一种具备二次报警能力的人防警报电源管理系统的制作方法

本发明涉及一种具备二次报警能力的人防警报电源管理系统，属于人防技术领域。

背景技术：

人民防空警报系统在现代战争中起着重要的作用，各级人防通过人民防空警报系统组织指挥人民群众进行反空袭斗争。在和平年代，周期性的对人民群众进行人防警报相关知识教育，增强人民警报意识，可以在战时减少人员伤亡，保存有生力量。在遇到自然灾害时，通过人防警报系统可及时发出警报，大大减少人员伤亡和人民财产损失。因此各级人防尤为重视人防警报设备的抗毁能力。

但是，目前的警报设备大多使用220v市电进行供电，当电网被损毁时，该区域内的警报设备也将失去报警能力，不具备二次报警能力。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种具备二次报警能力的人防警报电源管理系统，其能够为警报器和控制器提供备用电源，使其具有二次报警的能力。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具备二次报警能力的人防警报电源管理系统，其包括控制模块、锂电池组、电池参数采集模块、电池放电维护模块、电池加热模块、市电供电控制模块、电池供电控制模块、电源选择模块和风扇；

所述电池参数采集模块包括用于采集所述锂电池组正极电压的电压采集电路、位于所述锂电池组充放电干路上的采样电阻、分别用于采集所述采样电阻两端电压的两个采样电路、电子开关以及ad转换芯片，所述两个采样电路与所述电子开关的两个输入端口一一对应连接，所述ad转换芯片的输入端与所述电子开关的一个输出端连接；

所述电池放电维护模块包括用于为锂电池组放电的放电电阻以及用于控制放电电阻通断的第一开关；

所述电池加热模块包括用于为锂电池组加热的加热电阻、用于控制加热电阻通断的第二开关，以及用于检测锂电池组温度的电池温度传感器；

所述市电供电控制模块包括用于检测市电有无的检测电路以及用于控制市电供电输出的第三开关；

所述电池供电控制模块包括用于控制电池供电输出的第四开关；

所述电源选择模块包括市电输入接口、至少一个其他电力输入接口、用于为锂电池组充电的充电接口，以及多个第五开关；每个第五开关对应于一个输入接口，并用于控制该输入接口与所述充电接口的通断；

所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、电子开关以及风扇均受控制模块的控制，所述ad转换芯片、电池温度传感器以及检测电路均向控制模块传送数据；

所述控制模块中执行有电池状态检测程序、电源状态切换程序、维护放电程序、电池温控程序和充电程序，其中，

电池状态检测程序用于执行如下步骤：

(101)通过电池参数采集模块采集放电维护前的电池正极电压u1和放电维护中的电池正极电压u2，计算电池内阻r：

r＝(u1–u2)/i；

(102)通过电池参数采集模块采集采样电阻的正极电压u3和采样电阻的负极电压u4，根据已知的采样电阻阻值r，计算当前流经电池的电流i：

i＝(u3–u4)/r；

(103)计算电池电量e：

e＝u+r×i；

式中，u为电池参数采集模块采集的电池正极的当前电压；

电源状态切换程序用于执行如下步骤：

(201)通过检测电路检测是否存在市电，若是则执行步骤(202)，否则执行步骤(203)；

(202)通过市电供电控制模块打开市电供电输出，并通过电池供电控制模块关闭电池供电输出；

(203)通过市电供电控制模块关闭市电供电输出，并通过电池供电控制模块打开电池供电输出；

维护放电程序用于执行如下步骤：

(301)判断是否收到维护指令或到达维护时间，若是则执行步骤(302)；

(302)判断电池的当前电量是否满足放电条件，若是则执行步骤(303)；

(303)通过电池放电维护模块对电池进行放电维护；

(304)通过电池状态检测程序实时监测电池电量，当电池电量低于预设值时停止放电；

电池温控程序用于执行如下步骤：

(401)通过电池温度传感器实时监测电池温度，若电池温度超过第一阈值则执行步骤(402)，若电池温度低于第二阈值则执行步骤(403)；

(402)打开风扇进行散热，并继续通过电池温度传感器监测电池温度，当温度低于第三阈值时停止散热；

(403)通过加热电阻对电池进行加热，并继续通过电池温度传感器监测电池温度，当温度达到第四阈值时停止加热；

充电程序用于执行如下步骤：

(501)判断是否收到充电指令或电池电量达到充电阈值，若是则执行步骤(502)；

(502)通过电源选择模块闭合一个第五开关，从而导通该第五开关所对应的电力输入接口，每一时刻最多只有一个第五开关闭合；

(503)通过电池参数采集模块检测采样电阻两端是否存在电压差，从而判断当前是否有电流通过锂电池组，若不存在电压差，则执行步骤(504)，若存在则执行步骤(505)；

