CN215580888U - 一种用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，低功耗管理电路包括电源供电电路和电源控制电路；电源供电电路包括保险丝、双向二极管、单向二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容；电源控制电路包括场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻。本实用新型在一次性电池与用电部件之间设置低功耗管理电路，可减低监测设备的整体功耗，可以使监测设备在待机时间段内尽可能少的消耗电池电量，延长监测设备的使用寿命周期。

Description

一种用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路

技术领域

本实用新型涉及边坡监测技术领域，具体涉及一种用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路。

背景技术

边坡形变监测是边坡安全监控中的重要组成部分。监测边坡形变通常会使用的倾角传感器、位移传感器等监测设备。为保证对边坡形变的实时监测，要求监测设备能够长期稳定的运行。目前，因野外监测现场一般无法提供市电给监测设备充电，所以主要采用在监测现场安装太阳能电池板的方式为监测设备长期供电。但是太阳能电池板受日照的影响极大，在部分日照时长不够的地方，供电并不稳定。

为解决上述问题，现有技术中的有一种方案，给监测设备安装一次性不可充电池，代替太阳能电池板为监测设备供电。但随着监测设备的集成化程度变高，同一个监测设备内部会集成倾角传感器、位移传感器、GNSS定位模块等多种用电部件，这样对用电量的需求大大增加。而目前的电池容量技术并未突破，在高集成度的小型监测设备中不能安装尺寸过大的电池，所以高集成度的监测设备其使用寿命会因受一次性电池容量的影响而大大降低。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型在一次性电池与用电部件之间设置低功耗管理电路，可减低监测设备的整体功耗。

本实用新型采用的技术方案是，一种用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，包括电源供电电路和电源控制电路；

电源供电电路包括保险丝、双向二极管、单向二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容；保险丝的一端与电池相连接，另一端与双向二极管的负极相连接；双向二极管的正极与电池相连接；单向二极管的正极与保险丝的一端相连接，负极与供电电压输出端相连接；第一电容、第二电容、第三电容并联于单向二极管的负极与地之间，第四电容、第五电容、第六电容并联于双向二极管的负极与地之间；

电源控制电路包括场效应管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；场效应管的栅极连接控制信号输入端；控制信号输入端用于向栅极输入高电平或低电平信号；第一电阻的一端与场效应管的漏极相连接，另一端接地；第二电阻的一端与场效应管的源极相连接，另一端连接用电器件；第三电阻的一端与第一电阻相连接，另一端与第二电阻相连接。

场效应管的栅极连接控制信号输入端，源极连接供电电压输出端，漏极连接用电器件；控制信号输入端用于向栅极输入高电平或低电平信号；第一电阻的一端与场效应管的源极相连接，另一端接地；第二电阻的一端与场效应管的漏极相连接，另一端连接用电器件，第三电阻的一端与场效应管的源极相连接，另一端与控制信号输入端相连接。

进一步的，单向二极管为肖基特二极管。

进一步的，保险丝为自恢复保险丝。

进一步的，场效应管为绝缘栅场效应管。

进一步的，还包括主控核心电路，主控核心电路包括：

主控核心供电电路，用于进行电源降噪处理；

设备电压检测电路，用于获取监测设备电压；及

主控核心时钟电路；用于为主控核心提供时钟计数。

进一步的，主控核心供电电路包括第一电感、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容和第十七电容；第一电感的一端与供电电压输出端相连接，另一端与主控核心的电压输入端相连接，第十一电容、第十二电容并联于主控核心的电压输入端与地之间；第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容、第十七电容的一端均与供电电压输出端相连接，另一端接地。

进一步的，主控核心时钟电路包括晶体振荡器和第二十一电容、第二十二电容；晶体振荡器与主控核心的参考时钟输入端相连接，第二十一电容、第二十二电容的一端均与晶体振荡器相连接，另一端均接地。

