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专利号: 2017113612137
申请人: 华北科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种架空线路数据采集终端的电源管理系统,其特征在于:包括供电模块、CPU管理模块、输出控制模块、通讯模块,所述供电模块包括三路供电线路:第一路为太阳能供电线路,包括太阳能电池板,太阳能电池板的供电输出端连接第二压降二极管的正极,第二压降二极管的负极连接输出控制模块的供电输入端,太阳能电池板的供电输出端通过太阳能供电信号采集装置连接CPU管理模块的太阳能供电电压信号采集输入端;

第二路为高压线线上取电供电线路,包括高压线线上取电装置,高压线线上取电装置的供电输出端连接第六压降二极管的正极,第六压降二极管的负极连接输出控制模块的供电输入端,高压线线上取电装置的供电输出端通过线上取电供电信号采集装置连接CPU管理模块的线上取电供电电压信号采集输入端;

第三路为干电池供电线路,干电池的供电输出端连接第七压降二极管的正极,第七压降二极管的负极连接输出控制模块的供电输入端,干电池的供电输出端通过干电池供电信号采集装置连接CPU管理模块的干电池供电电压采集信号输入端;

所述CPU管理模块的供电输出控制信号输出端控制连接输出控制模块的控制信号输入端,输出控制模块的供电输出端用于连接架空线路数据采集终端的供电输入端;CPU管理模块的通讯端口与通讯模块的通讯端口对应连接;

所述电源管理系统还包括充电模块和可充电电池供电信号采集装置:

充电模块包括能量收集与充电管理装置、可充电电池、第四压降二极管、第一充电输入控制线路、第二充电输入控制线路,第一充电输入控制线路的供电输入端连接太阳能供电线路中太阳能电池板的供电输出端,第一充电输入控制线路的供电输出端连接能量收集与充电管理装置的供电输入端,第一充电输入控制线路的供电控制端连接CPU管理模块的太阳能充电控制信号输出端;

第二充电输入控制线路的供电输入端连接高压线线上取电装置的供电输出端,第二充电输入控制线路的供电输出端连接能量收集与充电管理装置的供电输入端,第二充电输入控制线路的供电控制端连接CPU管理模块的线上取电充电控制信号输出端;

能量收集与充电管理装置的充电控制信号输入端连接CPU管理模块的可充电控制信号输出端,能量收集与充电管理装置的供电输出端连接可充电电池的充电输入端,可充电电池的供电输出端连接第四压降二极管的正极,第四压降二极管的负极连接所述输出控制模块的供电输入端;

所述可充电电池供电信号采集装置包括第三电阻和第四电阻,第三电阻和第四电阻构成串联电路,第三电阻的自由端连接可充电电池的供电输出端,第四电阻的自由端接地,第三电阻和第四电阻的中间接点连接CPU管理模块的可充电电池供电电压信号采集输入端。

2.如权利要求1所述的架空线路数据采集终端的电源管理系统,其特征在于,所述第一充电输入控制线路包括第一控制开关、第三压降二极管,第一控制开关的控制信号输入端连接所述CPU管理模块的太阳能充电控制信号输出端,第一控制开关的电能输入端连接所述太阳能电池板的供电输出端,第一控制开关的电能输出端连接第三压降二极管的正极,第三压降二极管的负极连接所述能量收集与充电管理装置的供电输入端;

所述第二充电输入控制线路包括第二控制开关、第五压降二极管,第二控制开关的控制信号输入端连接所述CPU管理模块的线上取电充电控制信号输出端,第二控制开关的电能输入端连接所述线上取电装置的供电输出端,第二控制开关的电能输出端连接第五压降二极管的正极,第五压降二极管的负极连接所述能量收集与充电管理装置的供电输入端。

3.如权利要求2所述的架空线路数据采集终端的电源管理系统,其特征在于,太阳能供电信号采集装置包括第一电阻和第二电阻,第一电阻和第二电阻构成串联电路,第一电阻的自由端连接太阳能电池板的供电输出端与第二压降二极管正极的中间接点,第二电阻的自由端接地,第一电阻和第二电阻的中间接点连接CPU管理模块的太阳能供电电压信号采集输入端;