(504)以闭合另一个第五开关的方式重复步骤(502)～(503)；

(505)以当前电力输入接口对电池组进行充电，直至收到停止充电指令，或通过电池参数采集模块检测到电量充满为止，断开当前导通的第五开关。

进一步的，所述电池供电控制模块共有两个，分别用于控制锂电池组对警报器和控制器的供电，其中，用于控制控制器供电的电池供电控制模块还包括用于将锂电池组的输出电压转换为控制器输入电压的电池电压转换模块。

进一步的，还包括用于将市电电压转换为警报器和控制器的供电电压的市电电压转换模块。

进一步的，所述加热电阻由锂电池组供电。

进一步的，还包括显示模块和移动通信模块，所述显示模块和移动通信模块均与所述控制模块连接。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明自带锂电池组，并能够接受多种电源输入，可以为警报器和控制器提供稳定可靠的电源输出，当市电电网被损毁时，可以通过锂电池组为警报器和控制器提供电源，从而使其具备二次报警的能力。

2、本发明具有电池监控和维护的功能，能够对电池组进行及时的充电和放电维护，保证电池处于可用状态，提高了电池的可靠性。

3、本发明还具有电池加热的功能，能够在寒冷条件下保证电池的正常工作，进一步提高了电池的可靠性。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图。

图1为本发明实施例的一种结构框图；

图2为本发明实施例中控制模块的电路原理图；

图3为本发明实施例中电池参数采集模块的电路原理图；

图4为本发明实施例中检测电路的电路原理图；

图5为本发明实施例中电源选择模块的电路原理图；

图6为本发明实施例中控制市电供电输出的电路原理图；

图7为本发明实施例中电池放电维护模块的电路原理图；

图8为本发明实施例中电池加热模块加热部分的电路原理图；

图9为本发明实施例中风扇控制电路的电路原理图。

其中，图2～9中的电路符号为本领域技术人员的公知常识，此处不再赘述。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种具备二次报警能力的人防警报电源管理系统，其包括控制模块、锂电池组、电池参数采集模块、电池放电维护模块、电池加热模块、市电供电控制模块、电池供电控制模块、电源选择模块和风扇。其中：

所述电池参数采集模块包括用于采集所述锂电池组正极电压的电压采集电路、位于所述锂电池组充放电干路上的采样电阻、分别用于采集所述采样电阻两端电压的两个采样电路、电子开关以及ad转换芯片，所述两个采样电路与所述电子开关的两个输入端口一一对应连接，所述ad转换芯片的输入端与所述电子开关的一个输出端连接。

具体来说，电池参数采集模块的电路原理图如图3所示。该电路主要包括两部分，最右侧为电池电压采集电路，其余部分为采样电阻的电压采集电路。采样电阻的电压采集电路中，通过cd4051电子开关选择所需采集的电压，通过mcp3421芯片进行ad转换，从而采集到采样电阻两端的电压并传给控制模块。控制模块通过计算采样电阻两端的电压即可获知当前是充电还是放电，并可以计算出当前电流的大小。图3电路中，采样电阻为0.5mω，电池电压采集电路所采集的电压为电池正极的电压，负载包括维护电阻、警报器、控制器、风扇等多个并联支路，每个并联支路的通断都由控制模块控制，因此负载的等效阻值是变化的。

所述电池放电维护模块包括用于为锂电池组放电的放电电阻以及用于控制放电电阻通断的第一开关。控制模块定时对电池进行放电维护，维护过程中，通过电池温度传感器检测电池的温度，必要时开启风扇或停止放电，从而防止设备过热。该模块的电路原理图如图7所示，风扇控制电路的电路原理图如图9所示。

所述电池加热模块包括用于为锂电池组加热的加热电阻、用于控制加热电阻通断的第二开关，以及用于检测锂电池组温度的电池温度传感器。控制模块根据电池温度传感器的检测值判断是否需要对电池进行加热，加热过程中，同样通过电池温度传感器检测电池的实时温度，使电池温度维持在一个合理区间，从而保证电池的正常工作。该模块加热部分的电路原理图如图8所示。

所述市电供电控制模块包括用于检测市电有无的检测电路以及用于控制市电供电输出的电路。其中，检测电路如图4所示，其通过光耦来检测是否有220vac是否存在；控制市电供电输出的电路如图6所示，其通过控制三极管，进而控制继电器的方式来控制固态继电器的动作，从而控制220vac的输出。

所述电池供电控制模块包括用于控制电池供电输出的第四开关，其原理与图6所示的市电供电控制电路类同，此处不再赘述。

所述电源选择模块包括市电输入接口、至少一个其他电力输入接口、用于为锂电池组充电的充电接口，以及多个第五开关；每个第五开关对应于一个输入接口，并用于控制该输入接口与所述充电接口的通断。电源选择模块的电路如图5所示，该电路通过控制三极管，进而控制继电器的方式来选择充电电源，充电电源包括220vac、太阳能、风能3种。

所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、电子开关以及风扇均受控制模块的控制，所述ad转换芯片、电池温度传感器以及检测电路均向控制模块传送数据。控制模块的选型可以为stm32f103re-t6-lqfp64，其接线电路如图2所示。

