智能钥匙充电管理装置的制作方法

本实用新型涉及一种电力现场（变电站、配电房和开闭所等）智能门锁使用的智能钥匙的充电装置，具体涉及一种智能钥匙充电管理装置。

背景技术：

目前，电力部门正在逐步将智能锁具引入到变电站、配电房和开闭所等电力现场的出入口的安全管控中。智能锁具的应用实现了对进入电力现场的按时段管理、按区域管理、实时监控门户的状态、进入人员的智能识别等功能，能有效解决传统通开锁具越权进入和越权操纵的问题，为明确管理责任，确保安全生产，提供了一种有效的技术措施，有利于输电设备更安全、可靠、高效的运行，提高变电站安全防范管理水平。

现有智能钥匙本身的自带电池电量显示方法不明确，易出现使用过程中智能钥匙电源不足，无法开锁的问题，同时在充电过程中缺乏对智能钥匙充电过程的实时监控，不能明确显示智能钥匙的充电状态（如：需要充电时间、已充电时间、电池的电量等）、充电电流，不能对已充满的智能钥匙进行断电和防止过充，给现场使用带来安全隐患，降低了工作效率。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，提供一种智能钥匙充电管理装置，具有可判断充电过程、充电结束后自动断电及充电结束提醒等功能，能有效地管控智能钥匙充电过程，保证智能钥匙充电安全，提高智能钥匙的使用寿命。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案是：一种智能钥匙充电管理装置，由机械外壳及设置在机械外壳内部的电源模块、主控电路MCU和连接在主控电路MCU上的充电监测模块、充电控制模块、无线传输模块、系统保护电路、报警电路、触摸屏U6和液晶显示模块U7组成，所述电源模块由电源转换模块U2、电源开关S1、C9、C10、C11、C12组成，并通过所述电源转换模块U2将220AC交流电源转换成两路5V直流电源，再通过C9、C12过滤为5V滤波电路，通过C10、C11过滤为5V_O滤波电路，所述主控电路MCU包括AVR芯片U1、芯片内部测试JTAG接口P3、滤波电路LC、信号同步电路YC和时钟芯片U8；

所述5V直流电源的VCC端通过线路并联所述报警电路、所述系统保护电路、所述芯片内部测试JTAG接口P3、所述滤波电路LC和所述液晶显示模块U7，所述5V滤波电路的VCC端通过线路并联所述充电监测模块、所述时钟芯片U8、所述触摸屏U6和所述无线传输模块，所述5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源通过所述充电控制模块为USB接口供电，所述AVR芯片U1作为主控电路的核心设置有多个管脚，并通过所述管脚连接所有控制模块，所有控制模块电路的接地端均连接在所述电源模块的GND线路上。

所述AVR芯片U1采用ATmageL64并通过管脚9、11、12连接所述报警电路，通过管脚54～57、1、20、4连接所述系统保护电路，通过管脚21、52、22、53、62～64连接所述滤波电路LC，通过管脚37～42、44～51连接所述液晶显示模块U7显示系统状态、人机对话界面、智能钥匙的电量和充电状态信息，通过管脚28、30～34连接所述触摸屏U6的2～7脚获取触摸屏设置输入的参数信息，通过串口管脚2、3、18连接所述无线传输模块下发指令，通过管脚23、24连接所述信号同步电路YC，通过 QUOTE I2C 总线管脚25、26及管脚27连接所述时钟芯片U8的2、13、10脚获取时钟信息，通过管脚19连接所述充电控制模块，所述芯片内部测试JTAG接口P3与所述系统保护电路共用所述管脚54～57、20，所述充电监测模块与所述时钟芯片U8共用所述 QUOTE I2C 总线管脚25、26。

所述报警电路由SK1、Q8、R23、LED2、LED4、R7、R8组成，所述LED2、R8连接所述管脚9组成电源供电指示电路，所述LED4、R7连接所述管脚11组成设备运行指示电路，所述SK1、Q8、R23连接所述管脚12组成蜂鸣器报警电路。

所述系统保护电路由带看门狗的电源监控芯片U5及外部电路组成，所述带看门狗的电源监控芯片U5通过1脚连接所述管脚20发送复位指令，通过4脚连接所述管脚4接收喂狗指令，所述外部电路由大阻值的R1～R6并联组成，其中所述R1输出端连接在所述带看门狗的电源监控芯片U5的1脚线路上。

所述芯片内部测试JTAG接口P3为主程序升级接口，所述芯片内部测试JTAG接口P3通过引脚TDI、TDO、TMS、TCK依次连接所述管脚54～57测试系统的数据输入、数据输出、模式选择、时钟输入，通过6脚与所述系统保护电路内R1输出端的线路连接。

