一种数据采集设备的电源系统的制作方法

本发明涉及数据采集设备领域，更具体的，涉及一种数据采集设备的电源系统。

背景技术：

科技的进步，技术的发展、业务需求的增加使得人们对信息的统计、分析要求也越来越高。大数据信息时代数据采集的稳定性、完整性是至关重要的因素之一。要保证信息采集的完整性首先得确保数据采集设备能够正常运行，源源不断的动力是保证采集设备稳定工作的提前。现有数据采集设备动力一般来源于两个方面：第一、市电供电；第二蓄电池供电；

这两种供电方式依然存在不足之处:第一、目前大部分数据采集设备均采用市电供电，遇到停电突发事件或类似农排灌地区非排灌时间不供电等情况时，数据无法采集上报。第二、受数据采集设备自身结构影响，现有数据采集设备备用电池容量小，供电时间短，需要增大电池容量，且电池本身属于损耗件，长时间暴漏在恶劣环境下自损耗非常大，寿命短。第三、即使加装了备用电池，但停电状态下电池的电量也是有限的，无法长时间供电。

技术实现要素：

本发明为了解决以上数据采集设备供电系统的不足之处的问题，提供了一种数据采集设备的电源系统，其能实现全天候长时间供电的特点。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种数据采集设备的电源系统，包括太阳能光伏板、储能电池、主控制器、降压电路、升压电路、充电控制电路、外部电池供电开关；所述太阳能光伏板分别与降压电路、升压电路的输入端连接，所述降压电路、升压电路的输出端与储能电池连接；所述充电控制电路的控制端接内部硬件，输入端接储能电池的正极，输出端接降压电路的控制端；所述外部电池供电开关的控制端接主控制器，外部电池供电开关的输入端分别接太阳能光伏板、储能电池、内部硬件，外部电池供电开关的输出端用于给数据采集设备供电。

优选地，还包括法拉电容充电电路、防接反电路，所述法拉电容充电电路的输入端接太阳能光伏板、储能电池，输出端接数据采集设备；所述防接反电路的输入端接太阳能光伏板，输出端分别与降压电路的输入端、升压电路的输入端、外部电池供电开关的输入端连接。

优选地，所述防接反电路包括双极性瞬态抑制二极管、cmos管、二极管r204、二极管r213、接线端子p202；所述接线端子引出两个引脚，其中一个引脚直接接太阳能光伏板的输入端、储能电池的输入端、外部电池供电开关的输入；另一个人引脚接cmos管的漏极；所述双极性瞬态抑制二极管并联在接线端子的两个引脚上；所述cmos管的栅极通过电阻r204接太阳能光伏板的输入端、储能电池的输入端、外部电池供电开关的输入；所述cmos管的源极接地；

优选地，所述降压电路包括电容c203、电容c204、电阻r219、电阻r223、降压模块、肖特基二极管、电感l201、电阻r220、电阻r224、电容e201、电容c202、二极管d201、三极管q203、电阻r225、电阻r227、电阻r226；

所述电容c203、电容c204并联连接后一端接地，另一端接防接反电路的输入引脚，且接降压模块的输入端；

所述电阻r219并联在降压模块的输入端与降压模块的en引脚之间；所述电阻r223的一端接降压模块的en引脚，另一端接地；

所述肖特基二极管的正极接地，负极分别接降压模块的输出引脚；

所述降压模块的输出引脚分别通过电感l201、二极管d201与储能电池的正极连接；

所述电容e201、电容202并联连接后的一端接在电感e201与电容c202之间，另一端接地；

所述电阻r220的一端接在电感l201与电容c202之间，另一端接降压模块的fb引脚；

所述电阻r224的一端接降压模块的fb引脚，另一端接地；

所述电阻r225的一端接充电控制电路的输出端；另一端接三极管q203的基极；所述三极管q203的集电极接降压模块的en引脚；

所述电阻r227的一端接主控制器的io引脚，另一端通过电阻r226与三极管q203的发射极连接后接地；

所述三级管q203的基极同时接在电阻r227与电阻r226之间。

优选地，所述升压电路包括电阻r236、电阻r247、可控精密稳压源tl431、电阻r237、电阻r243、电阻r248、电阻r234、电阻r238、cmos管q205、三极管q207、电容e203、电容c207、电阻r245、电阻r240、电阻r249、升压模块、电阻r239、电感l202、肖特基二极管d206、肖特基二极管d205、电容c208、电容e202、电容c206、二极管d207；

