一种节能型智能快递柜的制作方法

本实用新型涉及一种物流装置，尤其涉及一种节能型智能快递柜。

背景技术：

随着物流业的蓬勃发展，快递柜的设置越来越多。而快递柜一般放置在生活小区，这些放置环境很多都是阳光并不长期充裕。因此蓄电池的工作时间会相对较长，如果不及时充电会直接影响整个快递柜的运作。如何稳定地控制蓄电池在适当时机接入主路供电和如何对蓄电池及时进行充电尤为重要。而且现有技术中的控制器对于蓄电池的检测和充电控制并不准确，而且必须长期待机检测，减少控制器的寿命。为了延长快递柜的有效工作时间和减少对外部电源的依赖性，会设置太阳能模块和蓄电池互相供电。但是现有的快递柜都是直接将电源直接连通各个功能模块，不能根据操作系统的工作情况及时调整功能模块的开闭，导致电能不必要的损耗降低了快递柜的续航能力。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型目的在于提供一种节能型智能快递柜。

本实用新型所述的一种节能型智能快递柜，其特征在于，主要包括以下部件：太阳能模块、蓄电池、中控模块、Android控制模块、锁控模块、条码扫描模块、按键输入模块以及唤醒按钮；所述的太阳能控制器分别与蓄电池、太阳能模块、中控模块电连接，且与主控模块通信连接；唤醒按钮对Android控制模块和中控模块输出唤醒信号；中控模块分别对Android控制模块、锁控模块、条码扫描模块和按键模块输出工作电压和通讯连接；

所述太阳能模块的电压输出端依次经过第一防反接电路、限流限压保护电路、第一开关管、功率电感后分出两条支路：一条支路依次经过第二开关管、限流保护电路和第二防反接电路后连接蓄电池的充电输入端，另一条支路通过电源切换电路后对外输出工作电压；蓄电池电压输出端通过电源切换电路对外输出工作电压；MCU通过电流检测电路获取第一防反接电路的电流信号；通过电量电压检测电路获取蓄电池的电量和电压；通过第一逻辑电路分别对第一开关管和第二开关管输出开闭信号；通过第二逻辑电路对电源切换电路输出控制信号；还包括第三开关管和第四开关管：所述的第三开关管串接于蓄电池与电量电压检测电路之间，控制端连接第一逻辑电路后受MCU控制；所述的第四开关管串接于第一防反接电路与电流检测电路之间，控制端连接第一逻辑电路后受MCU控制。

所述的中控模块主要包括：4.2V直流电路、5.0V直流电路、3.3V直流电路、采样电路、主控电路、门电路、锁控开关、扫描开关以及按键开关；所述的4.2V直流电路将电源输入的12V电压降压到4.2V后经过采样电路输出到Android控制模块接口，为Android控制模块输出工作电压；所述的5.0V直流电路将电源输入的12电压降压到5.0V后经过扫描开关连接条码扫描模块接口和经过按键开关连接按键输入模块接口；所述的3.3V直流电路将电源输入的12电压降压到3.3V后输入主控电路提供工作电压；所述的锁控开关串接在12V的电源输入端与安检模块接口之间；所述的门电路将外部的唤醒信号分别输入到主控电路和Android控制模块输出端；所述的采样电路将流经Android控制模块输出端的电流采样输入到主控电路；所述的主控电路设有五路使能信号输出端，分别独立连接4.2V直流电路、5.0V直流电路、锁控开关、扫描开关以及按键开关。

所述的锁控模块主要包括通讯单元、主控单元、电控锁电源单元、柜门传感器电源单元、红外传感器电源单元以及灯具电源单元；所述的通讯单元串接于主控单元与外部中控模块的信道上；主控单元分别通过四路控制信号独立连接电控锁电源单元、柜门传感器电源单元、红外传感器电源单元以及灯具电源单元的使能端；电控锁电源单元串接在12V输入电源与电控锁接口之间，用于启闭电控锁接口的电连接；柜门传感器电源单元串接在12V输入电源与柜门传感器接口之间并将电压降为5V输出，用于启闭柜门传感器接口的电连接；红外传感器电源单元串接在12V输入电源与红外感器接口之间并将电压降为5V输出，用于启闭红外传感器接口的电连接；灯具电源单元串接在12V输入电源与LED接口之间并将电压降为5V输出，用于启闭LED接口的电连接。

所述的电控锁接口、柜门传感器接口、红外传感器接口以及LED接口独立对应单个柜门配置，N个柜门分别独立配置N个上述功能接口；主控单元与电控锁电源单元、柜门传感器电源单元、红外传感器电源单元以及灯具电源单元的连接信道数量与柜门数量一致；每一路信道独立控制单一柜门的电控锁接口、柜门传感器接口、红外传感器接口以及LED接口。