进一步的，晶体振荡器为无源晶振，频率为32.768kHZ。

进一步的，用电器件包括微处理器、NB-IoT通信模组、GNSS模组、倾角传感器、6轴加速度传感器。

由上述技术方案可知，本实用新型的有益技术效果如下：

根据本实施例的技术方案，通过高电平、低电平信号激活场效应管的开启、关断，可以实现在监测设备不进行监测时，保持低功耗模式，在按预设的监测周期间隔时间点达到时，主控核心再唤醒监测设备；可以使监测设备在待机时间段内尽可能少的消耗电池电量，延长监测设备的使用寿命周期。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型实施例的监测设备的硬件框图；

图2为本实用新型实施例的电源供电电路的电原理图；

图3为本实用新型实施例的电源控制电路的电原理图；

图4为本实用新型实施例的电源控制电路的电原理图；

图5为本实用新型实施例的电源控制电路的电原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例

本实用新型采用的技术方案是，一种用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，包括电源供电电路和电源控制电路。

如图2所示，电源供电电路包括保险丝F1、双向二极管D2、单向二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6。保险丝F1的一端与一次性电池的正极相连接，另一端与双向二极管D2的负极相连接。双向二极管D2的正极与一次性电池的负极相连接。单向二极管D1的正极与保险丝F1的一端相连接，负极与供电电压输出端相连接；供电电压输出端输出3.3V电压给后级电路使用。第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3并联于单向二极管D1的负极与地之间，第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6并联于双向二极管D2的负极与地之间。在具体的实施方式中，保险丝F1可选用1A/16V的自恢复保险丝，双向二极管D2可选用PESD5V0S1BA，单向二极管D1为肖基特二极管、可选用MBRM140，一次性电池可选用电压为3.6V～3.7V的锂电池。电容为片式电容，C1、C4型号为104，C2、C3、C5、C6型号为226。电源供电电路的工作原理：输入端是通过恒压锂电池作为电压输入源，后级经过一个肖基特二极管将输入电压降到3.3V用于给整个设备进行供电。由于设备工作电压需要通过肖基特二极管对输入电压进行降压处理，为了保障降压后产生的电压与3.3V不会有较大的误差，在肖基特二极管的前端与GND增加3个电容来用于消除输入电压的噪声，后级同样有3个电容用来消除降压后的电压噪声。在输入端后级还加有一个自恢复保险丝与一个双向二极管，用于保障设备不会因为瞬间浪涌而损坏。

如图3所示，电源控制电路包括场效应管Q7、第一电阻R33、第二电阻R34，第三电阻R39。场效应管Q7的栅极连接控制信号输入端，源极连接3.3V供电电压输出端。控制信号输入端用于向栅极输入高电平或低电平信号；第一电阻R33的一端与场效应管Q7的漏极相连接，另一端接地。第二电阻R34的一端与场效应管Q7的源极相连接，另一端连接用电器件。第三电阻R39的一端与第一电阻R33相连接，另一端与第二电阻R34相连接。在具体的实施方式中，场效应管Q7为绝缘栅场效应管、可选用AO3407A，电阻为片式电阻，R33型号为10K，R34型号为100K，R39型号为0。电源控制电路的工作原理：在需要监测设备进行工作时，提供一个高电平信号激活后端MOS管，使MOS管导通给其控制的电路进行供电。在平常不需要其工作时，输入端提供一个低电平断开MOS管连接切断后级电路供电。

如图1所示，用电器件包括MPU(微处理器STM8L151C6T6)、NB-IoT(窄带物联网)通信模组、GNSS(全球导航卫星系统)模组、倾角传感器、6轴加速度传感器。

在具体的实施方式中，主控核心选用STM32L151RET6，低功耗管理电路还包括主控核心电路，主控核心电路包括：

主控核心供电电路，用于进行电源降噪处理；

设备电压检测电路，用于获取监测设备电压；

主控核心时钟电路；用于为主控核心提供时钟计数。

如图4所示，主控核心供电电路包括第一电感L3、第十一电容C29、第十二电容C30、第十三电容C31、第十四电容C32、第十五电容C33、第十六电容C43、第十七电容C35。第一电感L3的一端与供电电压输出端3.3V相连接，另一端与主控核心的电压输入端相连接，第十一电容C29、第十二电容C30并联于主控核心的电压输入端与地之间。第十三电容C31、第十四电容C32、第十五电容C33、第十六电容C43、第十七电容C35的一端均与供电电压输出端3.3V相连接，另一端接地。在具体的实施方式中，L3型号为600R@100MHz；电容为片式电容，C29、C31、C32、C33、C43型号为104，C30、C35型号为106。主控核心供电电路的工作原理：采用3.3V系统供电，后级经过5个104、2个106的电容和1个600R@100MHZ的电感进行电源降噪处理后进入主控核心。

