基于硬件的一键快速开关机电路的制作方法

本申请涉及设备开关机电路技术领域，具体是基于硬件的一键快速开关机电路。

背景技术：

随着电子产品技术的发展，用电设备内部的电气结构越来越复杂，越来越多的电子产品通过元件组装而成。在用电设备的电气结构中，开关机控制元件是一种最基本也极其重要的一个部件。

现有技术中，常用的用电设备开关机元件的工作原理常通过开关按钮控制系统电源的开启和关断，从而实现设备的上电与下电。但是，在用电设备结构和功能越来越多样化的背景下，该种一键开关机的方式，会导致用电设备在进行中的关键进程的配置数据丢失的问题，甚至出现系统损坏的问题。因此，出于保护用电设备的安全性以及提高用户使用体验的考虑，电子元件的厂商在设计产品时，将用于设备开关机的电子元件电路设计成需要长按开关按钮后触发设备开关机的模式。而这一模式则又使得一些不需要存储配置文件的设备的开关机过程响应速度慢，并带来了用户体验差的问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决上述技术问题，提供一种基于硬件电路的一键快速开关机电路，通过按键开关sw、主控mcu对通断控制电路的导通状态进行切换，实现用电设备的一键快速开关机，同时，能够根据设备电气结构的不同适应性地调整设备关机条件，从而通过硬件电路使设备在安全的前提下实现一键快速开关机。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种基于硬件的一键快速开关机电路，包括直流电源电路、通断控制电路、按键开关sw、主控mcu；所述主控mcu设置有供电连接引脚vdd、按键检测引脚gpio_in、mcu控制引脚gpio_out、时钟引脚swclk；所述通断控制电路设置有电源输入端、电平控制端、供电输出端；所述电源输入端与所述直流电源电路的输出端相连；所述电平控制端与所述mcu控制引脚gpio_out相连，并通过正向连接的第一止逆单元与所述按键开关sw相连，以控制所述通断控制电路的导通或截止；所述按键检测引脚gpio_in通过正向连接的第二止逆单元与所述按键开关sw相连，以检测所述按键开关sw的状态；所述供电输出端与所述供电连接引脚vdd相连。

基于上述结构，装配于“不需要存储配置文件”设备上时，设备的开关机过程是：将未开机设备上的按键开关sw按下并释放，在按键开关sw按下的过程中，通断控制电路的电平控制端通过按键开关sw和第一止逆单元形成回路，通断控制电路导通，直流电源电路的电流通过供电输出端传输至供电连接引脚vdd，主控mcu复位进入工作状态，设备开机。与此同时，主控mcu通过mcu控制引脚gpio_out控制电平控制端的电平为低电平，使按键开关sw释放后，通断控制电路保持导通状态，设备持续上电保持开机状态。设备开机后，主控mcu通过按键检测引脚gpio_in实时检测按键开关sw的工作状态，并在按键开关sw再次按下时，主控mcu改变mcu控制引脚gpio_out的输出以控制电平控制端切换为通过按键开关sw接地的状态。在释放按键开关sw后，通断控制电路因电平控制端没有电流而断路，从而使主控mcu下电，设备关机，实现本申请基于硬件的一键快速开关机电路对“不需要存储配置文件”的用电设备开关机的一键快速控制。

进一步地，能够根据用电设备的电气结构特性，装配于“需要存储配置文件”的设备时，通过主控mcu的时钟引脚swclk设定设备关机时按键的按压时间阈值，在关机过程中按键开关sw的按压时间超过该时间阈值时，按键检测引脚gpio_in控制电平控制端的通路方向，实现用电设备的关机时间可控，从而使本申请基于硬件的一键快速开关机电路能够根据用电设备电气结构的不同对设备的关机时间进行适应性调整，避免设备使用过程中按键开关sw的误触造成设备配置文件丢失的问题出现，确保用电设备安全的前提下实现“需要存储配置文件”设备的快速开关机，结构简单、使用方便。

作为优选，所述直流电源电路包括直流电源bat1，所述直流电源bat1的负极接地，所述直流电源bat1的正极与所述电源输入端相连；所述第一止逆单元为二极管d1，所述第二止逆单元为二极管d2。

作为优选，所述通断控制电路包括pnp晶体管、第二电阻器r2，所述pnp晶体管的发射极与所述电源输入端相连，所述pnp晶体管的集电极与所述供电输出端相连，所述pnp晶体管的基极通过所述第二电阻器r2与所述电平控制端相连。