所述液晶显示模块U7由液晶显示器、R10、Q1、R9、C7、C6、电位器W1组成，所述R10、Q1、R9组成背光控制电路，所述C7、C6组成电源滤波电路，所述液晶显示模块U7采用LM32019并通过4～8脚连接所述管脚37～41监测所述液晶显示器的工作状态，通过9～16脚连接所述管脚44～51控制所述液晶显示器的显示内容，所述管脚42连接所述R10控制所述Q1的通断从而控制背光的点亮和熄灭。

所述无线传输模块由蓝牙通讯模块U4、Q6、R11组成，所述Q6、R11连接所述管脚18并组成所述无线传输模块的供电开关，所述蓝牙通讯模块U4采用nRF51822并通过3、4脚连接所述串口管脚2、3进行数据通信传送智能钥匙内电池电量的状态信息给所述AVR芯片U1，通过1、5脚与所述信号同步电路YC的输出端共同连接所述电源模块的GND线路。

所述充电控制模块由大功率MOS管Q4、R12、R13组成，所述大功率MOS管Q4采用NTJS4151并通过1、2、5、6脚连接USB接口的1脚控制充电电路的开关，通过3脚连接所述管脚19获取充电信息，通过4脚连接所述5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源，所述R12连接在所述大功率MOS管Q4的3脚线路上，所述R13连接在所述大功率MOS管Q4的3、4脚线路之间，所述R12、R13组成匹配电阻保证所述大功率MOS管Q4处于正常的工作状态。

所述充电监测模块由监控器U3和R14组成，所述监控器U3采用INA219并通过5脚连接所述5V滤波电路的VCC端获取电源，通过3、4脚与所述时钟芯片U8共用所述 QUOTE I2C 总线管脚25、26传送实时电压、电流值给所述AVR芯片U1，通过7、8脚检测R14两端电压值并自动运算产生实时电流值，通过1、6脚连接所述电源模块的GND线路，所述R14串联在充电回路的所述大功率MOS管Q4与USB线路之间，所述时钟芯片U8采用RX8025。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型采用时钟管理技术：使用晶体的RX8025时钟芯片、使用I²C通讯方式、月误差小于15秒。

2）本实用新型采用无线传输技术：使用BLUETOOTH无线传输模块，低功耗，传输距离小于5米，通讯安全可靠。

3）本实用新型采用单片机控制技术：抗电磁干扰能力强、性能稳定、功耗低。

4）本实用新型采用双向电流/功率监测技术：能实时监测充电电路的电压和输出电流，并能自动切断供电电源防止过充。

5）本实用新型采用电阻触摸屏控制技术：反应灵敏度很好，设置操作方便，操作人员可通过电阻触摸屏设置充电时间。

6）本实用新型采用液晶显示技术：能清晰显示智能钥匙充电过程，可观察智能钥匙内电量信息。

附图说明

图1本实用新型的结构框图；

图2本实用新型的左半边电路原理图；

图3本实用新型的右半边电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的解释和说明：

实施例：一种智能钥匙充电管理装置，由机械外壳及设置在机械外壳内部的电源模块、主控电路MCU和连接在主控电路MCU上的充电监测模块、充电控制模块、无线传输模块、系统保护电路、报警电路、触摸屏U6和液晶显示模块U7组成，电源模块由电源转换模块U2、电源开关S1、C9、C10、C11、C12组成，并通过电源转换模块U2将220AC交流电源转换成两路5V直流电源，再通过C9、C12过滤为5V滤波电路，通过C10、C11过滤为5V_O滤波电路，主控电路MCU包括AVR芯片U1、芯片内部测试JTAG接口P3、滤波电路LC、信号同步电路YC和时钟芯片U8；

5V直流电源的VCC端通过线路并联报警电路、系统保护电路、芯片内部测试JTAG接口P3、滤波电路LC和液晶显示模块U7， 5V滤波电路的VCC端通过线路并联充电监测模块、时钟芯片U8、触摸屏U6和无线传输模块， 5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源通过充电控制模块为USB接口供电， AVR芯片U1作为主控电路的核心设置有多个管脚，并通过管脚连接所有控制模块，所有控制模块电路的接地端均连接在电源模块的GND线路上。

AVR芯片U1采用ATmageL64并通过管脚9、11、12连接报警电路，通过管脚54～57、1、20、4连接系统保护电路，通过管脚21、52、22、53、62～64连接滤波电路LC，通过管脚37～42、44～51连接液晶显示模块U7，通过管脚28、30～34连接触摸屏U6的2～7脚，通过串口管脚2、3、18连接无线传输模块，通过管脚23、24连接信号同步电路YC，通过 QUOTE I2C 总线管脚25、26及管脚27连接时钟芯片U8的2、13、10脚获取时钟信息，通过管脚19连接充电控制模块，芯片内部测试JTAG接口P3与系统保护电路共用管脚54～57、20，充电监测模块与时钟芯片U8共用 QUOTE I2C 总线管脚25、26。