所述线上取电供电信号采集装置包括第五电阻和第六电阻,第五电阻和第六电阻构成串联电路,第五电阻的自由端连接高压线线上取电装置的供电输出端与所述第六压降二极管正极的中间接点,第六电阻的自由端接地,第五电阻和第六电阻的中间接点连接CPU管理模块的线上取电供电电压信号采集输入端;

干电池供电信号采集装置包括第七电阻和第八电阻,第七电阻和第八电阻构成串联电路,第七电阻的自由端连接干电池的供电输出端与所述第七压降二极管正极的中间接点,第八电阻的自由端接地,第七电阻和第八电阻的中间接点连接CPU管理模块的干电池供电电压信号采集输入端。

4.如权利要求3所述的架空线路数据采集终端的电源管理系统,其特征在于,所述的太阳能电池板供电输出端连接第一压降二极管的正极,第一压降二极管的负极分三路,第一路连接所述太阳能供电信号采集装置中的第一电阻,第二路连接第二压降二极管的正极,第三路连接第一超级电容的一端,第一超级电容的另一端接地;

所述高压线线上取电装置的供电输出端与第六压降二极管的正极之间连接第二超级电容的一端,第二超级电容的另一端接地。

5.如权利要求4所述的架空线路数据采集终端的电源管理系统,其特征在于,CPU管理模块包括第一CPU和第二CPU,第一CPU、第二CPU的供电输入端分别连接输出控制模块的相应供电输出端,第一CPU和第二CPU之间通过串口通讯连接,用于第一CPU将太阳能供电电压信号、可充电电池供电电压信号、线上取电供电电压信号、干电池供电电压信号传输给第二CPU;第一CPU的系统电量状态信号输出端连接第二CPU的系统电量状态信号输入端;第二CPU的上传通讯端连接用于与服务器通讯的无线通信模块;

第一CPU的第一电压信号采集输入端为太阳能供电电压信号采集输入端,第一电压信号采集输入端连接所述太阳能供电信号采集装置中第一电阻与第二电阻的中心接点;

第一CPU的第二电压信号采集输入端为可充电电池供电电压信号采集输入端,第二电压信号采集输入端连接所述可充电电池供电信号采集装置中第三电阻与第四电阻的中间接点;

第一CPU的第三电压信号采集输入端为线上取电供电电压信号采集输入端,第三电压信号采集输入端连接所述线上取电供电信号采集装置中第五电阻与第六电阻的中间接点;

第一CPU的第四电压信号采集输入端为干电池供电电压信号采集输入端,第四电压信号采集输入端连接所述干电池供电信号采集装置中第七电阻与第八电阻的中间接点;

所述第一CPU的第一充电控制信号输出端为太阳能充电控制信号输出端,第一CPU的第一充电控制信号输出端连接所述第一充电输入控制线路中第一控制开关的控制信号输入端;

所述第一CPU的第二充电控制信号输出端为线上取电充电控制信号输出端,第一CPU的第二充电控制信号输出端连接所述第二充电输入控制线路中第二控制开关的控制信号输入端;

所述第一CPU的第三控制信号输出端为可充电控制信号输出端,第一CPU 的第三控制信号输出端连接充电模块中能量收集与充电管理装置的充电控制信号输入端;

所述第一CPU的第四控制信号输出端为供电输出控制信号输出端,第一CPU的第四控制信号输出端连接所述输出控制模块的控制信号输入端。

6.如权利要求5所述的架空线路数据采集终端的电源管理系统,其特征在于:所述的输出控制模块包括DC/DC转换器、供电输出开关,DC/DC转换器的输入端分四路:第一路连接太阳能供电线路中第二压降二极管的负极,第二路连接高压线线上取电线路中第六压降二极管的负极,第三路连接供电线路中第七压降二极管的负极,第四路连接充电模块中第四压降二极管的负极;DC/DC转换器的输出端连接供电输出开关的电能输入端,供电输出开关的电能输出端用于连接架空线路数据采集终端的供电输入端,所述供电输出开关的控制信号输出入端连接CPU管理模块中第一CPU的第四控制信号输出端。

7.一种基于权利要求6所述的架空线路数据采集终端的电源管理系统的电源管理方法,其特征在于,其CPU管理模块中第一CPU的具体工作步骤如下:

1)、系统初始化,之后进入步骤2);