通过pnp晶体管构成的通断控制电路，简化了本申请基于硬件的一键快速开关机电路的结构，实现了通过简单地硬件组成达到设备一键快速开关机的需求。

作为优选，所述pnp晶体管为pnp三极管q1。

作为优选，包括p型mos管q3，所述p型mos管的栅极和源极间并联有第一电阻器r1。

通过p型mos管q3的设置，能够提高通断控制电路导通和切换的可靠性。

作为优选，该种基于硬件的一键快速开关机电路还包括npn三极管q2，所述npn三极管q2的集电极与所述电平控制端相连，所述npn三极管q2的基极通过第三电阻器r3与所述mcu控制引脚gpio_out相连，所述npn三极管q2的发射极接地；所述npn三极管q2的基极与发射极之间并联有第四电阻器r4。

基于上述npn三极管q2的设置，开机过程中，在p沟道晶体管导通后，mcu控制引脚gpio_out输出高电平，n沟道三极管q2导通，p沟道晶体管的基极通过n沟道三极管q2到地，使p沟道晶体管在按键开关sw释放后能够保持导通状态，从而使设备上电开机。关机过程中，当按键开关sw被再次按下达到“按压时间与通过主控mcu预设的关机时的按键开关sw的按压时间阈值相等”时，按键检测引脚gpio_in输出低电平，mcu控制引脚gpio_out同步输出低电平使n沟道三极管q2截止，从而使p沟道晶体管仅通过此时按压状态下的按键开关sw和二极管d1形成回路，在按键开关sw释放后，p沟道晶体管截止，设备下电关机。通过n沟道三极管q2的设置，提高了基于硬件的一键快速开关机电路控制设备开关机的可靠性。同时，通过第四电阻器r4的设置，能够对流经npn三极管q2的电压进行分压，提高npn三极管q2通断的可靠性，从而提高本申请基于硬件的一键快速开关机电路的响应速度。

作为优选，所述mcu控制引脚gpio_out通过串联的第五电阻器r5、第三二极管d3与所述电平控制端相连，所述电平控制端与所述第三二极管d3的负极连接；所述第二止逆单元为nmos管q4，所述按键检测引脚gpio_in与所述nmos管q4的栅极连接，所述nmos管q4的源极与所述开关sw连接，所述nmos管q4的漏极通过第六电阻器r6与所述电平控制端相连。

通过第五电阻器、第三二极管d3的设置，当按键检测引脚gpio_in检测到按键开关sw被按下时，mcu控制引脚gpio_out被第五电阻器上拉为高电平，从而使通断控制电路在按键开关sw释放后截止，使“不需要存储配置文件”的设备迅速下电关机。同时，通过第三二极管d3和nmos管q4的设置，避免设备断电后mcu控制引脚gpio_out、按键检测引脚gpio_in带电的问题出现，提高用电设备按键检测的可靠性和设备使用的安全性。

作为优选，该种基于硬件的一键快速开关机电路还包括定时单元，所述定时单元的输入端与所述按键检测引脚gpio_in相连，所述定时电路的输出端与所述nmos管q4的栅极相连。

基于上述定时单元的设置，在本申请基于硬件的一键快速开关机电路装配于“需要存储配置文件”设备上时，关机过程中，按键检测引脚gpio_in的输出在定时单元的控制下向nmos管q4的栅极传输，从而在按键开关sw释放后，通断控制电路的电平控制端能够维持一端时间的有电流状态，即通断控制电路在一段时间后断路后使设备下电关机，期间，设备的关键进程能够在主控mcu的控制下存储配置文件。避免了需要长时间按压按键开关sw的操作步骤，实现本申请基于硬件的一键快速开关机电路在保证安全的前提下对用电设备的一键快速开关机，提高用户使用体验。与此同时，通过主控mcu的时钟引脚swclk预设按键开关sw关机过程中持续按压时长阈值，能够避免使用过程中误触按键开关sw导致设备关机的问题，提高基于硬件的一键快速开关机电路的可靠性和使用便利性。

作为优选，所述定时单元包括定时芯片、rc充电电路、放电电路，所述定时芯片设置有触发引脚、充电引脚、放电引脚；所述触发引脚与所述按键检测引脚gpio_in相连；所述rc充电电路的输入端与所述供电输出端相连，所述rc充电电路的输出端与所述充电引脚相连；所述放电电路的输入端与所述放电引脚相连，所述放电电路的输出端与所述nmos管q4的栅极相连。

