一种电力计量物联网设备自动断电保护装置及其断电保护方法与流程

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1.本发明涉及电力计量物联网设备技术领域，具体涉及一种电力计量物联网设备自动断电保护装置及其断电保护方法。

背景技术：

2.目前市场上的电力计量物联网设备都是以排针点触碰地引脚的形式开机，通过软件关机或者通过开机键触碰地引脚2秒以上关机。在实际工程应用中，部分用户为了迅速关机而采用直接拔电源或断开电源按钮方式来关机，这种不当的操作方式会引起软件系统紊乱、数据丢失以及再次启动无法开机等一系列严重问题。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种电力计量物联网设备自动断电保护装置及其断电保护方法，解决现有技术中，用户直接通过拔电源或断开电源按钮方式来对电力计量物联网设备进行关机，容易引起软件系统紊乱、数据丢失以及再次启动无法开机等一系列的问题。
4.为解决上述的技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：
5.一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，包括微控制器和第一电容，所述微控制器通过adc检测电路和电力计量物联网设备的电源电路相连，所述第一电容通过放电电路与微控制器以及电力计量物联网设备的电源电路相连，所述微控制器通过nmos驱动电路和电力计量物联网设备的开机引脚相连。
6.进一步的技术方案是，所述微控制器通过降压电路和第一电容相连。
7.更进一步的技术方案是，所述电力计量物联网设备的电源电路接入电源的电压为12v。
8.更进一步的技术方案是，所述微控制器的型号为stm32f030f4p6微控制器，所述mos管型号为aod4184，所述第一电容的容值为16f，耐压15v。
9.更进一步的技术方案是，所述微控制器的adc检测电路通过1个高精度1％1m电阻和一个高精度1％3m电阻分压对电力计量物联网设备的电源电路进行电压检测。
10.更进一步的技术方案是，所述电力计量物联网设备的电源电路通过12v缓慢充电电路接入电源，所述adc检测电路和12v缓慢充电电路相连，所述第一电容和12v缓慢充电电路相连，所述12v缓慢充电电路上设置有第二电容。
11.更进一步的技术方案是，所述电力计量物联网设备接入电源时，电力计量物联网设备自动开机过程如下：步骤t1，电力计量物联网设备的电源电路通过12v缓慢充电电路接入电源后，所述微控制器通过adc检测电路对12v缓慢充电电路的电压进行检测；步骤t2，当adc检测电路检测到12v缓慢充电电路的电压上升到大于或等于11.5v时，所述微控制器的pa2和pa3引脚同时置高，并且打开定时器开始计时，此时，nmos驱动电路的mos管为接通状态，电源开机pwr脚接地，第一电容处于充电中；步骤t3，定时器计时500ms后计数器清零并
关闭定时器，微控制器将pa2引脚置低，此时mos管处于关断状态，电源开机pwr脚与地断开，电力计量物联网设备开机。
12.本发明采用的第二种技术方案为：
13.一种如前述技术方案中的电力计量物联网设备自动断电保护装置的断电保护方法，包括如下步骤：步骤s1，将电力计量物联网设备的电源电路和电源断开后，所述adc检测电路检测到物联网设备的电源电路电压低于或等于设定值时，所述微控制器控制第一电容通过放电电路开始对电力计量物联网设备的电源电路进行供电；步骤s2，所述微控制器的pa2引脚置高，使nmos驱动电路上的mos管由关断变为接通状态，使电源开机pwr脚接地；步骤s3，微控制器的定时器开始计时；步骤s4，微控制器的定时器达到设定时间后，计数清空，并且将微控制器的pa2引脚置低，使mos管处于断开状态，电源开机pwr脚与地断开，电力计量物联网设备关机完成，所述第一电容停止放电。
14.进一步的技术方案是，所述步骤s1中，所述adc检测电路检测到物联网设备的电源电路电压低于或等于11.5v时，所述微控制器控制第一电容通过放电电路开始对电力计量物联网设备的电源电路以及微控制器进行供电，所述步骤s3中微控制器的定时器的设定时间为2000ms。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：当需要关机时，可直接拔掉电源，通过adc检测电路通过检测电力计量物联网设备电源电路的电压变化识别到电力计量物联网设备已经和电源断开，此时微控制器通过控制第一电容来作为电源对电保护装置以及电力计量物联网设备进行供电，同时微控制控制电力计量物联网设备的开机引脚进行关机操作，这样电力计量物联网设备就能够在和电源断开后，通过第一电容供电，使电力计量物联网设备有足够的时间进行关机，这样就不会出现软件系统紊乱、数据丢失以及再次启动无法开机等问题。
