一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路及处理方法技术

本发明专利技术涉及一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路及处理方法。包括电源输入端口、电源输出端口、以太网输入输出接口、RS232/RS485输出接口、DO输出接口、内置电源管理电路、处理器及RTC时钟电路、检测电路等，可以以串联方式接入已安装设备的供电电源和设备之间；内置备用电源管理，确保内置备用电源的充电和温度保护，且主电源和备用电源为负载供电时无切换时间；串联接入方式和丰富多样的通信接口，可便捷的实现工业现场设备的掉电告警功能升级改造。本发明专利技术支持掉电告警和关机告警，且支持带有时间戳的信息报文，通过灵活多样的工业通信端口传输，确保告警信息的准确可靠发送；通过关机告警信息指示现场设备进行关键数据存储，避免了应用数据丢失。避免了应用数据丢失。避免了应用数据丢失。

【技术实现步骤摘要】
一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路及处理方法


[0001]本专利技术涉及工业物联网
，尤其涉及到一种适用于低温工业环境的油井数据采集与控制系统中关键设备的掉电告警电路及处理方法，且涉及到备用电源管理技术。

技术介绍

[0002]油气田物联网的建设和油井数据采集与传输系统的大规模应用，在油井生产现场安装了大量的工业物联网采集控制与传输设备，如无线RTU、无线网关、无线IO、5.8G Mesh主干单元等等，且多为有源供电的关键控制和传输设备。当平台运行中心发现某个井口设备出现无数据故障时，需要安排人员现场巡查作业，而油井多分散且偏远，往返时间长，维护效率低，导致故障恢复时效性差。而大概率的故障原因为现场电源异常，需要再安排专业人员到现场维修。由于无法快速准确定位到故障原因，导致维护效率降低，降低了油井有效生产运行时间，并影响产量。
[0003]随着规模化应用和智能化油田对前端数据采集和设备状态管理需求的提升，设备的健康状态及告警信息作为重要信息需要实时的上传至管理平台，掉电告警信息就是其中重要的一项，以便及时准确的判定故障点和故障原因，提升维护效率和油井有效运行时间，降低维护成本和提升产量。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种可适用于低温环境，集成电源管理功能的掉电告警模块设计，并且支持丰富的告警信息传输方式，可便捷快速地适配具有工业接口的任何设备内，可直接将原设备升级为支持掉电告警功能。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路，包括：
[0006]电源管理电路，用于感知备用电池组的环境温度，根据所述环境温度实现充电温度控制；
[0007]检测电路，用于通过分压电阻网络实现门限，输出电池组工作信号和电量耗尽信号发送至MCU处理器电路；
[0008]MCU处理器电路，用于根据电池组工作信号和电量耗尽信号分别产生BATON中断和BATDOWN中断，进行掉电告警信息的处理。
[0009]所述电源管理电路，包括：
[0010]充电管理芯片，用于通过分压串联网络检测备用电池组的环境温度，输出可变电压至监测电路以实现充电温度控制，并通过状态指示与检测电路进行状态指示；
[0011]所述充电管理芯片的电压输入端通过二极管D1接入主电源电压；电压输出端通过二极管D2输出可变电压至检测电路，还通过备用电池组接地；所述充电管理芯片的状态信号输出端通过状态指示与检测电路输出充电状态；
[0012]分压串联网络，包括电阻R1、电阻R2与热敏电阻RT1；所述充电管理芯片的NTC输出
端依次通过电阻R1、电阻R2接地，电阻R2并联有热敏电阻RT1；
[0013]所述备用电池组为磷酸铁锂电池组。
[0014]所述电压输出端通过二极管D2输出可变电压至电源变换电路，以使切换电路进行可变电压与电源变换电路输出电压的切换。
[0015]所述电压输出端通过二极管D2输出可变电压至内部供电电源处理电路，以实现MCU处理器电路以及与其连接的通信处理电路、以太网Switch电路的供电电源转换。
[0016]所述检测电路包含电压基准芯片U2，电压比较器U3、电压比较器U4，
[0017]所述电压基准芯片U2两个输入端分别接入所述电源管理电路输出的可变电压、分压电阻网络的输入端；
[0018]所述分压电阻网络包括电阻R3、电阻R4串联构成的第一分支、以及电阻R5、电阻R6串联构成的第二分支，所述第一分支与第二分支并联形成的两端节点，一端作为分压电阻网络的输入端，另一端接地；
[0019]所述电阻R3、电阻R4的中间节点与电压比较器U3第二输入端连接；电阻R5、电阻R6的中间节点与电压比较器U4第二输入端连接；所述电压比较器U3的第一输入端、电压比较器U4第一输入端均接入可变电压；所述电压比较器U3输出端BATON、电压比较器U4输出端BATDOWN与MCU处理器电路连接。
[0020]一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路实现方法，包括以下步骤：
[0021]当主电源输入电压高于内置备用电池组电压时，主电源通过电源管理电路给备用电池组充电，且同时给包括监测电路的外部设备供电；反之，则备用电池组不充电，且给包括监测电路的外部设备供电，以实现主电源、备用电池组供电无反应时间的切换。
