置信息。

7.根据权利要求1所述的基于微控制器的LED灯板，其特征在于，还包括用于采集LED灯温度的温度采集单元(6)，所述微控制器(1)设有I2C接口，所述温度采集单元(6)的采集端和LED单元(2)连接，所述微控制器(1)通过I2C接口和温度采集单元(6)连接，从而获取LED单元(2)中的LED灯温度。

8.根据权利要求1所述的基于微控制器的LED灯板，其特征在于，所述LED单元(2)包括LED驱动器和LED灯组，所述微控制器(1)通过LED驱动器和LED灯组连接，从而控制LED灯组的发光状态。

9.根据权利要求1所述的基于微控制器的LED灯板，其特征在于，还包括存储单元，所述微控制器(1)还设有SPI接口，所述微控制器(1)通过SPI接口和存储单元连接，从而将数据发送给存储单元进行存储。

10.一种机箱，包括设置于箱体内的LED灯板以及板卡，所述板卡和LED灯板连接，其特征在于，所述LED灯板为权利要求1～9任一所述的基于微控制器的LED灯板。

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