一种实时数据采集系统及其掉电数据保存电路、方法_3

文档序号:9707912阅读:来源:国知局
VCC端连接外部第一供电端VSS、第二电容C2的一端和第三电阻R3的一端;所述第二电容C2的另一端连接第二芯片U2的GND端,所述第二芯片U2的V0端(S卩Vout输出端)连接第三电阻R3的另一端和第一 M0S管Q1的栅极;所述第一M0S管Q1的源极接地,所述第一 MOS管Q1的漏极为所述交流掉电检测模块30的输出端PAUX_DE、连接定时器模块50、系统控制模块60、还通过第四电阻R4连接外部第二供电端VDD。所述第一芯片U1为桥堆芯片,型号为MB6S。所述第二芯片为光親芯片。所述第一二极管D1为稳压二极管。
[0042]所述交流掉电检测模块30通过桥堆芯片U1将交流220V电压转换为直流电压,在直流电压输出端通过第一电阻R1、第二电阻R2和稳压二极管D1,输出一个5.6V的采样电压到光耦芯片U2的V+端,驱动光耦。通过光耦芯片和第一 M0S管Q1实现了信号的隔离和转换。当交流电输入端J没有掉电时,即,交流电持续输入时,所述交流掉电检测模块30的输出端PAUX_DE输出的电平为高电平;反之,当交流电输入端J掉电时,输出端PAUX_DE输出的电平为低电平。此低电平信号将输出给到系统中的555定时器,开启定时器工作;同时此信号也输入到系统控制模块60,作为进入紧急数据保存动作的触发信号。本发明之所以要对最前端的220V信号进行采样,而不是直接对开关电源的直流电压输出端进行检测,原因在于采样最前端的220V,具有掉电检测实时性最好,以最快的速度检测到掉电状态,及时通知系统。而后端的直流电压输出端,因为电路中的储能电容的影响,并不能最快的反映掉电状
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[0043]本发明根据通用的实时数据采集系统多采用DC5V作为系统电源的实际情况,选择5.5V的法拉电容作为系统备用供电电源,法拉电容具备温度范围宽(-40?85°C)、循环使用寿命长、充电速度快、大电流放电能力强等特性,在本发明中可根据采集系统的实际功耗,选择不同容量的法拉电容,一般市场上法拉电容的容量范围在0.01F-1000F;鉴于电容的体积以及数据采集系统实际的功耗(一般系统功耗在5V,100mA?500mA之间);优选的,所述法拉电容的范围设置在0.1F-50F之间。根据实际测试,在系统功耗为5V/300mA时,使用10F的法拉电容可以维持系统工作2分钟左右,足够系统完成整个保存操作流程,故,本实施例中,所述法拉电容为10F。
[0044]请参阅图3,所述储能模块20还包括充电单元210和自适应稳压单元220。
[0045]所述充电单元210用于对AC-DC开关电源10输出的直流电进行降压和稳压,并输出给储能电容C。采用独立的一路开关电源输入提供给法拉电容C充电,与开关电源输出给系统的5V电源分离开,这样充电的电路不会影响主供电电路。
[0046]所述自适应稳压单元220用于对储能电容C释放的电能进行稳压,并输出给电源切换模块40。法拉电容C的电压范围为0V?5.5V;由于法拉电容C的特性是在放电过程中,电压会逐渐从5.5V降低到0V,直到所有电量放完为止;因此,采用自适应稳压单元220可输出稳定的5V直流电。
[0047]所述充电单元210通过储能电容C连接自适应稳压单元220。
[0048]进一步的,请参阅图4,所述充电单元210包括第三芯片U3、第二二极管D2、第三二极管D3、第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5和第六电阻R6;所述第二二极管D2的正极为充电单元210的输入端、连接AC-DC开关电源的第二输出端,所述第二二极管D2的负极连接第三二极管D3的负极、第三芯片U3的Vin端、并通过第三电容C3接地;所述第三芯片U3的Vout端为充电单元210的输出端、连接第三二极管的正极、第五电阻R5的一端、还通过第四电容C4和法拉电容C接地;所述第五电阻R5的另一端通过第六电阻R6接地。所述第六电阻R6为可调电阻。所述第二二极管D2起防反向接入的作用,所述第三芯片U3为线性稳压电源芯片,其型号为LM117。