所述的通讯单元通过RS232接口与中控模块连接，通过UART方式唤醒主控单元。

本实用新型所述的一种节能型智能快递柜，其优点在于：

1、通过检测蓄电池的电量和电压为工作阈值控制电源的选择性输出，有效减少蓄电池的充放电次数，和可以尽可能避免蓄电池因为电量不足而导致过放损坏。为了增加快递柜的续航能力，MCU优先处理蓄电池的充电工作，同时通过功率电感控制电压的输出。通过恒流-恒压-浮充的结合对蓄电池进行充电，在MCU检测到蓄电池充满时可及时通过第一逻辑电路控制各个开关管的关闭，避免过充烧坏。分别在电流检测电路和电量电压检测电路前置对应的开关管，在蓄电池无需充/放电和快递柜整体待机的状态下，上述检测电路可以完全与电压输入断开连接，而无需24小时待机检测，提高电气寿命，也提高了电气安全。

2、主控电路通过对Android控制模块的工作电流进行采样后，判断Android控制模块的工作状态，可以及时控制4.2V直流电路的开启或关闭。外部的唤醒信号分两路后可同时唤醒主控电路和Android控制模块，然后主控电路及时开启4.2V直流电路对Android控制模块进行供电。可以有效监控和恢复Android控制模块的工作状态，也能最大限度省电。同理，通过使能控制，可分别对锁块模块、条码扫描模块和按键输入模块的对应开关以及对应供电电路进行开启或关闭。对每一个模块依次有效调整工作状态，即不影响用户对快递柜的使用，也最大限度节省电力。

3、在中控模块没有唤醒信号时，主控单元与各个电源单元全部处于休眠状态。对应的各个功能接口都处于失电，12V电源输入截止，本锁控模块能量损耗不到100nAh。这个损耗对于整个快递柜的能量占比极少，几乎可以忽略不计。在用户需要使用快递柜时，中控模块通过UART方式唤醒主控单元，主控单元根据中控模块的不同指令独立使能对应功能的电源单元，使柜门对应功能启用，而无需使用的功能所对应的电源单元持续保持断电。可以将能量分配细化到快递柜的每一个柜门的每一个功能上，最大限度节省快递柜宝贵的能量存储。

附图说明

图1是本实用新型一种节能型智能快递柜的结构示意图。

图2是本实用新型一种节能型智能快递柜的太阳能控制器结构示意图。

图3是本实用新型一种节能型智能快递柜的中控模块结构示意图。

图4是本实用新型一种节能型智能快递柜的锁控模块结构示意图。

具体实施方式

本实用新型所述的一种节能型智能快递柜，如图1-4所示。

太阳能模块的电压输出端依次经过第一防反接电路、限流限压保护电路、第一开关管、功率电感后分出两条支路：一条支路依次经过第二开关管、限流保护电路和第二防反接电路后连接蓄电池的充电输入端，另一条支路通过电源切换电路后对外输出工作电压；蓄电池电压输出端通过电源切换电路对外输出工作电压。MCU通过电流检测电路获取第一防反接电路的电流信号；通过电量电压检测电路获取蓄电池的电量和电压；通过第一逻辑电路分别对第一开关管和第二开关管输出开闭信号；通过第二逻辑电路对电源切换电路输出控制信号。通讯电路一端连接MCU，另一端连接上位机，采用RS232通讯接口。还包括第三开关管和第四开关管：所述的第三开关管串接于蓄电池与电量电压检测电路之间，控制端连接第一逻辑电路后受MCU控制；所述的第四开关管串接于第一防反接电路与电流检测电路之间，控制端连接第一逻辑电路后受MCU控制。

太阳能控制器的工作原理是：

1、有足够阳光且快递柜需要供电时

第一防反接电路接入太阳能模块后，收到天气影响太阳能模块转换出的电压并不稳定，必须经过限流限压保护电路才能输入到功率电感中调整出稳定的输出电压。此时MCU控制第一逻辑电路把第四开关管打开，MCU根据电流检测电路从第一防反接电路中获取的电流信号，通过对第一开关管的PWM控制使功率电感输出稳定电压。然后第一逻辑电路打开第三开关管，MCU通过电量电压检测电路检测蓄电池的电量和电压。如果蓄电池的电量和电压达到饱和，则通过第二逻辑电路控制电源切换电路以功率电感的电压对外输出12V的工作电压。如果蓄电池的电量不足，则MCU结合电流信号强弱，通过第一逻辑电路打开第二开关管使功率电感一边对蓄电池充电一边通过电源切换电路对外供电。

2、没有阳光或者阳光不足，且快递柜需要供电时

当MCU检测到电流信号不足时，通过电量电压检测电路检测蓄电池是否达到放电极限，若蓄电池还能放电则通过第二逻辑电路控制电源切换电路将蓄电池电压输出端连接到外部提供12V的工作电压。直至外部无需供电或太阳能模块的电流信号恢复至工作范围。

3、当快递柜无需供电处于待机状态时

MCU通过第一逻辑电路关闭第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管。使低压工作的检测电路与较为高压的电源输入彻底断开，避免敏感的检测电路长期处于待机状态而减少寿命。

同时通过RS232的通讯电路，MCU可以与上位机进行工作状态的反馈以及接收上位机设定的工作阈值。根据不同地区不同工作环境调整蓄电池和太阳能模块的电源选择参数，使快递柜可以更加适应不同的工作环境提高续航能力。

