一种后备式储能系统的湿度监测系统及方法与流程

1.本发明涉及一种湿度监测系统，尤其涉及一种后备式储能系统的湿度监测系统及方法。


背景技术：

2.目前，后备式储能系统，也叫便携式电源系统或便携式储能系统，是一种当代热门设备，深受国内外人群的喜爱，常被使用于旅游、应急等场景。
3.如图1所示，后备式储能系统一般包括dc接口，ac接口，dc/dc模块，dc/ac模块，mcu模块，储能模块以及其他模块。其中，dc接口是指供直流设备或直流源接入的方式(如直流插座、usb接口、点烟器等)；ac接口模块是指供交流设备或者交流源接入的方式(如两脚插座、三角插座等)；dc/dc模块为直流转直流的拓扑结构(如buck，boost，llc，正激，反激等)；储能模块可以是电池或者其他储能设备；dc/ac模块为直流转交流或者交流转直流模块(全波整流、半波整流、推挽、pfc等)；mcu模块用于控制和计算；其他模块包括显示、声音、按键等其余模块。
4.通常，后备式储能系统在携带使用的过程中有可能遇到空气湿度特别高的使用环境，而高湿度有可能造成系统内部短路，从而导致危险的发生。为避免这一情况，现有技术常利用湿度检测传感器来检测后备式储能系统所处环境的湿度，如hm1500、hih-3605等及其推荐电路，但是上述技术方案制造成本较高，有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.针对上述现存的技术问题，本发明提供一种后备式储能系统的湿度监测系统及方法，通过湿敏电容搭建湿度检测电路，以实现对后备式储能系统的湿度监控。
6.为实现上述目的，本发明提供一种后备式储能系统的湿度监测系统，包括电容充电电路，电容放电电路，比较电路一、二，同或门u3，t触发器，mcu，以及开关电路；
7.所述的电容充电电路包括电阻r1，n沟道mos管q1和湿敏电容；后备式储能系统电源模块的vcc电压端经充电电阻r1连接n沟道mos管q1的漏极，n沟道mos管q1的源极连接湿敏电容的一端，湿敏电容的另一端接地；
8.所述的电容放电电路包括电阻r6和n沟道mos管q2；湿敏电容的一端连接经放电电阻r6连接n沟道mos管q2的源极，n沟道mos管q2的漏极接地；
9.所述的比较电路一、二的输入端分别连接充电电路，其输出端分别连接同或门u3的两个输入端；当湿敏电容充电时，比较电路一、二输出电平不同；当湿敏电容充满电后，比较电路一、二都输出高电平；当湿敏电容放电时，比较电路一、二输出电平不同；当湿敏电容放光电后，比较电路一、二都输出低电平；
10.所述的同或门u3的输出端连接t触发器的输入端；
11.所述的t触发器的输出端分别连接n沟道mos管q1的栅极，mcu的输入端，以及npn型三极管q3的基极；
12.所述的开关电路包括npn型三极管q3，电阻r4和r5；后备式储能系统电源模块的vcc电压端经电阻r5连接npn型三极管q3的集电极，npn型三极管q3的发射极经电阻r4接地，其集电极连接n沟道mos管q2的栅极。
13.进一步，所述的比较电路一包括比较器u1；比较器u1的同相输入端连接湿敏电容的一端，其反相输入端接地，其电源正端连接后备式储能系统电源模块的vcc电压端，其电源负端接地，其输出端连接同或门u3的一个输入端。
14.更进一步，所述的比较电路二包括比较器u2；比较器u2的同相输入端连接湿敏电容的一端，其反相输入端连接分压电路二，其电源正端连接后备式储能系统电源模块的vcc电压端，其电源负端接地，其输出端连接同或门u3的另一个输入端。
15.进一步，所述的比较电路一包括比较器u1；比较器u1的同相输入端连接湿敏电容的一端，其反相输入端连接分压电路一，其电源正端连接后备式储能系统电源模块的vcc电压端，其电源负端接地，其输出端连接同或门u3的一个输入端。