[0049]所述充电单元210通过第五电阻R5和可调电阻R6来调整电压输出,计算公式为:Vout=l.25V( 1+R6/R5)+Iadj(R6);通过调节可调电阻R6,可将输出调整为5.5V电压;提供给法拉电容C充电,其中第三二极管D3为防止交流掉电后,法拉电容C的电压反串回到LM117芯片内部,造成芯片损坏。所述第四电容C4为极性电容,其负极接地。
[0050]请参阅图5,所述自适应稳压单元220包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第七电阻R7、第八电阻R8、电感L和第四芯片U4;所述第五电容C5的一端为所述自适应稳压单元220的输入端、连接法拉电容C的一端、第四芯片U4的VIN端、第四芯片U4的EN端、第四芯片U4的PS端、第四芯片U4的UVL0端、还通过电感L连接第四芯片U4的L端,所述第五电容C5的另一端和法拉电容的另一端均接地;所述第四芯片U4的GND端接地,所述第四芯片U4的VAUX端通过第六电容C6接地;所述第四芯片U4的V0UT端为所述自适应稳压单元220的输出端、连接第七电阻R7的一端、第七电容C7的一端和电源切换模块40的第二输入端;所述第七电容C7的另一端接地,所述第七电阻R7的另一端连接第四芯片U4的FB端、并通过第八电阻R8接地。所述第四芯片U4的型号为TPS61200,所述自适应稳压单元220采用TPS61200芯片作为电源处理芯片,此芯片可将输入在0.3V-5.5V之间的电压进行调整稳压后输出固定的5V电压。
[0051]所述掉电数据保存电路还包括降压LD0模块(图中未示出),所述降压LD0模块用于对自适应稳压单元的输出进行降压,并输出给实时时钟模块。实时时钟模块80的电源供应范围为1.8V~3V电压,因此法拉电容C需要经过一级降压电路(降压LD0模块),输出1.8V给到实时时钟模块80。
[0052]请参阅图6,所述电源切换模块40包括第四二极管D4和电源切换开关410。所述第四二极管D4的正极为所述电源切换模块40的第一输入端、连接AC-DC开关电源10的第一输出端;所述电源切换开关410的输入端为所述电源切换模块40的第二输入端、连接自适应稳压单元220,所述电源切换开关410的控制端为所述电源切换模块40的控制端、连接定时器模块50和系统控制模块60的电源控制端3,所述电源切换开关410的输出端为所述电源切换模块40的输出端、连接第四二极管D4的负极和系统控制模块60的电源输入端2。
[0053 ]在AC-DC开关电源10的第一输出端有输出时,系统控制模块60将电源切换开关410断开,系统由AC-DC开关电源10供电。在交流电输入端J掉电时,系统控制模块60将电源切换开关410闭合,系统由储能模块20供电,所述第四二极管D4可防止储能模块20输出的电压倒灌到AC-DC开关电源10中。
[0054]进一步的,所述电源切换开关410为M0S管。所述M0S管的栅极为电源切换开关410的控制端。在AC-DC开关电源10的第一输出端有输出时,则系统控制模块60输出关闭M0S管的信号,系统由AC-DC开关电源10通过第四二极管D4后给供电。在AC-DC开关电源10掉电后,系统控制模块60则输出导通M0S管的信号,系统切换到法拉电容稳压后的电路供电;并且进入保存数据的流程,流程完成后则输出控制信号关闭电源;如果在预定时间内软件尚未关闭电源,则由555定时器输出控制信号关闭电源。本发明采用一个二极管和M0S管即可实现电源切换,结构简单、成本低且稳定性好。
[0055]综上所述,本发明提供的实时数据采集系统的掉电数据保存电路,采用TF卡作为实时的采集数据存储介质,并解决系统对实时性数据的要求,在断电情况下能够延时保存断电时间点的数据,并在存储的数据上标识好当前的时间,时间跟数据同步保存,在系统重新来电后,自动续点保存数据,并将来电的新的时间跟数据同步保存到TF卡内,这样可以保障掉电前的所有数据完整记录,同时能准确的记
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