一种具有电流自检能力的电源电路的制作方法

1.本发明涉及电源电路自检技术领域，具体为一种具有电流自检能力的电源电路。


背景技术：

2.当今的nb智能水表和燃气表的电源方案，通常是用电池作为主电源，不管是使用干电池或者一次性电池，都对工作电流有严格的要求，经过出厂检验的产品的工作电流都是符合设计要求的，但是由于工作环境的恶劣，尤其是水表经常处于潮湿，浸水的环境，保护措施稍有不当，其电路部分容易被水气腐蚀，最终造成电路失效，而这种失效的最开始的表现即为由于水气的存在造成电路的电流消耗的增加。
3.目前的水表通常是在发现电池电压明显下降或者完全失效后才会被检查更换，这种替换下来的水表的电路部分由于腐蚀严重已经完全不可再利用，而且如果在生产过程中的保护措施存在工艺问题，会造成在安装后的一段时间产生大批量的失效，带来巨大的损失，如果在水表安装后能定时对工作电流进行自检，与其出厂基准值进行比对，可针对性发出警告信息，对于带有通讯能力的产品来说，在与服务平台通讯时提交工作电流信息，服务平台则能获得安装后的产品的使用情况，对于开始有失效情况但还能正常工作的产品提前预警，可以在合适时候进行替换操作，也可防止产品出批量性故障，而在早期预警阶段替换下来的产品，通过清洗干燥检定维修等操作后，可最大限度保证其重复利用的可能。因此，设计电流消耗在线监测和节约成本的一种具有电流自检能力的电源电路是很有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有电流自检能力的电源电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有电流自检能力的电源电路，包括该方法整体采用的具有电流自检能力的电源电路系统，所述具有电流自检能力的电源电路系统包括电路电子元件终端、电流自检模块和数据分析预警模块，所述电路电子元件终端用于获取水表板工作状态下电压电流数据和使能端数据，所述电流自检模块用于计算系统不同电源使能状态下的电压电流值，所述数据分析预警模块用于根据计算的电流数据和采集记录的电压数据进行对比分析和预警，所述电路电子元件终端与电流自检模块电连接，所述电流自检模块与数据分析预警模块电连接。
6.根据上述技术方案，所述电路电子元件终端包括电池电压检测单元、电源电压使能端和模数转化模块，所述电池电压检测单元用于通过不同的导通电阻和电源开关对系统工作电池电压进行检测，所述电源电压使能端用于检测电路中设置电源端和电压端的使能状态，所述模数转化模块用于对连接到微控单元的视在功率进行模数转换获得对应电压值，所述电池电压检测单元与电源电压使能端电连接，所述电源电压使能端与模数转化模块电连接。
7.根据上述技术方案，所述电流自检模块包括使能控制模块、大电流操作模块、电压
值转换获取模块和自检电流计算模块，所述使能控制模块用于电源和电压端控制使能的高低状态，所述大电流操作模块用于对系统正常工作状态和非正常工作状态下的大电流操作进行操作，所述电压值转换获取模块用于通过模数转换器对电压值进行转换获取，所述自检电流计算模块用于通过获取的电压值计算检测电路的电流值，所述使能控制模块与大电流操作模块电连接，所述电压值转换获取模块与自检电流计算模块电连接；
8.所述使能控制模块包括电源使能控制模块和电压使能控制模块，所述电源使能控制模块用于检测电路的电源使能端控制使能高低，所述电压使能控制模块用于检测电路的电压使能端控制使能高低，所述电源使能控制模块与电压使能控制模块电连接。
9.根据上述技术方案，所述数据分析预警模块包括数据曲线图模块、基准值与历史数据模块、对比判断模块和输出预警模块，所述数据曲线图模块用于将计算出的电流值和记录的电压值通过曲线图进可视化展示，所述基准值与历史数据模块用于设置电流正常状态和非正常状态下的阈值和调用已存在的历史数据，所述对比判断模块用于将计算出的值与基准值和历史数据进行对比判断，所述输出预警模块用于对判断结果进行输出并分状态进行状态预警，所述数据曲线图模块与基准值与历史数据模块电连接，所述对比判断模块与输出预警模块电连接；
10.所述数据曲线图模块包括电流数据子模块和电池电压数据子模块，所述电流数据子模块用于将周期性检测计算出的电流值进行曲线图展示，所述电池电压数据子模块用于将获取记录的电压值进行曲线图展示，所述电流数据子模块与电池电压数据子模块电连接。