附图说明
16.图1为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置aod4184 mos管的特性曲线。
17.图2为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置电容放电特性曲线。
18.图3为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置adc检测电路原理示意图图4为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置nmos驱动电路原理示意图。
19.图5为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置降压电路原理示意图。
20.图6为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置stm32f030f4p6微控制器原理示意图。
21.图7为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置放电电路原理示意图。
22.图8为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置12v缓慢充电电路原理示意图。
23.图9为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置的电力计量物联网设备自动开机过程流程图。
24.图10为本发明一种电力计量物联网设备自动断电保护装置的自动断电保护装置的断电保护方法流程图。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
26.图1至图8所示为本发明的实施例。
27.实施例1：
28.一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，包括微控制器和第一电容，所述微控制器通过adc检测电路和电力计量物联网设备的电源电路相连，所述第一电容通过如图7所示的放电电路与微控制器以及电力计量物联网设备的电源电路相连，所述微控制器通过nmos驱动电路和电力计量物联网设备的开机引脚相连。
29.当需要关机时，可直接拔掉电源，通过adc检测电路通过检测电力计量物联网设备电源电路的电压变化识别到电力计量物联网设备已经和电源断开，此时微控制器通过控制第一电容来作为电源对电保护装置以及电力计量物联网设备进行供电，同时微控制控制电力计量物联网设备的开机引脚进行关机操作，这样电力计量物联网设备就能够在和电源断开后，通过第一电容供电，使电力计量物联网设备有足够的时间进行关机，这样就不会出现软件系统紊乱、数据丢失以及再次启动无法开机等问题。
30.所述微控制器通过如图5所示的降压电路和第一电容相连。
31.所述电力计量物联网设备的电源电路接入电源的电压为12v。
32.所述微控制器的型号为如图6所示的stm32f030f4p6微控制器，所述mos管型号为如图4所示的aod4184，所述第一电容的容值为16f，耐压15v。
33.所述微控制器的adc检测电路如图3所示通过1个高精度1％1m电阻和一个高精度1％3m电阻分压对电力计量物联网设备的电源电路进行电压检测。
34.所述电力计量物联网设备的电源电路通过如图8所示的12v缓慢充电电路接入电源，所述adc检测电路和12v缓慢充电电路相连，所述第一电容和12v缓慢充电电路相连，所述12v缓慢充电电路上设置有第二电容。
35.所述电力计量物联网设备接入电源时，电力计量物联网设备自动开机过程如下(如图9所示)：步骤t1，电力计量物联网设备的电源电路通过12v缓慢充电电路接入电源后，所述微控制器通过adc检测电路对12v缓慢充电电路的电压进行检测；步骤t2，当adc检测电路检测到12v缓慢充电电路的电压上升到大于或等于11.5v时，所述微控制器的pa2和pa3引脚同时置高，并且打开定时器开始计时，此时，nmos驱动电路的mos管为接通状态，电源开机pwr脚接地，第一电容处于充电中；步骤t3，定时器计时500ms后计数器清零并关闭定时器，微控制器将pa2引脚置低，此时mos管处于关断状态，电源开机pwr脚与地断开，电力计量物联网设备开机。在步骤t1中，adc检测电路开始工作前，系统时钟会进行初始化，定时器也会进行初始化，adc检测电路也会进行初始化。