16.更进一步，所述的比较电路二包括比较器u2；比较器u2的反相输入端连接湿敏电容的一端，其正相输入端连接分压电路二，其电源正端连接后备式储能系统电源模块的vcc电压端，其电源负端接地，其输出端连接同或门u3的另一个输入端。
17.更进一步，所述的分压电路一包括电阻r7、r8；后备式储能系统电源模块的vcc电压端经电阻r7、r8接地，电阻r7、r8的公共端连接比较器u1的反相输入端。
18.更进一步，所述的分压电路二包括电阻r2、r3；后备式储能系统电源模块的vcc电压端经电阻r2、r3接地，电阻r2、r3的公共端连接比较器u2的输入端。
19.进一步，所述的mcu采用具有ecap或者adc功能的单片机。
20.更进一步，所述的mcu还连接蜂鸣器或led灯，用于报警。
21.并且，本发明提供一种后备式储能系统的湿度监测方法，利用上述湿度监测系统，包括如下具体步骤：
22.s1、在mcu内设置湿敏电容的容值和充电或放电时间的关系式，湿敏电容的容值和湿度的线性函数关系式，第一湿度设定值，以及第二湿度设定值，且第一湿度设定值＞第二湿度设定值；
23.s2、mcu通过ecap功能或adc功能和定时器测量t触发器高电平或低电平的时间；
24.s3、mcu根据湿敏电容的容值和充电或放电时间的关系式，实时计算湿敏电容的容值；
25.s4、mcu根据湿敏电容的容值和湿度的线性函数关系式，实时计算后备式储能系统的环境湿度值；
26.s5、判断计算所得的环境湿度值是否达到第一湿度设定值；
27.s6、若是，则强制关机并发出高湿度的警报，然后回到s2；
28.若否，则进入下一步；
29.s7、判断计算所得的环境湿度值是否达到第二湿度设定值；
30.s8、若是，则发出湿度较高的警报，后备式储能系统正常运行；
31.若否，则后备式储能系统直接正常运行。
32.综上，本发明湿度监测电路利用ncu测量t触发器高电平或低电平的时间，即可计算湿敏电容的阻值和充放电的时间，并结合湿敏电容上的湿度值，换算出环境实际湿度值，
并对较高的湿度值给予报警提示，从而避免了后备式储能系统在高湿度环境下运行，提高了设备的安全性能。
33.相比现有技术，本发明的技术优势在于：
34.1、电路结构简单、采用元件少，成本低廉、有利于普及和推广。
35.2、实时测量湿敏电容的阻值和充放电的时间，保证全量程较高的测量精度。
附图说明
36.图1为现有技术中后备式储能系统的电原理框图；
37.图2为本发明系统一个实施例的电路图；
38.图3为本发明方法的流程图；
39.图4为本发明系统又一个实施例的电路图。
具体实施方式
40.为了使本技术的目的、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，此处描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
42.如图2所示，本发明包括电容充电电路，电容放电电路，比较电路一、二，同或门u3，t触发器，mcu，以及开关电路；具体采用了一个湿敏电容，两个n沟道mos管(q1和q2)，一个npn型三极管q3，两个比较器(u1和u2)，一个t触发器，一个同或门u3，一个mcu，以及6个电阻(r1-r6)，连接关系如下。
43.所述的电容充电电路包括电阻r1，n沟道mos管q1和湿敏电容；后备式储能系统电源模块的vcc电压端经充电电阻r1连接n沟道mos管q1的漏极，n沟道mos管q1的源极连接湿敏电容的一端，湿敏电容的另一端接地。
44.所述的电容放电电路包括电阻r6和n沟道mos管q2；湿敏电容的一端连接经放电电阻r6连接n沟道mos管q2的源极，n沟道mos管q2的漏极接地。