进一步地，通过定时芯片、rc充电电路、放电电路构成的定时单元，简化了基于硬件的一键快速开关机电路的结构，降低了生产成本。

综上所述，根据本申请的基于硬件的一键快速开关机电路，能够有效地对用电设备的开关机进行一键快速控制，电路结构简单，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例1中基于硬件的一键快速开关机电路的结构框图；

图2是本申请实施例1中基于硬件的一键快速开关机电路的电路原理图；

图3是本申请实施例2中基于硬件的一键快速开关机电路的电路原理图；

图4是本申请实施例3中基于硬件的一键快速开关机电路的电路原理图；

图5是本申请实施例4中基于硬件的一键快速开关机电路的电路原理图；

图6是本申请实施例中实施例3的工作方法的流程框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1：参考图1所示，一种基于硬件的一键快速开关机电路，包括直流电源电路、通断控制电路、按键开关sw、主控mcu。

参考图2所示，主控mcu可以是现有技术中的任意一种微机芯片，主控mcu设置有供电连接引脚vdd、按键检测引脚gpio_in、mcu控制引脚gpio_out、时钟引脚swclk。在本实施例中，选用型号为nstm32f030k6的芯片作为主控mcu，该芯片对应的供电连接引脚vdd为脚1(vdd1)和脚5(vdda)，按键检测引脚gpio_in为脚7(pa1_gpio_in)，mcu控制引脚gpio_out为脚6(pa0_gpio_out)，时钟引脚swclk为脚24(pa14/swclk)。

直流电源电路可以是现有技术中的任意一种输出为直流电的电源结构，其一端为接地端，另一端为输出端。

直流电源电路包括直流电源bat1，直流电源bat1的负极接地，直流电源bat1的正极与电源输入端相连；第一止逆单元为二极管d1，第二止逆单元为二极管d2。

按键开关sw可以是现有技术中的任意一种按键开关结构。

通断控制电路设置有电源输入端、电平控制端、供电输出端。电源输入端与直流电源电路的输出端相连，直流电源电路输出的电流经电源输入端输入通断控制电路。电平控制端与mcu控制引脚gpio_out相连，主控mcu的mcu控制引脚gpio_out输出的电平使控制电平控制端的电平随着切换为高或低电平状态，从而控制通断控制电路的导通或介质。

按键检测引脚gpio_in通过正向连接的第二止逆单元与按键开关sw相连，主控mcu上电复位后，按键检测引脚gpio_in在一段时间的延时后实时检测按键开关sw的按压状态。同时，电平控制端通过正向连接的第一止逆单元与按键开关sw相连，以避免按键检测引脚gpio_in输出的电平影响电平控制端的电平状态。

供电输出端与供电连接引脚vdd相连，直流电源电路的电流输出后，经通断控制电路的供电输出端输出至主控mcu。

开机时，按键开关sw按下，基于硬件的一键快速开关机电路的电流流向为：电流自直流电源电路的输出端输出后，通过导通的通断控制电路流向主控mcu的供电连接引脚vdd，同时，流向用电设备的其他硬件。在本实施例中，用电设备可以是现有技术中的任意一种，例如“不需要存储配置文件”的用电设备——手电筒、电钻、手持电风扇等，以及“需要存储配置文件”的用电设备——带有存储功能的警用酒精测试仪、耳温枪、额温枪等。

在本实施例中，直流电源电路包括直流电源bat1，直流电源bat1可以是现有技术中的蓄电池组。直流电源bat1的负极接地，直流电源bat1的正极与电源输入端相连；第一止逆单元为二极管d1，型号为1n4148w。第二止逆单元为二极管d2，型号为1n4148w。

通断控制电路包括pnp晶体管、第二电阻器r2，pnp晶体管可以是现有技术中的任意一种，本实施例选用pnp三极管q1作为pnp晶体管，型号为p-mmbt3906l。第二电阻器r2的电阻值为3kω。

pnp晶体管的发射极与电源输入端相连，pnp晶体管的集电极与供电输出端相连，pnp晶体管的基极通过第二电阻器r2与电平控制端相连。这样设置的好处是，通过pnp晶体管构成的通断控制电路，简化了本申请基于硬件的一键快速开关机电路的结构，实现了通过简单地硬件组成达到设备一键快速开关机的需求。