2)、第一CPU控制其太阳能充电控制信号输出端、线上取电充电控制信号输出端、供电输出控制信号输出端同时设置为无信号的悬空状态,如此所述第一充电输入控制线路中第一控制开关的控制信号输入端、第二充电输入控制线路中第二控制开关的控制信号输入端、输出控制模块中供电输出开关的控制信号输入端均没有控制信号输入,则第一充电输入控制线路中的第一控制开关、第二充电输入控制线路中的第二控制开关、输出控制模块中的供电输出开关均断开;之后,进入步骤3);

3)、第一CPU检测其太阳能供电电压信号采集输入端、可充电电池供电电压信号采集输入端、线上取电供电电压信号采集输入端、干电池供电电压信号采集输入端分别输入的电压电平值,之后进入步骤4);

4)、第一CPU判断其可充电电池供电电压信号采集输入端所输入的电压电平值是否大于4.0V:

若是,第一CPU控制其太阳能充电控制信号输出端、线上取电充电控制信号输出端、供电输出控制信号输出端同时输出开关闭合信号,同时,第一CPU通过其系统电量状态信号输出端(PB0、PB1)端口给第二CPU输出系统电量为100%的状态信号;同时,第一CPU每隔5分钟,通过串口,按固定长度6个字节协议格式EF AD1 AD2 AD3 AD4 AD1+AD2+AD3+AD4传送给第二CPU,第二CPU再通过无线通信模块与上位机通信;其中,AD1、AD2、AD3、AD4各占用一个字节,AD1+AD2+AD3+AD4累加和占用一个字节;

若否,进入步骤5);

5)、第一CPU判断其可充电电池供电电压信号采集输入端所输入的电压电平值是否处于大于3.6V而小于或等于4.0V的范围内:若是,第一CPU控制其太阳能充电控制信号输出端、线上取电充电控制信号输出端、供电输出控制信号输出端同时输出开关闭合信号,同时,第一CPU通过其系统电量状态信号输出端(PB0、PB1)端口给第二CPU输出系统电量为75%的状态信号;

若否,进入步骤6);

6)、第一CPU判断其可充电电池供电电压信号采集输入端所输入的电压电平值是否处于大于3.3V而小于或等于3.6V的范围内:若是,第一CPU控制其太阳能充电控制信号输出端、线上取电充电控制信号输出端、供电输出控制信号输出端同时输出开关闭合信号,同时,第一CPU通过其系统电量状态信号输出端(PB0、PB1)端口给第二CPU输出系统电量为50%的状态信号;

若否,进入步骤7);

7)、第一CPU判断其可充电电池供电电压信号采集输入端所输入的电压电平值是否处于大于3.0V而小于或等于3.3V的范围内:若是,第一CPU控制其太阳能充电控制信号输出端、线上取电充电控制信号输出端、供电输出控制信号输出端同时输出开关闭合信号,同时,第一CPU通过其系统电量状态信号输出端(PB0、PB1)端口给第二CPU输出系统电量为25%的状态信号;

若否,进入步骤8);

8)、第一CPU控制其太阳能充电控制信号输出端、线上取电充电控制信号输出端同时输出断开信号,之后,进入步骤9);

9)、第一CPU判断其第三电压信号采集输入端即线上取电供电电压信号采集输入端的电压是否大于5.0V:若是,进入步骤10),若否,进入步骤11);

10)、第一CPU判断系统中线上取电装置的供电电量充足,第一CPU控制其太阳能充电控制信号输出端输出闭合信号,接着,第一CPU通过其系统电量状态信号输出端(PB0、PB1)端口给第二CPU输出系统电量为100%的状态信号,之后,返回步骤3);

11)、第一CPU判断其第一电压信号采集输入端即太阳能供电电压信号采集输入端的电压是否大于3.6V:

若是,第一CPU控制其太阳能充电控制信号输出端、线上取电充电控制信号输出端同时输出开关闭合信号,接着,第一CPU通过其系统电量状态信号输出端(PB0、PB1)端口给第二CPU输出系统电量为100%的状态信号,之后,返回步骤3);

若否,第一CPU控制其太阳能充电控制信号输出端输出开关断开信号,同时,第一CPU控制其线上取电充电控制信号输出端输出开关闭合信号,之后,返回步骤3)。