45.所述的比较电路一、二的输入端分别连接充电电路，其输出端分别连接同或门u3的两个输入端；当湿敏电容充电时，比较电路一、二输出电平不同；当湿敏电容充满电后，比较电路一、二都输出高电平；当湿敏电容放电时，比较电路一、二输出电平不同；当湿敏电容放光电后，比较电路一、二都输出低电平。
46.如图2所示，本发明的一个实施例中，所述的比较电路一包括比较器u1；比较器u1的同相输入端连接湿敏电容的一端，其反相输入端接地，其电源正端连接后备式储能系统电源模块的vcc电压端，其电源负端接地，其输出端连接同或门u3的一个输入端。所述的比较电路二包括比较器u2；比较器u2的同相输入端连接湿敏电容的一端，其反相输入端连接分压电路二，其电源正端连接后备式储能系统电源模块的vcc电压端，其电源负端接地，其输出端连接同或门u3的另一个输入端。
47.并且，所述的分压电路二包括电阻r2、r3；后备式储能系统电源模块的vcc电压端
经电阻r2、r3接地，电阻r2、r3的公共端连接比较器u2的反相输入端。
48.如图4所示，本发明的又一个实施例中，所述的比较电路一包括比较器u1；比较器u1的同相输入端连接湿敏电容的一端，其反相输入端连接分压电路一，其电源正端连接后备式储能系统电源模块的vcc电压端，其电源负端接地，其输出端连接同或门u3的一个输入端。所述的比较电路二包括比较器u2；比较器u2的反相输入端连接湿敏电容的一端，其正相输入端连接分压电路二，其电源正端连接后备式储能系统电源模块的vcc电压端，其电源负端接地，其输出端连接同或门u3的另一个输入端。
49.并且，所述的分压电路一包括电阻r7、r8；后备式储能系统电源模块的vcc电压端经电阻r7、r8接地，电阻r7、r8的公共端连接比较器u1的反相输入端。所述的分压电路二包括电阻r2、r3；后备式储能系统电源模块的vcc电压端经电阻r2、r3接地，电阻r2、r3的公共端连接比较器u2的正相输入端。
50.所述的同或门u3的输出端连接t触发器的输入端。
51.所述的t触发器的输出端分别连接n沟道mos管q1的栅极，mcu的输入端，以及npn型三极管q3的基极。
52.所述的开关电路包括npn型三极管q3，电阻r4和r5；后备式储能系统电源模块的vcc电压端经电阻r5连接npn型三极管q3的集电极，npn型三极管q3的发射极经电阻r4接地，其集电极连接n沟道mos管q2的栅极。
53.此外，其他实施例中，mcu还连接的蜂鸣器或led灯，用于报警。
54.上述检测系统中，湿敏电容负责检测当前湿度，并利用两个比较器，两个n沟道mos管，t触发器等给湿敏电容进行充放电，从而产生高低电平。实施时，湿敏电容采用hs1101。mcu使用具有ecap或者adc功能的单片机，负责采集脉冲的高低电平时间，便于计算电容的充放电时间，如：tms320f28027、tms320f28335等。电阻r1为湿敏电容的充电电阻，电阻r6为湿敏电容的放电电阻，且电阻r3的阻值远远大于电阻r1。mcu芯片，比较器，t触发器等电路的供电vcc由后备储能系统的vcc电压端提供。
55.本发明湿度监测系统控制湿敏电容充放电的原理如下：
56.a、湿敏电容充电时，t触发器的输出为高电平，n沟道mos管q1为导通状态，npn型三极管q3为导通状态，n沟道mos管q2为截止状态；比较器u1的同相输入端的电压比反向输入端的电压高，比较器u1输出高电平；由于电阻r3的阻值远远大于电阻r1，此时比较器u2的同相输入端的电压小于反向输入端的电压，比较器u2输出低电平；由于比较器u1和比较器u2输出不相同，所以同或门u3输出低电平，则t触发器不改变状态。
57.当湿敏电容充满电后，比较器u2反向输入端的电压低于同相输入端的电压，则比较器u2输出高电平；同或门u3的输出反向，由于t触发器为输入上升沿触发，t触发器输出反向，则湿敏电容进入放电阶段。