11.根据上述技术方案，所述电流自检方法主要包括以下步骤：
12.步骤s1：内置对水气表电池端进行电压电流自动检测的检测电路，系统供电启动，使能端状态周期性控制运行；
13.步骤s2：使用双电压检测电路与电源开关，进行电路检测系统的正常工作与非正常工作状态下的大电流操作；
14.步骤s3：控制电源电压的使能状态，对连接到微控制单元的功率值进行模数转换，获得对应电压值；
15.步骤s4：计算系统工作状态下流过电池电压以及向微控单元系统供电时的电流值，整合计算电流数据和记录电压数据，形成水表板周期电流自检测量曲线图；
16.步骤s5：将计算的电流值与出厂电流基准值和历史经验数据对比判断，输出判断结果，进行电流数值阶段预警。
17.根据上述技术方案，所述步骤s2中，水表板电流自动检测电路中，由电阻r3，r4，r5和导通三极管q4和q5组成一个电压检测电路，用于检测电池电压u
vbat
；
18.由电阻r6，r7，r8和导通三极管q6和q7组成另一个电压检测电路，用于检测系统工作电池电压u
vsys
，电阻r2与导通三极管q2和q3组成检测电路的电源开关；
19.当电源使能为高时，开关导通，控制导通三极管q2的导通电阻在设定范围内，使vsys和vbat电压数值u
vbat
、u
vsys
最大限度相等，当电源使能为低时开关关闭，电池电压u
vbat
通过三极管q1和电阻r1向系统工作电池电压u
vsys
供电。
20.根据上述技术方案，所述步骤s3进一步包括以下步骤：
21.步骤s31：系统正常工作状态下，打开由电阻r2和导通三极管q2，q3组成的电源开
关，对阀门和无线通讯所需的大电流动作进行操作；
22.步骤s32：设定周期进行水表板工作电流自检，关闭所有大电流的操作，控制电源使能为低，关闭电源开关，同步控制电压检测端使能状态为高；
23.步骤s33：控制电流自检状态下的两个电压检测电路同步工作，对连接到微控制单元mcu的视在功率va和vb进行模数转换，获得视在功率va和vb的电压值u
va
和u
vb
；
24.步骤s34：根据获得数据计算电池电压u
vbat
和系统工作电池电压u
vsys
，电池电压u
vbat
计算公式为：
[0025][0026]
式中，r4，r5为检测电池电压u
vbat
的组成电阻，u
va
为通过模数转换器a/d转换获得的视在功率va的电压值；
[0027]
系统工作电池电压u
vsys
计算公式为：
[0028][0029]
式中，r7，r8为检测检测系统工作电池电压u
vsys
的组成电阻，u
vb
为通过模数转换器a/d转换获得的视在功率vb的电压值。
[0030]
根据上述技术方案，所述步骤s4进一步包括以下步骤：
[0031]
步骤s41：计算系统工作状态下流过电池电压和流过系统工作电池电压，以及向微控单元mcu系统供电时的电流值；
[0032]
步骤s42：流过电池电压vbat检测电路的电流计算公式为：
[0033][0034]
式中，r1为电池电压通过三极管和电阻向系统工作电池电压供电的电阻，u
vbat
和u
vsys
为步骤s34计算出的电池电压和系统工作电池电压值；
[0035]
流过系统工作电池电压vsys检测电路的电流计算公式为：
[0036][0037]
式中，r6，r7，r8为由电阻和导通三极管组成另一个电压检测电路中的电阻，u
vsys
为步骤s34计算出的系统工作电池电压值；
[0038]
向微控单元mcu系统供电时的电流值计算公式为：
[0039]
i3＝i
1-i2[0040]
式中，i1和i2为计算出的系统工作状态下流过电池电压和流过系统工作电池电压的电流值；
[0041]
步骤s43：整合转换获取的电压值和计算出的电流值数据，通过通讯将电流数据上传，形成水表板周期电流自检测量曲线图。
[0042]
根据上述技术方案，所述步骤s43进一步包括以下步骤：
[0043]
步骤s431：建立以时间为横轴，电流值为竖轴的二维平面周期电流自检测量曲线图，同步获取已存储的历史数据并输入；
[0044]
步骤s432：得到计算出的自检电流曲线和历史数据曲线。
[0045]
根据上述技术方案，所述步骤s5进一步包括以下步骤：