借由上述结构，当本实施例的基于硬件的一键快速开关机电路装配于“不需要存储配置文件”设备时：

开关机过程为：将未开机设备上的按键开关sw按下并释放，在按键开关sw按下的过程中，pnp三级管q1的基极通过电平控制端、按键开关sw、二极管d1形成回路，pnp三级管q1导通，直流电源电路的电流通过供电输出端传输至供电连接引脚vdd，主控mcu复位进入工作状态，设备开机。释放按键开关sw后，主控mcu通过mcu控制引脚gpio_out控制电平控制端的电平为低电平，pnp三级管q1保持导通状态，设备持续上电保持开机状态。与此同时，主控mcu通过按键检测引脚gpio_in实时检测按键开关sw的工作状态。

关机过程为：对已开机的设备按下按键开关sw，主控mcu改变mcu控制引脚gpio_out的输出以控制电平控制端切换为通过按键开关sw接地的状态，且设备保持开机状态。释放按键开关sw后，pnp三级管q1因基极没有电流而断路，从而使主控mcu下电，设备关机。

当本实施例的基于硬件的一键快速开关机电路装配于“需要存储配置文件”的设备时，其开机过程与装配于“不需要存储配置文件”设备的开机过程相同。在设备初始化时，通过主控mcu的时钟引脚swclk设定设备关机时按键的按压时间阈值。其关机过程与装配于“不需要存储配置文件”设备的不同的是，在对已开机的设备按下按键开关sw后，仅在按键开关sw的按压时间超过预设的时间阈值时，按键检测引脚gpio_in切换输出电平状态，并控制电平控制端通过按键开关sw接地，实现用电设备的关机时间可控。

实施例2：与实施例1不同的是，参考图3所示，p沟道晶体管为p型mos管q3，选用型号为si2301b的p沟道mos管。p型mos管的栅极和源极间并联有第一电阻器r1，第一电阻器r1的电阻值为10kω。这样设置的好处是，利用p型mos管q3的物理特性，能够提高通断控制电路在导通状态切换时的可靠性，从而确保用电设备的正常开关机。

实施例3：与实施例1不同的是，参考图4所示，该种基于硬件的一键快速开关机电路还包括npn三极管q2，npn三极管q2的集电极与电平控制端相连，npn三极管q2的基极通过第三电阻器r3与mcu控制引脚gpio_out相连，npn三极管q2的发射极接地；npn三极管q2的基极与发射极之间并联有第四电阻器r4。在本实施例中，选用npn三极管q2的型号为n-sst3904，第三电阻器r3的电阻值为5.1kω，第四电阻器r4的电阻值为10kω。

基于npn三极管q2的设置，开机过程中，在p沟道晶体管导通后，mcu控制引脚gpio_out输出高电平，n沟道三极管q2导通，p沟道晶体管的基极通过n沟道三极管q2到地，使p沟道晶体管在按键开关sw释放后能够保持导通状态，从而使设备上电开机。关机过程中，当按键开关sw被再次按下达到“按压时间与通过主控mcu预设的关机时的按键开关sw的按压时间阈值相等”时，按键检测引脚gpio_in输出低电平，mcu控制引脚gpio_out同步输出低电平使n沟道三极管q2截止，从而使p沟道晶体管仅通过此时按压状态下的按键开关sw和二极管d1形成回路，在按键开关sw释放后，p沟道晶体管截止，设备下电关机。这样设置的好处是，通过n沟道三极管q2的设置，提高了基于硬件的一键快速开关机电路控制设备开关机的可靠性。同时，通过第四电阻器r4的设置，能够对流经npn三极管q2的电压进行分压，提高npn三极管q2通断的可靠性，从而提高本申请基于硬件的一键快速开关机电路的响应速度。

实施例4：与实施例1、实施例2和实施例3不同的是，参考图5所示，在本实施例中，mcu控制引脚gpio_out通过串联的第五电阻器r5、第三二极管d3与电平控制端相连，电平控制端与第三二极管d3的负极连接。第五电阻器r5的电阻值为1kω，第三二极管d3的型号为1n4148w。第二止逆单元为nmos管q4，nmos管q4可以是现有技术中的任意一种n沟道mos管，例如型号为kia5610、kia2803a、kia840s的mos管。按键检测引脚gpio_in与nmos管q4的栅极连接，nmos管q4的源极与开关sw连接，nmos管q4的漏极通过第六电阻器r6与电平控制端相连，第六电阻器的电阻值为1kω。