58.b、湿敏电容放电时，t触发器的输出变为低电平，npn型三极管q3截止，n沟道mos管q2导通，n沟道mos管q1截止；湿敏电容通过电阻r6和n沟道mos管q2开始放电；随着湿敏电容电压的下降，比较器u2同相输入端的电压低于反向输入端，比较器u2输出低电平；比较器u1依然是同相输入端的电压高于反向输入端，比较器u1输出高电平；由于比较器u1和u2输出不相同，所以同或门u3输出低电平；t触发器为上升沿触发，输出状态不发生改变。
59.当湿敏电容放光电后，比较器u1的输入端和输出端电压相同，则比较器u1输出低
电平，同或门u3输出高电平，t触发器输出反向，湿敏电容又进入充电阶段。
60.本发明湿度监测系统利用湿敏电容进行湿度监测的原理如下：当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。并且，湿敏电容的容值和充电或放电时间的关系公式：t＝rc，式中，t为充电或放电时间，r为充电电阻或放电电阻的阻值，c为湿敏电容的容值。由于当湿敏电容充满电后会立马放电，等湿敏电容放完电后又会开始充电，故而通过mcu测量充电时间或放电时间，即测量t触发器高电平或低电平的时间，就可以间接测量出湿敏电容的容值，然后得到后备式储能系统的环境湿度。
61.如图3所示，本发明一个实施例的湿度监测方法，即通过mcu测量t触发器高电平或低电平的时间，计算后备式储能系统的环境湿度值，并进行湿度判断和警报，具体流程如下：
62.s1、在mcu内设置湿敏电容的容值和充电或放电时间的关系式，湿敏电容的容值和湿度的线性函数关系式，第一湿度设定值，以及第二湿度设定值，且第一湿度设定值＞第二湿度设定值。实施时，第一、二湿度设定值，可以通过电阻r2和r3的分压设定来实现。
63.s2、mcu通过ecap功能或adc功能和定时器测量t触发器高电平或低电平的时间。具体的，实现测量湿敏电容充放电时间的方法有两种：一是通过mcu的ecap功能直接测量脉冲的宽度；二是通过mcu的adc功能和定时器功能，当检测到有高电平时，定时器开始工作，当检测到低频低电平时，计时结束。
64.s3、mcu根据湿敏电容的容值和充电或放电时间的关系式，实时计算湿敏电容的容值。
65.s4、mcu根据湿敏电容的容值和湿度的线性函数关系式，实时计算后备式储能系统的环境湿度值。
66.s5、判断计算所得的环境湿度值是否达到第一湿度设定值。
67.s6、若是，则强制关机并发出高湿度的警报，然后回到s2；
68.若否，则进入下一步。
69.s7、判断计算所得的环境湿度值是否达到第二湿度设定值。
70.s8、若是，则发出湿度较高的警报，后备式储能系统正常运行；
71.若否，则后备式储能系统直接正常运行。
72.上述技术方案设计了第一、第二湿度设定值，分别用于实时判断环境湿度值是否达到了高湿度值或较高湿度值，并提供可通过与mcu连接的蜂鸣器或led灯发挥报警功能。
73.如图4所示，本发明又一个实施例中，可以将电阻r7和r8的分压用于设定湿敏电容充电时的电压值，将电阻r2和r3的分压用于设定湿敏电容放电时的电压值，从而设定第一、二湿度设定值。
74.综上，本发明湿度监测系统利用ncu测量t触发器高电平或低电平的时间，计算湿敏电容的阻值和充放电的时间，从而计算出环境实际湿度值，并对较高的湿度值给予报警提示，从而避免了后备式储能系统在高湿度环境下运行。
75.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
76.以上该实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。