设备电压检测电路是将3.3V系统电源直接接入主控核心的ADC通道中，通过ADC转换获取当前设备电压。

如图5所示，主控核心时钟电路包括晶体振荡器Y1和第二十一电容C24、第二十二电容C26；晶体振荡器Y1与主控核心的参考时钟输入端相连接，第二十一电容C24、第二十二电容C26的一端均与晶体振荡器Y1相连接，另一端均接地。在具体的实施方式中，晶体振荡器Y1为无源晶振，频率为32.768kHZ。电容为片式电容，C24、C26的型号为22pF。主控核心时钟电路的工作原理：通过一个32,768KHZ的低频无源晶振和2个22pF的电容组成的，用于在设备待机时为主控核心提供时钟计数，保障设备的正常运行与待机唤醒。

根据本实施例的技术方案，通过高电平、低电平信号激活场效应管的开启、关断，可以实现在监测设备不进行监测时，保持低功耗模式，在按预设的监测周期间隔时间点达到时，主控核心再唤醒监测设备；可以使监测设备在待机时间段内尽可能少的消耗电池电量，延长监测设备的使用寿命周期。

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；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，其特征在于：包括电源供电电路和电源控制电路；

所述电源供电电路包括保险丝、双向二极管、单向二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容；所述保险丝的一端与电池相连接，另一端与所述双向二极管的负极相连接；所述双向二极管的正极与电池相连接；所述单向二极管的正极与所述保险丝的一端相连接，负极与供电电压输出端相连接；所述第一电容、第二电容、第三电容并联于所述单向二极管的负极与地之间，所述第四电容、第五电容、第六电容并联于所述双向二极管的负极与地之间；

所述电源控制电路包括场效应管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述场效应管的栅极连接控制信号输入端；所述控制信号输入端用于向栅极输入高电平或低电平信号；所述第一电阻的一端与场效应管的漏极相连接，另一端接地；所述第二电阻的一端与场效应管的源极相连接，另一端连接用电器件，所述第三电阻的一端与第一电阻相连接，另一端与第二电阻相连接。

2.根据权利要求1所述的用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，其特征在于：所述单向二极管为肖基特二极管。

3.根据权利要求1所述的用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，其特征在于，所述保险丝为自恢复保险丝。

4.根据权利要求1所述的用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，其特征在于，所述场效应管为绝缘栅场效应管。

5.根据权利要求1所述的用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，其特征在于，还包括主控核心电路，所述主控核心电路包括：

主控核心供电电路，用于进行电源降噪处理；

设备电压检测电路，用于获取监测设备电压；及

主控核心时钟电路；用于为主控核心提供时钟计数。

6.根据权利要求5所述的用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，其特征在于，所述主控核心供电电路包括第一电感、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容和第十七电容；第一电感的一端与供电电压输出端相连接，另一端与主控核心的电压输入端相连接，第十一电容、第十二电容并联于主控核心的电压输入端与地之间；第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容、第十七电容的一端均与供电电压输出端相连接，另一端接地。

7.根据权利要求5所述的用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，其特征在于，所述主控核心时钟电路包括晶体振荡器和第二十一电容、第二十二电容；晶体振荡器与主控核心的参考时钟输入端相连接，第二十一电容、第二十二电容的一端均与晶体振荡器相连接，另一端均接地。

8.根据权利要求7所述的用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，其特征在于，所述晶体振荡器为无源晶振，频率为32.768kHZ。

9.根据权利要求1所述的用于边坡形变监测设备的低功耗管理电路，其特征在于，所述用电器件包括微处理器、NB-IoT通信模组、GNSS模组、倾角传感器、6轴加速度传感器。

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