报警电路由SK1、Q8、R23、LED2、LED4、R7、R8组成， LED2、R8连接管脚9组成电源供电指示电路，当设备上电后点亮LED2，指示供电状态，LED4、R7连接管脚11组成设备运行指示电路，AVR芯片U1初始化成功后通过向管脚11输出低电平点亮LED4，SK1、Q8、R23连接管脚12组成蜂鸣器报警电路，当有事件发生时，AVR芯片U1通过向管脚12加高电平使Q8的集电极和发射极导通从而使SK1导通发出报警声。

系统保护电路由带看门狗的电源监控芯片U5及外部电路组成，负责上电复位、防死机及防程序跑飞的运行监控工作，AVR芯片U1在运行过程中通过管脚4定时给带看门狗的电源监控芯片U5发送喂狗指令，否则触摸屏U6的1脚发复位电平给管脚20使AVR芯片U1重启复位，外部电路由大阻值的R1～R6并联组成，其中R1输出端连接在带看门狗的电源监控芯片U5的1脚线路上。

芯片内部测试JTAG接口P3为主程序升级接口，芯片内部测试JTAG接口P3通过引脚TDI、TDO、TMS、TCK依次连接管脚54～57测试系统的数据输入、数据输出、模式选择、时钟输入，通过6脚与系统保护电路内R1输出端的线路连接。

液晶显示模块U7由液晶显示器、R10、Q1、R9、C7、C6、电位器W1组成，触摸屏U6和液晶显示模块U7主要用来人机交互，通过液晶屏向用户展示设置信息、工作状态、智能钥匙充电过程、电池状态，通过触摸屏U6获取用户要设置的参数信息，电位器W1控制液晶屏字符显示的亮度，R10、Q1、R9组成背光控制电路， C7、C6组成电源滤波电路，液晶显示模块U7采用LM32019并通过4～8脚连接管脚37～41监测液晶显示器的工作状态，通过9～16脚连接管脚44～51控制液晶显示器的显示内容，管脚42连接R10控制Q1的通断从而控制背光的点亮和熄灭。

无线传输模块是与智能钥匙进行信息交换的枢纽，完成命令的下发（智能钥匙的参数设置、测试）、数据的上传（参数的上传、实时电量数据上传）等工作，无线传输模块由蓝牙通讯模块U4、Q6、R11组成， Q6、R11连接管脚18并组成无线传输模块的供电开关，蓝牙通讯模块U4采用nRF51822并通过3、4脚连接串口管脚2、3进行数据通信传送智能钥匙内电池电量的状态信息给AVR芯片U1，通过1、5脚与信号同步电路YC的输出端共同连接电源模块的GND线路，AVR芯片U1初始化成功后，通过管脚18输出低电平使Q6的源极和栅极导通为蓝牙通讯模块U4供电。

充电控制模块由大功率MOS管Q4、R12、R13组成，大功率MOS管Q4采用NTJS4151并通过1、2、5、6脚连接USB接口的1脚控制充电电路的开关，通过3脚连接管脚19获取充电信息，通过4脚连接5V_O滤波电路的VCC_O端作为智能钥匙的充电电源，R12连接在大功率MOS管Q4的3脚线路上，输出高电平或低电平控制大功率MOS管Q4的状态改变从而控制控制充电电路的开关，R13连接在大功率MOS管Q4的3、4脚线路之间， R12、R13组成匹配电阻保证大功率MOS管Q4处于正常的工作状态。

充电监测模块由监控器U3和R14组成，R14串联在充电回路的大功率MOS管Q4与USB线路之间，当给智能钥匙充电的过程中，R14必然流过电流，R14两端产生电压差，监控器U3采用INA219并通过5脚连接5V滤波电路的VCC端获取电源，通过3、4脚与时钟芯片U8共用 QUOTE I2C总线管脚25、26传送实时电压、电流值给AVR芯片U1供其分析和判断智能钥匙充电状态，通过7、8脚检测R14两端电压值并自动运算产生实时电流值，通过1、6脚连接电源模块的GND线路，时钟芯片U8采用RX8025。

操作流程：工作人员将智能钥匙连接到USB接口，通过液晶屏显示信息观察智能钥匙内电量信息，并通过电阻触摸屏设置充电时间，本装置开始对智能钥匙供电，并实时监控供电电源的电压和输出的电流，当到达设定充电时间或检测到输出的电流很小（智能钥匙电池充满，消耗几十微安的电流）时，自动切断供电电源防止过充，并发出告警声音提醒工作人员智能钥匙充电结束。

本实用新型是智能钥匙充电管理配件，能有效管控智能钥匙充电过程，防止智能钥匙过充，提高智能钥匙的使用寿命，减少智能钥匙充电过程中工作人员的关注度，提高工作人员的工作效率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。