36.实施例2：
37.一种如前述实施例中的电力计量物联网设备自动断电保护装置的断电保护方法，包括如下步骤(如图10所示)：步骤s1，将电力计量物联网设备的电源电路和电源断开后，所述adc检测电路检测到物联网设备的电源电路电压低于或等于设定值时，所述微控制器控制第一电容通过放电电路开始对电力计量物联网设备的电源电路进行供电；步骤s2，所述
微控制器的pa2引脚置高，使nmos驱动电路上的mos管由关断变为接通状态，使电源开机pwr脚接地；步骤s3，微控制器的定时器开始计时；步骤s4，微控制器的定时器达到设定时间后，计数清空，并且将微控制器的pa2引脚置低，使mos管处于断开状态，电源开机pwr脚与地断开，电力计量物联网设备关机完成，所述第一电容停止放电。在步骤s1中，adc检测电路开始工作前，系统时钟会进行初始化，定时器也会进行初始化，adc检测电路也会进行初始化。
38.所述步骤s1中，所述adc检测电路检测到物联网设备的电源电路电压低于或等于11.5v时，所述微控制器控制第一电容通过放电电路开始对电力计量物联网设备的电源电路以及微控制器进行供电，所述步骤s3中微控制器的定时器的设定时间为2000ms。
39.实施例3：
40.在前述实施例的基础上，在使用电力计量物联网设备时，插上电源后，12v电源通过一个电阻电容rc缓慢充电电路，此时电压从0v逐渐上升到12v，根据电力计量物联网设备的开机要求，电压升压到11.5v时的时间不得超过500ms，。
41.根据式(1)计算电压上升至给定值所需时间
42.t＝rc*ln[(v1-v0)/(v1-vt)],(1)
[0043]
式中的v0为电容上的初始电压值，v1为电容最终可充到的给定值，vt为t时刻电容上的电压值；将500ms即0.5s带入公式(1)计算可得
[0044]
0.5＝rc*ln[12/0.5],
[0045]
即rc＝0.16，电容可选用22uf，电阻可选用25k。
[0046]
由于stm32f030f4p6微控制器的adc测量范围为0～3.3v，所以采用1个高精度1％1m电阻和一个高精度1％3m电阻分压进行检测，当检测电压大于等于11.5v时，stm32f030f4p6微控制器的pa2和pa3引脚同时置高，并且打开定时器开始计时。mos管选用aod4184，如图1所示为aod4184的vgs电压、vds电压和id电流的关系；此时q1，q2处于接通状态，电源开机pwr脚接地，电容处于充电中，定时器计时500ms后计数器清零并关闭定时器，微控制器将pa2引脚置低，此时mos管处于关断状态，电源开机pwr脚与地断开，由此电力计量物联网设备实现了上电自动开机。
[0047]
当用户直接拔掉电力计量物联网设备电源时，stm32f030f4p6微控制器的adc检测到电压小于等于11.5v时，pa2引脚置高，使mos管由关断变为接通状态，电源开机pwr脚接地，同时stm32f030f4p6打开定时器开始计时。因为大多数电力物联网设备需要pwr脚接地2000ms以上且工作电流至少为4a才能正常关机，所以工作电压需要在11v～12v之间。
[0048]
根据公式
[0049]
u＝q/c(2)
[0050]
当采用恒流放电时，q＝i*t，u＝i*t/c,式中u为工作电压，i为工作电流，c为放电电容值，t为放电时间计算，c＝i*t/u，c＝0.67f，但由于电容的实际放电曲线如图2所示。
[0051]
电容电压下降速度快，达不到正常工作电压，所以需要用公式(3)进行修正
[0052]
c＝(v0+v1)*i*t/(v0*v0-v1*v1) (3)
[0053]
式中的v0为电容上的初始电压值，v1为电容放电最终放到的达到的电压值，i为放电电流，t为放电时间。根据电路参数v0＝11.5v,v1＝11v,t＝2000ms,i＝4a，经由公式(3)计算可得c＝16f,因此选用耐压15v，容值为16f的maxwell型号超级电容
[0054]
当微控制器定时器计时到2000ms后，计数清空并关闭定时器,pa2引脚置低使mos
管处于断开状态，电源开机pwr脚与地断开，实现关机保护。
[0055]
电力计量物联网设备直接上电自动开机，无需手动开机；当需要关机时，可直接拔掉电源，不会出现软件系统紊乱、数据丢失以及再次启动无法开机等问题；开关机更加便捷而且保证了系统的可靠性。
[0056]
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本技术公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

