CN216668896U - 一种自动切换内外电源的压力式水位计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种自动切换内外电源的压力式水位计，包括壳体以及设置在壳体内的控制单元和内部电源，所述控制单元连接有RS485接口电路、外部电源检测电路以及电源自动切换电路，所述RS485接口电路串联有供电变换电路，所述外部电源检测电路、电源自动切换电路以及供电变换电路通过直流降压电路连接外部电源，所述电源自动切换电路还与内部电源串联。本实用新型实现了水位计供电电源的自动切换，在外部供电存在时几乎不消耗电池电量，延长锂电池使用时间，且通过DC/DC转换模块以适应更宽的外部输入电压范围，并通过LDO转换模块使输出电压直接为RS485接口电路供电的同时，作为MCU的中断唤醒源，当供电电源由锂电池切换到外部电源时可以唤醒MCU。
Description
技术领域
本实用新型涉及水体监测设备技术领域，具体涉及一种自动切换内外电源的压力式水位计。
背景技术
存储型压力式水位计内置有电池，能够在外部供电断开时维持内部时钟按照固定时间间隔自动唤醒，以进行压力数据的采集和存储；在具体的使用中，当水位计数据采存的频率很小时，其大部分时间都处于休眠状态，且由于水位计的体积通常较小，内部电池一般采用容量较小的单节锂电池，因此，水位计静态休眠时的功耗必须非常小，才能确保内部电池的长期使用。
水位计在现场应用时，是通过RS485总线与外部的采集器连接配套使用，当采集器需要读取水位计数据时，由采集器控制给电，通常采集器输出控制的电源电压比水位计内部锂电池的电压(3.6V)高很多；在水位计生产测试及校准时，通常也是通过USB转RS485电路与上位机连接，通过外部直流电源持续给水位计供电，外部供电电压一般也会超过内部锂电池电压。除上述两种情况外，水位计一般都需要由内部电池供电，特别是水位计设定的采存频率高于采集器定时采集水位计的频率时；为确保无外部供电时能够定时唤醒并采存数据，这就要求水位计能在内外供电电源之间自动切换，保证由外部供电时水位计不进入休眠状态，无外部供电时转为内部电池供电，且能够快速进入休眠状态，从而几乎不消耗内部电池容量。
但采用RS485通信接口的水位计在实际应用中都是作为从机使用，电路接口上设计有上下拉电阻外，还有匹配电阻，当RS485接口电路由锂电池输出或转换的电压供电时，无论是否处于休眠状态，都会持续消耗电池电量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种自动切换内外电源的压力式水位计，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种自动切换内外电源的压力式水位计，包括壳体以及设置在壳体内的控制单元和内部电源，所述控制单元连接有RS485接口电路、外部电源检测电路以及电源自动切换电路，所述RS485接口电路串联有供电变换电路，所述外部电源检测电路、电源自动切换电路以及供电变换电路通过直流降压电路连接外部电源，所述电源自动切换电路还与内部电源串联。
进一步地，所述控制单元采用具有低功耗工作模式的MCU，所述内部电源采用锂电池，所述壳体内还设置有扩散硅压力芯体、传感器采集电路以及数据存储器。
进一步地，所述直流降压电路包括与输入端与外部电源连接的DC/DC转换模块；所述供电变换电路包括输入端与DC/DC转换模块的输出端连接的LDO转换模块以及与LDO转换模块的输出端串联的二极管D1；所述锂电池的负极接地；所述电源自动切换电路包括源极与锂电池正极连接的三极管Q1，所述三极管Q1的栅极串联有电阻R1，所述电阻R1的另一端与直流降压电路的输出端连接，所述电阻R1与直流降压电路的输出端之间还连接有一端接地的电阻R2，所述三极管Q1的漏极串联有二极管D2，所述二极管D1的负极与二极管D2的负极相接后作为电压输出端进行供电。
进一步地，所述电源检测电路包括三极管Q2和电阻R3、R4，所述三极管Q2的漏极以及电阻R3的一端与直流降压电路的输出端连接，所述三极管Q2的栅极与电阻R3的另一端连接，所述三极管Q3源极分别与电阻R4的一端以及MCU上具有上升沿中断唤醒功能的引脚连接，所述电阻R4的另一端接地。
由以上技术方案可知，本实用新型实现了水位计供电电源的自动切换，在外部供电存在时几乎不消耗电池电量，延长锂电池使用时间，且通过DC/DC转换模块以适应更宽的外部输入电压范围，并通过LDO转换模块使输出电压直接为RS485接口电路供电的同时，作为MCU的中断唤醒源，当供电电源由锂电池切换到外部电源时可以唤醒MCU。
附图说明
图1为本实用新型的原理示意图；
图2为本实用新型电源自动切换的原理示意图；
图3为本实用新型外部电源唤醒控制单元的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的一种优选实施方式做详细的说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
本优选实施例所述的自动切换内外电源的压力式水位计，包括壳体以及设置在壳体内的控制单元、内部电源、扩散硅压力芯体、传感器采集电路、数据存储器，基于根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，由所述传感器采集电路控制给电并通过扩散硅压力芯体检测水体压力并进行存储。