所述防接反电路的输出端接cmos管q205的源极，所述电阻r236的一端接cmos管q205的源极，另一端接可控精密稳压源tl431的参考极；

所述电阻r247的一端接可控精密稳压源tl431的参考极，另一端接接；所述可控精密稳压源tl431的阳极接地；可控精密稳压源tl431的阴极通过电阻r237与cmos管q205的源极连接；

所述电阻r234并联在cmos管q205的源极与栅极之间；所述cmos管q205的栅极通过电阻r238与三极管q207的集电极连接；

所述电容e203的正极接cmos管q205的漏极，cmos管q205的漏极通过肖特基二极管接储能电池的正极；

所述电容c207并联在电容e203两端，电阻r245的一端接电容c207，另一端接升压模块的ipk引脚，同时通过电阻r239与升压模块的drc引脚连接；

所述升压模块的vcc引脚接在电阻r240与电容c207之间，升压模块的cmp引脚通过电阻r249接地；升压模块的tc引脚通过电容c208接地；

所述电感l202的一端同时接电阻r239、电阻r245；另一端同时接升压模块的swc引脚、肖特基二极管d206的正极；所述肖特基二极管d206的负极通过二极管d207接储能电池的正极；

所述电阻r240的一端接在电阻r249，另一端接在肖特基二极管d206与二极管d207之间；所述电容e202与电容c206并联连接后一端接地，另一端接二极管d207的正极；其中电容e202的正极接在二极管d207的正极。

优选地，所述充电控制电路包括电阻r216、电阻r221、电阻r215、发光二极管d203、运算放大器u204a、电阻r222、电阻r217；

所述电阻r216的一端接储能电池的正极，另一端接运算放大器u204a的正输入端；

所述电阻r221的一端接运算放大器u204a的正输入端，另一端接地；

所述电阻r222并联在运算放大器u204a的正输入端与输出端之间；

所述运算放大器u204a的电源由储能电池供电；所述运算放大器u204a的电源引脚通过电阻r215与运算放大器u204a的负输入端连接，所述运算放大器u204a的负输入端接内部硬件连接，且通过发光二极管d203接地；

所述运算放大器u204a的输出端通过电阻r217与电阻r225连接。

优选地，所述外部电池供电开关包括电阻r235、电阻r246、运算放大器u204b、电阻r244、电阻r233、电阻r230、电阻r228、电阻r229、cmos管q204、二极管d204、电容c205、电阻r231、三极管q206、电阻r241、电阻r242；

所述运算放大器u204b的负输入端与硬件内部连接；所述运算放大器u204b正输入端通过电阻r235接防接反电路的输出端；同时通过电阻r246后接地；

所述电阻r244并联在运算放大器u204b的正输入端与输出端之间；所述运算放大器u204b的输出端通过电阻r233与cmos管q204的栅极连接；

所述cmos管q204的源极接储能电池的正极；所述电阻r230并联在cmos管q204的栅极与源极之间；

所述电阻r228与电阻r229并联连接后的一端接cmos管q204的漏极，另一端通过电容c205与cmos管q204的栅极连接；

所述二极管d204的正极接cmos管q204的漏极，负极接数据采集设备电源端；

所述cmos管q204的栅极通过电阻r231与三极管q206的集电极连接；

所述电阻r242并联在三极管q206的基极与发射极之间，所述三极管q206的发射极接地；所述三极管q206的基极通过电阻241与主控制器的io引脚连接。

本发明的有益效果如下：本发明采用太阳能光伏板对储能电池充电，保证在停电情况下，保持储能电池能不断的对数据采集设备供电，实现全天候对数据采集设备供电；本发明采用升压电路和降压电路，保证太阳能光伏板能输出稳定的电压，从而能储能电池寿命。