[0022]所述监测电路通过分压电阻网络实现门限，包括以下步骤：
[0023]当可变电压DC_IN低于V1时，BATON输出有效，指示MCU处理器电路当前供电为备用电池组供电，主电源掉电；当可变电压DC_IN电压低于V2时，BATDOWN输出有效，指示MCU处理器电路备用电池组电量即将耗尽，需保存数据并关机。
[0024]一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路处理方法，包括以下步骤：
[0025]MCU处理器电路循环检测IO中断信息：
[0026]如判断为充电状态信号，则先获取实时时钟RTC时间，记录备用电池组状态变化信息；
[0027]如判断为BATON中断，为主电源掉电告警信号，则产生掉电告警信息，并依据配置的信息通信端口，添加获取的RTC时间戳信息，通过相应的输出端口发送该告警信息；
[0028]如判断为BATDOWN中断，为电池组电量即将耗尽告警，则产生告警信息，添加获取的RTC时间戳信息，通过相应的输出端口发送该告警信息。
[0029]如果配置当前输出端口为DO时，则MCU处理器电路驱动DO状态有效；
[0030]如果配置当前输出端口为串口时，则MCU处理器电路通过UART接口发送告警信息报文；
[0031]如果配置当前输出端口为以太网接口时，MCU处理器电路通过以太网MAC接口将告警信息报文发出。
[0032]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0033]1.本专利技术提供的掉电告警模块电路设计，内置了适用于低温环境的备用电源以及
备用电源管理功能，且独立模块化设计，可以串联于工业现场设备与电源之间，即可升级掉电告警功能。
[0034]2.本专利技术提供的掉电告警信息处理方法，内置处理器通过检测电路感知电源掉电信息，并结合灵活的配置信息，进行掉电信息的处理和传输，确保平台端接收到告警信息；同时检测备用电源续航状态，在备用电源电量即将耗尽时，进行电量耗尽信息的处理和传输，通知主控设备保存运行信息并关机，避免异常突发断电造成的数据丢失，甚至设备异常损坏。
附图说明
[0035]图1是本专利技术的掉电告警模块总体框图；
[0036]其中，1主电源接入端子，2内置备用电源，3电源管理电路，4以太网接入端口，5模块内供电电源处理电路，6电源变换电路，7检测电路，8状态指示与检测电路，9切换电路，10处理器电路，11以太网SWITCH电路，12通信处理电路，13电源输出端子，14RS232输出端子，15RS485输出端子，16DO输出端子，17以太网输出端口；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路，其特征在于，包括：电源管理电路，用于感知备用电池组的环境温度，根据所述环境温度实现充电温度控制；检测电路，用于通过分压电阻网络实现门限，输出电池组工作信号和电量耗尽信号发送至MCU处理器电路；MCU处理器电路，用于根据电池组工作信号和电量耗尽信号分别产生BATON中断和BATDOWN中断，进行掉电告警信息的处理。2.根据权利要求1所述的一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路，其特征在于，所述电源管理电路，包括：充电管理芯片，用于通过分压串联网络检测备用电池组的环境温度，输出可变电压至监测电路以实现充电温度控制，并通过状态指示与检测电路进行状态指示；所述充电管理芯片的电压输入端通过二极管D1接入主电源电压；电压输出端通过二极管D2输出可变电压至检测电路，还通过备用电池组接地；所述充电管理芯片的状态信号输出端通过状态指示与检测电路输出充电状态；分压串联网络，包括电阻R1、电阻R2与热敏电阻RT1；所述充电管理芯片的NTC输出端依次通过电阻R1、电阻R2接地，电阻R2并联有热敏电阻RT1。3.根据权利要求1或2所述的一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路，其特征在于，所述备用电池组为磷酸铁锂电池组。4.根据权利要求2所述的一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路，其特征在于，所述电压输出端通过二极管D2输出可变电压至电源变换电路，以使切换电路进行可变电压与电源变换电路输出电压的切换。5.根据权利要求2所述的一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路，其特征在于，所述电压输出端通过二极管D2输出可变电压至内部供电电源处理电路，以实现MCU处理器电路以及与其连接的通信处理电路、以太网Switch电路的供电电源转换。6.根据权利要求2所述的一种低温带备用电源管理的掉电告警模块电路，其特征在于，所述检测电路包含电压基准芯片U2，电压比较器U3、电压比较器U4，所述电压基准芯片U2两个输入端分别接入所述电源管理电路输出的可变电压、分压电阻网络的输入端；所述分压电阻网络包括电阻R3、电阻R4串联构成的第一分支、以及电阻R5、电阻R6串联构成的第二分支，所述第一分支与第二分支并联形成的两端节点，一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金英，何闯，关景元，杨斌，曾勇，陈凯，刘朋，赵雪峰，王宏亮，
申请(专利权)人：沈阳中科奥维科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：