进一步的，所述电池供电控制模块共有两个，分别用于控制锂电池组对警报器和控制器的供电，其中，用于控制控制器供电的电池供电控制模块还包括用于将锂电池组的输出电压转换为控制器输入电压的电池电压转换模块。电池电压转换模块即为一个dc-dc模块，其电路原理和选型方式为本领域技术人员的公知常识，此处不再赘述。

进一步的，还包括用于将市电电压转换为警报器和控制器的供电电压的市电电压转换模块。目前已有的一些警报器和控制器具有市电输入接口，其自身自带市电电压转换模块，此时本电源管理电路结构可以不设置市电电压转换模块，对于不带市电电压转换模块的警报器和控制器，则可在本电源管理电路结构中内置市电电压转换模块，市电电压转换模块的原理和选型为本领域技术人员的公知常识，此处不再赘述。

进一步的，所述加热电阻由锂电池组供电。

进一步的，本电源管理电路结构还可包括显示模块、移动通信模块和通信串口，所述显示模块、移动通信模块和通信串口均与所述控制模块连接。显示模块用于显示控制模块获得的设备参数，移动通信模块可用于使控制模块直接与外部通信，上传设备数据，通信串口可便于设备维护人员对控制模块进行维护和设置。

上述控制模块中执行有电池状态检测程序、电源状态切换程序、维护放电程序、电池温控程序和充电程序，其中，

电池状态检测程序用于执行如下步骤：

(101)通过电池参数采集模块采集放电维护前的电池正极电压u1和放电维护中的电池正极电压u2，计算电池内阻r：

r＝(u1–u2)/i；

(102)通过电池参数采集模块采集采样电阻的正极电压u3和采样电阻的负极电压u4，根据已知的采样电阻阻值r，计算当前流经电池的电流i：

i＝(u3–u4)/r；

(103)计算电池电量e：

e＝u+r×i；

u为电池参数采集模块采集的电池正极的当前电压。

电源状态切换程序用于执行如下步骤：

(201)通过检测电路检测是否存在市电，若是则执行步骤(202)，否则执行步骤(203)；

(202)通过市电供电控制模块打开市电供电输出，并通过电池供电控制模块关闭电池供电输出；

(203)通过市电供电控制模块关闭市电供电输出，并通过电池供电控制模块打开电池供电输出。

此外，由于现有技术中的警报器和控制器中具有自主选择电源的电路，因此警报器和控制器也可同时接收电池和市电的供电输出。

维护放电程序用于执行如下步骤：

(301)判断是否收到维护指令或到达维护时间，若是则执行步骤(302)；

(302)判断电池的当前电量是否满足放电条件(例如电量在80％以上)，若是则执行步骤(303)；

(303)通过电池放电维护模块对电池进行放电维护；

(304)当电池电量低于预设值时停止放电，例如，浅度维护的预设值为60％，深度维护的预设值为20％。

电池温控程序用于执行如下步骤：

(401)通过电池温度传感器实时监测电池温度，若电池温度超过40℃则执行步骤(402)，若电池温度低于0℃则执行步骤(403)；

(402)打开风扇进行散热，并继续通过电池温度传感器监测电池温度，当温度低于38℃时停止散热；

(403)通过加热电阻对电池进行加热，并继续通过电池温度传感器监测电池温度，当温度达到35℃时停止加热。

充电程序用于执行如下步骤：

(501)判断是否收到充电指令或电池电量达到充电阈值，若是则执行步骤(502)；

(502)通过电源选择模块闭合一个第五开关，从而导通该第五开关所对应的电力输入接口，每一时刻最多只有一个第五开关闭合；

(503)通过电池参数采集模块检测采样电阻两端是否存在电压差，从而判断当前是否有电流通过锂电池组，若不存在电压差，则执行步骤(504)，若存在则执行步骤(505)；

(504)以闭合另一个第五开关的方式重复步骤(502)～(503)；

(505)以当前电力输入接口对电池组进行充电，直至收到停止充电指令，或通过电池参数采集模块检测到电量充满为止，断开当前导通的第五开关。

总之，本发明自带锂电池组，并能够接受多种电源输入，可以为警报器和控制器提供稳定可靠的电源输出，当市电电网被损毁时，可以通过锂电池组为警报器和控制器提供电源，从而使其具备二次报警的能力。此外，本发明电源管理系统还具有电池监控、加热和维护的功能，能够对电池组进行及时的充电和放电维护，能够在寒冷条件下保证电池的正常工作，保证电池处于可用状态，提高了电池的可靠性。

需要指出的是，以上具体实施方式只是本专利实现方案的具体个例，没有也不可能覆盖本专利的所有实现方式，因此不能视作对本专利保护范围的限定；凡是与以上案例属于相同构思的实现方案，或是上述若干方案的组合方案，均在本专利的保护范围之内。