技术特征：

1.一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，其特征在于，包括微控制器和第一电容，所述微控制器通过adc检测电路和电力计量物联网设备的电源电路相连，所述第一电容通过放电电路与微控制器以及电力计量物联网设备的电源电路相连，所述微控制器通过nmos驱动电路和电力计量物联网设备的开机引脚相连。2.根据权利要求1所述的一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，其特征在于：所述微控制器通过降压电路和第一电容相连。3.根据权利要求1所述的一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，其特征在于：所述电力计量物联网设备的电源电路接入电源的电压为12v。4.根据权利要求3所述的一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，其特征在于：所述微控制器的型号为stm32f030f4p6微控制器，所述mos管型号为aod4184，所述第一电容的容值为16f，耐压15v。5.根据权利要求4所述的一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，其特征在于：所述微控制器的adc检测电路通过1个高精度1％1m电阻和一个高精度1％3m电阻分压对电力计量物联网设备的电源电路进行电压检测。6.根据权利要求3所述的一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，其特征在于：所述电力计量物联网设备的电源电路通过12v缓慢充电电路接入电源，所述adc检测电路和12v缓慢充电电路相连，所述第一电容和12v缓慢充电电路相连，所述12v缓慢充电电路上设置有第二电容。7.根据权利要求6所述的一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，其特征在于：所述电力计量物联网设备接入电源时，电力计量物联网设备自动开机过程如下：步骤t1，电力计量物联网设备的电源电路通过12v缓慢充电电路接入电源后，所述微控制器通过adc检测电路对12v缓慢充电电路的电压进行检测；步骤t2，当adc检测电路检测到12v缓慢充电电路的电压上升到大于或等于11.5v时，所述微控制器的pa2和pa3引脚同时置高，并且打开定时器开始计时，此时，nmos驱动电路的mos管为接通状态，电源开机pwr脚接地，第一电容处于充电中；步骤t3，定时器计时500ms后计数器清零并关闭定时器，微控制器将pa2引脚置低，此时mos管处于关断状态，电源开机pwr脚与地断开，电力计量物联网设备开机。8.根据权利要求7所述的一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，其特征在于：所述第二电容的容值为22μf，电阻为25k。9.一种如权利要求1-8任意一项所述的电力计量物联网设备自动断电保护装置的断电保护方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1，将电力计量物联网设备的电源电路和电源断开后，所述adc检测电路检测到物联网设备的电源电路电压低于或等于设定值时，所述微控制器控制第一电容通过放电电路开始对电力计量物联网设备的电源电路进行供电；步骤s2，所述微控制器的pa2引脚置高，使nmos驱动电路上的mos管由关断变为接通状态，使电源开机pwr脚接地；步骤s3，微控制器的定时器开始计时；步骤s4，微控制器的定时器达到设定时间后，计数清空，并且将微控制器的pa2引脚置低，使mos管处于断开状态，电源开机pwr脚与地断开，电力计量物联网设备关机完成，所述
第一电容停止放电。10.根据权利要求9所述的一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，其特征在于：所述步骤s1中，所述adc检测电路检测到物联网设备的电源电路电压低于或等于11.5v时，所述微控制器控制第一电容通过放电电路开始对电力计量物联网设备的电源电路以及微控制器进行供电，所述步骤s3中微控制器的定时器的设定时间为2000ms。

技术总结

本发明涉及电力计量物联网设备技术领域，具体涉及一种电力计量物联网设备自动断电保护装置，包括微控制器和第一电容，所述微控制器通过ADC检测电路和电力计量物联网设备的电源电路相连，所述第一电容通过放电电路与微控制器以及电力计量物联网设备的电源电路相连，所述微控制器通过NMOS驱动电路和电力计量物联网设备的开机引脚相连，当需要关机时，可直接拔掉电源，微控制器通过控制第一电容来作为电源对电保护装置以及电力计量物联网设备进行供电，同时微控制控制电力计量物联网设备的开机引脚进行关机操作，通过第一电容供电，使电力计量物联网设备有足够的时间进行关机，这样就不会出现软件系统紊乱、数据丢失以及再次启动无法开机等问题。启动无法开机等问题。启动无法开机等问题。