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基于电脑掉电数据保护系统的设计方案

来源:-- 作者:-- 浏览:931

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摘要:   本方案可在无人情况下,在电网掉电时快速切换电源,同时进行软关机,实现机器硬件和数据的双重保护。    市电正常时变压器对市电降压并送检测电路,进行过压、欠压检测。同时输出一个稳态电平给盛群MCU,并控制光耦把降压后的电压经LM317稳压为电池充电;同时显示当前电池电量。此时,用户可以设置关机时间,MCU检测到设定关机时间后、单片机就会发送指令让电脑软关机。一旦检测到市电异

 

  本方案可在无人情况下,在电网掉电时快速切换电源,同时进行软关机,实现机器硬件和数据的双重保护。
  
  市电正常时变压器对市电降压并送检测电路,进行过压、欠压检测。同时输出一个稳态电平给盛群MCU,并控制光耦把降压后的电压经LM317稳压为电池充电;同时显示当前电池电量。此时,用户可以设置关机时间,MCU检测到设定关机时间后、单片机就会发送指令让电脑软关机。一旦检测到市电异常,就会产生一个变化电平,通过RS触发器输出信号给单片机,使其控制逆变电路工作并为逆变电路提供PWM波。再经升压变压器升压,输出一个稳定的准方波为电脑供电。MCU在控制逆变的同时发出信号封锁充电电路的控制端。使逆变时电池不能充电,防止损坏电池;同时在液晶上显示当前逆变器输出的安全等级。发出报警声,提示用户立刻关机。如果用户在此期间没有反应,系统将根据电池的电量作适当的处理,电池电量过低时将发送关机指令,强制为用户关机,防止数据丢失。逆变变压器上输出的低压通过分压反馈到SG3524的1脚,当负载发生变化时,通过输出电压的变化可以自动调节PWM波的脉宽,从而提高电源的利用率。确保负载安全工作。
  
  本设备使用方便,即插即用,并可通过液晶屏读取电池的各种信息。电池足压时可显示时钟并显示倒计时、电池电压。电池欠压时除显示时钟外,还可显示电池状态、提示充电以及当前电压和设备稳定性。
  
  由于采用无线传输,避免了布线带来的不便,并可以用一个检测电路同时保护多台机器。

  一、硬件部分

  电脑掉电数据保护系统方框图见下图。

电脑掉电数据保护系统方框图


  
  系统以单片机为核心,检测电路将检测的结果送单片机,单片机再控制充电、逆变、报警、显示,关机电路和无线模块等。电池的电量也由单片机采集,判断并决定系统的工作方式。
  
  检测电路在电网电压异常时应能及时做出反应、并产生信号给单片机,因此检测电路必须做到快速,准确。我们选LM339比较器构成检测电路,由CD401侣构成RS触发器提供双路反相信号给单片机。
  
  检测电路进行断电、欠压(低于170V)、及过压(高于270V)判断,具体电路如下图所示)
  

检测电路


  变压器副边16V交流电压经整流桥D处理为脉动直流,分压后接入比较器A同相输入端,与反相输入电压进行比较构成断电判断电路。电网断电时比较器A输出低电平:
  
  由D1整流桥整流后的电压经分压电路接入比较器B正相输入端与比较器C的反相输入端,分别构成欠压及过压判断。电网电压过低时.比较器B输出低电平;电网过压时,比较器C输出低电平。为防止检测电路在欠压,过压的临界状态过于频繁的切换、影响单片机正常工作,故在系统由逆变状态切换到市电供电状态时,欠压、过压检测点改为190V和220V,保证的了系统运行的稳定。断电、欠压及过压再经比较器D,形成市电波动判断,经CD401侣构成的Q触发器和RS触发器供给单片机一组对比信号。保证单片机采集信号的准确性。

  逆变控制电路如下图所示。直流电源Vs从脚15接入SG3524送到基准电压稳压器的输入端,产生+5V基准电压、再送到内部(或外部)电路的其他元器件作为电源。

逆变控制电路

 


  
  SG3524内部方框图见下图。振荡器脚7外接电容C1,脚6外接电阻R1。振荡器频率f由外接电阻R1和电容C1决定,f=1.侣/R1C1。本设计将电路的开关频率定为50Hz,振荡器的输出分为两路,一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门;另一路以锯齿波形式送至比较器的同相端,比较器的反向端接误差放大器的输出。

SG3524内部方框图

  误差放大器实际上是个差分放大器,脚1为其反向输入端;脚2为其同相输入端。通常,一个输入端连到脚16基准电压的分压电阻上(应取得2.5V的电压),另一个输入端接反馈信号电压。本电路芯片的脚1接反馈信号电压,脚2接在基准电压的分压电阻上。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较,从而在比较器的输出端出现一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲,再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。双稳态触发器的两个输出端互补,交替输出高低电平,其作用是将PWM脉冲交替送至两个三极管V1及V2的基极,锯齿波的作用是加入了死区时间,保证V1及V2两个三极管不能同时导通。最后,晶体管V1及V2分别输出脉冲宽度调制波,两者相位相差180~。当V1及V2并联应用时,其输出脉冲的占空比为O%~90%;当V1及V2分开使用时,输出脉冲的占空比为O%一45%,脉冲频率为振荡器频率的1/2,本电路中为并联使用。当脚10加高电平时.可实现对输出脉冲的封锁,进行过流保护。
  
  充电及供电电路。系统选用12V铅酸蓄电池供电,由于电池本身特性,当不工作时要及时对电池进行充电,而在充电过程中,不能以过大电压及过大的电流长时间对电池充电,否则会影响电池寿命,充电时电压最好为电池浮充电压,并且电池的充放电不能同时进行。系统工作时无论是处于逆变供电或市电供电状态。系统电源不能间断,因此供电电路要保证系统工作的不间断性。
  
  充电电路采用LM317K为电池提供充电电压,采用MC7812C、MC7805C为系统电路供电。具体电路如下图所示。
  
  16V交流经整流滤波后接入LM317,输出电压Vout=1.25(1+(VR+R2)/R3),供给电池充电。三级管Q1接单片机控制端,逆变工作时由单片机产生信号使Q1导通.LM317输出变小导致D反偏截至、停止对电池充电。同时LM317输出经7812C、7805C稳压提供电路电源。

充电电路

  上图、中图是单片机外围电路。单片机可以实时显示电池电量及外部器件的工作情况,因此采用液晶显示及按键输入,接线图如。当系统工作在逆变状态时,一旦电池电压低于设定值,单片机将触发无线发射电路发射关机命令。接收模块收到信号后。经译码送入单片机处理、对电脑执行关机。接收发射采用专用集成模块,具有传输距离远、信号强特点,电路见下图。译码解码采用专业解码译码芯片VD5026/5027。使得发射编码错误率大大降低。

单片机外围电路

单片机外围电路

接收发射电路

接收发射电路

  二、软件部分

  软件工作流程图见下图。
  
  作品的测试方式为带载测试。在用数字示波器测试通过的前提下直接带动电脑工作,经过反复试验一切工作正常。

软件工作流程图

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67