附图说明

图1是一种数据采集设备的电源系统示意图。

图2是本发明防接反电路的电路图。

图3是本发明降压电路的电路图。

图4是本发明升压电路的电路图。

图5是本发明充电控制电路的电路图。

图6是本发明的外部电池供电开关的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。

实施例1

如图1所示，一种数据采集设备的电源系统，包括太阳能光伏板、储能电池、主控制器、降压电路、升压电路、充电控制电路、外部电池供电开关；所述太阳能光伏板分别与降压电路、升压电路的输入端连接，所述降压电路、升压电路的输出端与储能电池连接；所述充电控制电路的控制端接内部硬件，输入端接储能电池的正极，输出端接降压电路的控制端；所述外部电池供电开关的控制端接主控制器，外部电池供电开关的输入端分别接太阳能光伏板、储能电池、内部硬件，外部电池供电开关的输出端用于给数据采集设备供电。

所述的市电、太阳能光伏板、储能电池用于向数据采集设备供电，所述的数据采集设备还设有采集器、电表、水表、热表、气表；所述的采集器用于采集电表、水表、热表、气表的数据，并传输给数据采集设别中的主控制器进行数据处理，后传输给主站。

本发明还包括法拉电容充电电路、防接反电路，所述法拉电容充电电路的输入端接太阳能光伏板、储能电池，输出端接数据采集设备；所述防接反电路的输入端接太阳能光伏板，输出端分别与降压电路的输入端、升压电路的输入端、外部电池供电开关的输入端连接。所述法拉电容充电电路用于当市电、储能电池均无电量时，能提供电量用于数据采集设备保存数据所需要的电量。所述防接反电路用于防止接线端子与太阳能光伏板接反时，造成的危害。

如图2所示，所述防接反电路包括双极性瞬态抑制二极管、cmos管q201、二极管r204、二极管r213、接线端子p202；所述接线端子引出两个引脚，其中一个引脚直接接太阳能光伏板的输入端、储能电池的输入端、外部电池供电开关的输入；另一个人引脚接cmos管q201的漏极；所述双极性瞬态抑制二极管并联在接线端子的两个引脚上；所述cmos管q201的栅极通过电阻r204接太阳能光伏板的输入端、储能电池的输入端、外部电池供电开关的输入；所述cmos管q201的源极接地；所述双极性瞬态抑制二极管能承受了瞬间脉冲，进而起到保护其他电子元件的作用，所述的cmos管q201能起到开关的作用，当电路接反时，cmos管q201不导通，所述的cmos管q201采用ceu84a4型号。

如图3所示，当太阳能光伏板的输出端vin电压大于电池充电电压时，数据采集设备中的主控制器自动将太阳能光伏板电压通过降压电路给储能电池充电。所述降压电路包括电容c203、电容c204、电阻r219、电阻r223、降压模块、肖特基二极管、电感l201、电阻r220、电阻r224、电容e201、电容c202、二极管d201、三极管q203、电阻r225、电阻r227、电阻r226；所述的降压模块采用td7590型号的降压模块。

所述电容c203、电容c204并联连接后一端接地，另一端接防接反电路的输入引脚，且接降压模块的输入端。

所述电阻r219并联在降压模块的输入端与降压模块的en引脚之间；所述电阻r223的一端接降压模块的en引脚，另一端接地。

所述肖特基二极管的正极接地，负极分别接降压模块的输出引脚。

所述降压模块的输出引脚分别通过电感l201、二极管d201与储能电池的正极连接。

所述电容e201、电容202并联连接后的一端接在电感e201与电容c202之间，另一端接地。

所述电阻r220的一端接在电感l201与电容c202之间，另一端接降压模块的fb引脚。

所述电阻r224的一端接降压模块的fb引脚，另一端接地。

所述电阻r225的一端接充电控制电路的输出端；另一端接三极管q203的基极；所述三极管q203的集电极接降压模块的en引脚。

所述电阻r227的一端接主控制器的io引脚，另一端通过电阻r226与三极管q203的发射极连接后接地。

所述三级管q203的基极同时接在电阻r227与电阻r226之间。

如图4所示，当太阳能光伏板的输出端vin电压等于或者小于储能电池充电电压时，将太阳能光伏板电压通过升压电路给电池充电，保证太阳能光伏板的能量有效利用，保证充电电压的稳定性，能延长储能电池的使用寿命。所述升压电路包括电阻r236、电阻r247、可控精密稳压源u207、电阻r237、电阻r243、电阻r248、电阻r234、电阻r238、cmos管q205、三极管q207、电容e203、电容c207、电阻r245、电阻r240、电阻r249、升压模块、电阻r239、电感l202、肖特基二极管d206、肖特基二极管d205、电容c208、电容e202、电容c206、二极管d207；所述cmos管q205采用ceu95p04型号、升压模块采用mc33063ad型号、三极管q207采用mmbt3904型号、可控精密稳压源u207采用tl431型号。