通过第五电阻器、第三二极管d3的设置，在本申请基于硬件的一键快速开关机电路装配于“不需要存储配置文件”设备上时，当按键检测引脚gpio_in检测到按键开关sw被按下时，mcu控制引脚gpio_out被第五电阻器上拉为高电平，从而使通断控制电路在按键开关sw释放后截止，使“不需要存储配置文件”的设备迅速下电关机。同时，通过第三二极管d3和nmos管q4的设置，避免设备断电后mcu控制引脚gpio_out、按键检测引脚gpio_in带电的问题出现，提高用电设备按键检测的可靠性和设备使用的安全性。

在本实施例中，该种基于硬件的一键快速开关机电路还包括定时单元，定时单元的输入端与按键检测引脚gpio_in相连，定时电路的输出端与nmos管q4的栅极相连。

基于上述定时单元的设置，在本申请基于硬件的一键快速开关机电路装配于“需要存储配置文件”设备上时，关机过程中，按键检测引脚gpio_in的输出在定时单元的控制下向nmos管q4的栅极传输，从而在按键开关sw释放后，通断控制电路的电平控制端能够维持一端时间的有电流状态，即通断控制电路在一段时间后断路后使设备下电关机，期间，设备的关键进程能够在主控mcu的控制下存储配置文件。避免了需要长时间按压按键开关sw的操作步骤，实现本申请基于硬件的一键快速开关机电路在保证安全的前提下对用电设备的一键快速开关机，提高用户使用体验。与此同时，通过主控mcu的时钟引脚swclk预设按键开关sw关机过程中持续按压时长阈值，能够避免使用过程中误触按键开关sw导致设备关机的问题，提高基于硬件的一键快速开关机电路的可靠性和使用便利性。

定时单元包括定时芯片、rc充电电路、放电电路，定时芯片设置有触发引脚、充电引脚、放电引脚；触发引脚与按键检测引脚gpio_in相连；rc充电电路的输入端与供电输出端相连，rc充电电路的输出端与充电引脚相连；放电电路的输入端与放电引脚相连，放电电路的输出端与nmos管q4的栅极相连。

定时芯片可以是现有技术中的555定时器，定时芯片的脚1接地；定时芯片的脚2为外部信号输入接口，与按键检测引脚gpio_in连接；定时芯片的脚3为输出接口，与nmos管q4的栅极连接；定时芯片的脚4为复位接口，定时芯片的脚8为电源接口，定时芯片的脚4和脚8分别与供电输出端连接；定时芯片的脚5为保护接口，其通过第二电容器c2接地；定时芯片的脚6和定时芯片的脚7均通过第七电阻器r7与供电输出端连接，并均通过第一电容器c1接地。供电输出端、第七电阻器r7、第一电容器c1、定时芯片的脚1构成本实施例中的rc充电电路，定时芯片的脚7、脚6、脚2、脚1、第一电容器c1构成本实施例中的放电电路。第七电阻器r7的电阻值为5kω，第一电容器c1的电容值为10uf，第二电容器c2的电容值为0.01uf。

借由实施例3的结构，结合图6所示，基于硬件的一键快速开关机电路装配于“需要存储配置文件”的设备时的工作方法为：

一、通过主控mcu的时钟引脚swclk将设备关机时的按键开关sw的按压时间阈值t设置为1秒。

二、开机时：将未开机的设备的按键开关sw按下后，pnp三级管q1的基极通过二极管d1和按键开关sw构成回路，pnp三级管q1导通，电源电路中的蓄电池组的电流传输至主控mcu，系统复位进入工作状态，设备上电开机。主控mcu工作后，mcu控制引脚gpio_out输出高电平，从而使n沟道三极管q2导通，按键开关sw释放后，pnp三级管q1通过导通的n沟道三极管q2保持导通状态，设备开机保持上电开机状态，主控mcu的按键检测引脚gpio_in进入按键检测状态，实时对按键开关sw的状态进行检测。

三、关机时：再次按下按键开关sw，主控mcu的按键检测引脚gpio_in检测到按键开关sw被按下。当按键开关sw的按下时间大于1秒时，按键检测引脚gpio_in输出低电平，主控mcu的mcu控制引脚gpio_out输出低电平，n沟道三极管q2的基集被下拉为低电平，n沟道三极管q2截止。按键开关sw释放后，pnp三级管q1的基极因没有电流而导致pnp三级管q1截止，主控mcu下电，设备迅速断电关机。

以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。