蓄电池或太阳能模块输出12V的电压，接入到中控模块12V电源输入端然后分出四条支路：一路直接通过锁孔开关连接锁孔模块接口，对锁孔模块进行供电；第二条支路经过4.2V直流电路降压后通过采样电路连接Android控制模块接口，对Android控制模块供电；第三条支路经过5.0V直流电路降压后分别通过扫描开关连接条码扫描模块接口和通过按键开关连接按键输入模块接口，分别对条码扫描模块和按键输入模块供电；最后第四条支路通过3.3V直流电路输入主控电路的工作电压输入端。门电路用于将外部输入的唤醒信号分出两路依次输入到Android控制模块接口和主控电路。主控电路设置五路使能信号输出端，分别独立连接4.2V直流电路、5.0V直流电路、锁孔开关、扫描开关以及按键开关。采样电路的采用信号输出端连接主控电路的采用信号输入端。

其中主控电路可以采用Atmel的超低功耗芯片ATXmega128A1U为主控芯片，ATXmega128A1U具有的Atmel picoPower技术，当芯片处于特定的休眠状态时，工作电流不超过100nA。ATXmega128A1U芯片通过控制4.2V直流电路的使能端，实现开启/关闭4.2V电压输出给Android控制模块，并通过采样电路来获取Android控制模块的工作电流，根据工作电流的大小可以确定Android控制模块当前的状态（工作或休眠）。ATXmega128A1U芯片通过控制锁孔开关使能端，实现开启/关闭 12V电压输出给锁控模块。ATXmega128A1U芯片通过组合控制5.0V直流电路、扫描开关、按键开关的使能端，可以分别实现开启/关闭5.0V电压输出给条码扫描模块和/或按键输入模块。ATXmega128A1U芯片通过检测唤醒信号，可以实现从休眠状态自动切换为工作状态；同时也支持把唤醒信号传输给Android控制模块，以供其唤醒使用。上述的各个功能模块对应的开关以及对应的电压直流电路是否开启或关闭，取决于用户对快递柜的实时使用情况，准确对每个功能模块进行开启或关闭的控制，确保不影响用户使用的情况下，最大限度节省电量。

锁控模块的通讯单元主要用于通过RS232接口使主控单元与中控模块进行指令通讯，并通过UART方式唤醒主控单元。主控单元通过多路控制信道独立连接各个电源单元的使能端，例如配置在20个柜门的快递柜上时，主控单元分别独立设置20路控制信道连接电控锁电源单元、柜门传感器电源单元、红外传感器电源单元和灯具电源单元。

电控锁电源单元根据使能端指令对20路12V电控锁接口独立控制上电/失电，每一路12V电控锁接口对应连接一个柜门的电控锁电压输入端。在一个接口上电时，对应的电控锁将对应的柜门锁闭；在一个接口失电时，对应的电控锁将对应的柜门释放。

柜门传感器电源单元根据使能端指令对20路柜门传感器接口独立控制上电/失电，在上电前先将12V输入电压降为5V的工作电压；每一路5V柜门传感器接口对应连接一个柜门的柜门传感器电压输入端。在中控模块需要检查柜门状态时，会发送指令到主控单元，控制对应柜门的柜门传感器上电进行柜门状态检测；同理，在无需检测柜门状态时，所有柜门传感器接口均处于失电状态。。

红外传感器电源单元根据使能端指令对20路红外传感器接口独立控制上电/失电，在上电前先将12V输入电压降为5V的工作电压；每一路5V红外传感器接口对应连接一个柜门的红外传感器电压输入端。在中控模块需要检查柜门内存储状态时，会发送指令到主控单元，控制对应柜门的红外传感器上电进行柜门内存储状态检测；同理，在无需检测柜门内存储状态时，所有红外传感器接口均处于失电状态。

灯具电源单元根据使能端指令对20路灯具接口独立控制上电/失电，在上电前先将12V输入电压降为5V的工作电压；每一路5V灯具接口对应连接一个柜门的LED电压输入端。在中控模块需要对柜门内照明时，会发送指令到主控单元，控制对应柜门的灯具上电进行照明动作；同理，在无需进行照明动作时，所有LED接口均处于失电状态。

所述的主控单元可以采用Atmel的超低功耗芯片ATXmega128A1U为主控芯片。为了进一步节省电量，若在3秒内主控单元每一收到中控模块的任一指令将会进入休眠状态，当收到中控模块发送指令时，才通过UART方式唤醒。主控单元将根据指令的内容对外设用电器进行上电失电，根据最少硬件工作原则，主控单元只会对完成指令执行所需的功能的最少硬件进行上电，其余无关硬件将保持失电状态。

同时，主控单元被设置为对灯具电源单元的使能信号输出不超过5秒。当打开柜门后，其柜门对应内部的照明LED将自动亮起，当柜门关闭时，LED将自动熄灭。若柜门一直处于打开状态，LED将在5秒后自动熄灭，确保不会因为客户在取件后忘关门而照明灯长亮浪费电能。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。