进一步地，所述控制单元采用具有低功耗工作模式的MCU，所述内部电源采用锂电池，为实现压力时水位计内外电源自动切换且在外部供电时不消耗内部电池，如图1所示，本优选实施例所述的MCU连接有RS485接口电路、外部电源检测电路以及电源自动切换电路，所述RS485接口电路串联有供电变换电路，所述外部电源检测电路、电源自动切换电路以及供电变换电路通过直流降压电路连接外部电源，所述电源自动切换电路还与内部电源串联，当外部供电断开时，可以自动切换到锂电池进行供电，维持MCU内部时钟按照固定时间间隔自动唤醒并进行压力数据的采集和存储；具体的，如图2-3所示：
所述直流降压电路包括与输入端与外部电源连接的DC/DC转换模块，这是由于外部直流电源的电压一般较大，该直流降压电路能够把外部供电的高电压转换为低电压，以作为电源自动切换电路的一个输入；
所述供电变换电路包括输入端与DC/DC转换模块的输出端连接的LDO转换模块以及与LDO转换模块的输出端串联的二极管D1；
所述锂电池的负极接地，锂电池作为备用电源，当外部电源断开时，通过电源自动切换电路切换到锂电池供电；
所述电源自动切换电路包括源极与锂电池正极连接的三极管Q1，所述三极管Q1的栅极串联有电阻R1，所述电阻R1的另一端与直流降压电路的输出端连接，所述电阻R1与直流降压电路的输出端之间还连接有一端接地的电阻R2，所述三极管Q1的漏极串联有二极管D2，所述二极管D1的负极与二极管D2的负极相接后作为电压输出端进行供电；
此时，当外部供电存在时，MOS管Q1截止，锂电池供电链路被断开，外部电源电压依次经过转换模块DC/DC和LDO转换为3.3V电压，一方面为RS485接口电路供电，确保外部供电时RS485通信功能保持有效，另一方面由于二极管D1处于正向导通，通过二极管D1输出的电压约3.0V，能够为系统其他电路供电；而二极管D2此时截止，能防止二极管D1输出的电压倒灌给MOS管Q1；
下拉电阻R2可将MOS管Q1的栅极电压稳定拉低，确保其正常开启；当外部供电断开时，MOS管Q1的栅极被拉低而导通，此时二极管D2导通、二极管D1截止，锂电池电压经二极管D2后输出，由于D1截止，RS485接口电路的供电线路被断开，因而不会消耗电池电量；
所述电源检测电路包括三极管Q2和电阻R3、R4，所述三极管Q2的漏极以及电阻R3的一端与直流降压电路的输出端连接，所述三极管Q2的栅极与电阻R3的另一端连接，所述三极管Q3源极分别与电阻R4的一端以及MCU上具有上升沿中断唤醒功能的引脚连接，所述电阻R4的另一端接地；
当无外部供电时，MOS管Q2截止，MCU上具有上升沿中断唤醒功能的引脚通过电阻R4被下拉至GND，当外部供电出现时，MOS管Q2导通，所述引脚跳变为高电平，在外部供电存在的瞬间，产生一个上升沿以唤醒MCU，所述电阻R3为限流电阻，防止MOS管Q2的栅极因电流过大而烧坏。
本优选实施例所述的MOS管Q1为PNP型，Q2为NPN型，二极管D1、D2为肖特基二极管；通过上述技术方案实现水位计供电电源的自动切换，在外部供电存在时几乎不消耗电池电量，延长锂电池使用时间，且通过DC/DC转换模块以适应更宽的外部输入电压范围，并通过LDO转换模块使输出电压直接为RS485接口电路供电的同时，作为MCU的中断唤醒源，当供电电源由锂电池切换到外部电源时可以唤醒MCU，实现无论由外部电源还是内部电池供电，当水位计唤醒后，均可以正常读取压力芯体的输出数据并存储。
以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种自动切换内外电源的压力式水位计，包括壳体以及设置在壳体内的控制单元和内部电源，其特征在于，所述控制单元连接有RS485接口电路、外部电源检测电路以及电源自动切换电路，所述RS485接口电路串联有供电变换电路，所述外部电源检测电路、电源自动切换电路以及供电变换电路通过直流降压电路连接外部电源，所述电源自动切换电路还与内部电源串联。
2.根据权利要求1所述的自动切换内外电源的压力式水位计，其特征在于，所述控制单元采用具有低功耗工作模式的MCU，所述内部电源采用锂电池，所述壳体内还设置有扩散硅压力芯体、传感器采集电路以及数据存储器。
3.根据权利要求2所述的自动切换内外电源的压力式水位计，其特征在于，所述直流降压电路包括与输入端与外部电源连接的DC/DC转换模块；所述供电变换电路包括输入端与DC/DC转换模块的输出端连接的LDO转换模块以及与LDO转换模块的输出端串联的二极管D1；所述锂电池的负极接地；所述电源自动切换电路包括源极与锂电池正极连接的三极管Q1，所述三极管Q1的栅极串联有电阻R1，所述电阻R1的另一端与直流降压电路的输出端连接，所述电阻R1与直流降压电路的输出端之间还连接有一端接地的电阻R2，所述三极管Q1的漏极串联有二极管D2，所述二极管D1的负极与二极管D2的负极相接后作为电压输出端进行供电。
4.根据权利要求1所述的自动切换内外电源的压力式水位计，其特征在于，所述电源检测电路包括三极管Q2和电阻R3、R4，所述三极管Q2的漏极以及电阻R3的一端与直流降压电路的输出端连接，所述三极管Q2的栅极与电阻R3的另一端连接，所述三极管Q3源极分别与电阻R4的一端以及MCU上具有上升沿中断唤醒功能的引脚连接，所述电阻R4的另一端接地。
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