所述防接反电路的输出端接cmos管q205的源极，所述电阻r236的一端接cmos管q205的源极，另一端接可控精密稳压源u207的参考极。

所述电阻r247的一端接可控精密稳压源u207的参考极，另一端接接；所述可控精密稳压源u207的阳极接地；可控精密稳压源u207的阴极通过电阻r237与cmos管q205的源极连接。

所述电阻r234并联在cmos管q205的源极与栅极之间；所述cmos管q205的栅极通过电阻r238与三极管q207的集电极连接。

所述电容e203的正极接cmos管q205的漏极，cmos管q205的漏极通过肖特基二极管接储能电池的正极。

所述电容c207并联在电容e203两端，电阻r245的一端接电容c207，另一端接升压模块的ipk引脚，同时通过电阻r239与升压模块的drc引脚连接。

所述升压模块的vcc引脚接在电阻r240与电容c207之间，升压模块的cmp引脚通过电阻r249接地；升压模块的tc引脚通过电容c208接地。

所述电感l202的一端同时接电阻r239、电阻r245；另一端同时接升压模块的swc引脚、肖特基二极管d206的正极；所述肖特基二极管d206的负极通过二极管d207接储能电池的正极。

所述电阻r240的一端接在电阻r249，另一端接在肖特基二极管d206与二极管d207之间；所述电容e202与电容c206并联连接后一端接地，另一端接二极管d207的正极；其中电容e202的正极接在二极管d207的正极。

如图5所示，所述充电控制电路包括电阻r216、电阻r221、电阻r215、发光二极管d203、运算放大器u204a、电阻r222、电阻r217；所述运算放大器u204a采用lm2904pwr型号。

所述电阻r216的一端接储能电池的正极，另一端接运算放大器u204a的正输入端。

所述电阻r221的一端接运算放大器u204a的正输入端，另一端接地。

所述电阻r222并联在运算放大器u204a的正输入端与输出端之间。

所述运算放大器u204a的电源由储能电池供电；所述运算放大器u204a的电源引脚通过电阻r215与运算放大器u204a的负输入端连接，所述运算放大器u204a的负输入端接内部硬件连接，且通过发光二极管d203接地。

所述运算放大器u204a的输出端通过电阻r217与电阻r225连接。

本实施例中所述的储能电池电压大于14.4v时，运算放大器u204a的输出端输出高电平，用于控制降压模块工作。

如图6所示，当外部电池供电开关检测太阳能光伏板两端电压低于8.8v时，外部电池供电开关自动打开外部储能电池，给数据采集设备供电。所述外部电池供电开关包括电阻r235、电阻r246、运算放大器u204b、电阻r244、电阻r233、电阻r230、电阻r228、电阻r229、cmos管q204、二极管d204、电容c205、电阻r231、三极管q206、电阻r241、电阻r242，所述运算放大器u204b。

所述运算放大器u204b的负输入端与硬件内部连接；所述运算放大器u204b正输入端通过电阻r235接防接反电路的输出端；同时通过电阻r246后接地。

所述电阻r244并联在运算放大器u204b的正输入端与输出端之间；所述运算放大器u204b的输出端通过电阻r233与cmos管q204的栅极连接。

所述cmos管q204的源极接储能电池的正极；所述电阻r230并联在cmos管q204的栅极与源极之间。

所述电阻r228与电阻r229并联连接后的一端接cmos管q204的漏极，另一端通过电容c205与cmos管q204的栅极连接。

所述二极管d204的正极接cmos管q204的漏极，负极接数据采集设备电源端。

所述cmos管q204的栅极通过电阻r231与三极管q206的集电极连接。

所述电阻r242并联在三极管q206的基极与发射极之间，所述三极管q206的发射极接地；所述三极管q206的基极通过电阻241与主控制器的io引脚连接。

本发明为了防止暴晒影响储能电池的寿命，所述储能电池的外壳采用金属、塑料等具有较好机械强度、阻燃性能好的材料制成。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。