[0046]
步骤s51：根据历史数据设定水气表电池的失效提醒范围，调用水气表出厂基准值；
[0047]
步骤s52：将计算出的电流值与出厂基准值进行第一次对比判断，利用自检电流曲线和历史数据曲线进行第二次对比判断；
[0048]
步骤s53：第一次对比判断电流值是否超过基准值，第二次对比判断水气表电池是否进入失效提醒范围，根据判断结果进行实时预警。
[0049]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有电路电子元件终端、电流自检模块和数据分析预警模块，通过使用双电压检测电路与电源开关，共同进行电路检测系统的正常工作与非正常工作状态的大电流操作，并控制电源电压的使能状态，对连接到微控制单元的功率值进行模数转换，获得对应电压值，计算系统工作状态下流过电池电压以及向微控单元系统供电时的电流值，整合计算电流数据和记录电压数据，形成水表板周期电流自检测量曲线图，同步将计算的电流值与出厂电流基准值和历史经验数据对比判断，输出判断结果，进行电流数值阶段预警。
附图说明
[0050]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0051]
图1是本发明的系统模块组成示意图；
[0052]
图2是本发明的电流自检系统原理框架图。
具体实施方式
[0053]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
请参阅图1-2，本发明提供技术方案：一种具有电流自检能力的电源电路，包括该方法整体采用具有电流自检能力的电源电路系统，具有电流自检能力的电源电路系统包括电路电子元件终端、电流自检模块和数据分析预警模块，电路电子元件终端用于获取水表板工作状态下电压电流数据和使能端数据，电流自检模块用于计算系统不同电源使能状态下的电压电流值，数据分析预警模块用于根据计算的电流数据和采集记录的电压数据进行对比分析和预警，电路电子元件终端与电流自检模块电连接，电流自检模块与数据分析预警模块电连接，电路板上从有水气逐步到泡水，都是先是漏电流增加在到后来电流迅速增大导致器件和pcb损坏，且电流数据变化趋势明显，对于nb水表来说，其电流趋势是一定的，通过将计算出的电流数据和记录的电压数据与存在的经验数据进行对比参考，即当nb水表的电流从1ma变成1.5ma，即电流值增加了50％，甚至增加100％时，即出现了问题，根据电流数据的趋势变化进行实时预警。
[0055]
电路电子元件终端包括电池电压检测单元、电源电压使能端和模数转化模块，电
池电压检测单元用于通过不同的导通电阻和电源开关对系统工作电池电压进行检测，电源电压使能端用于检测电路中设置电源端和电压端的使能状态，模数转化模块用于对连接到微控单元的视在功率进行模数转换获得对应电压值，电池电压检测单元与电源电压使能端电连接，电源电压使能端与模数转化模块电连接。
[0056]
电流自检模块包括使能控制模块、大电流操作模块、电压值转换获取模块和自检电流计算模块，使能控制模块用于电源和电压端控制使能的高低状态，大电流操作模块用于对系统正常工作状态和非正常工作状态下的大电流操作进行操作，电压值转换获取模块用于通过模数转换器对电压值进行转换获取，自检电流计算模块用于通过获取的电压值计算检测电路的电流值，使能控制模块与大电流操作模块电连接，电压值转换获取模块与自检电流计算模块电连接；
[0057]
使能控制模块包括电源使能控制模块和电压使能控制模块，电源使能控制模块用于检测电路的电源使能端控制使能高低，电压使能控制模块用于检测电路的电压使能端控制使能高低，电源使能控制模块与电压使能控制模块电连接。
[0058]
数据分析预警模块包括数据曲线图模块、基准值与历史数据模块、对比判断模块和输出预警模块，数据曲线图模块用于将计算出的电流值和记录的电压值通过曲线图进可视化展示，基准值与历史数据模块用于设置电流正常状态和非正常状态下的阈值和调用已存在的历史数据，对比判断模块用于将计算出的值与基准值和历史数据进行对比判断，输出预警模块用于对判断结果进行输出并分状态进行状态预警，数据曲线图模块与基准值与历史数据模块电连接，对比判断模块与输出预警模块电连接；
[0059]
数据曲线图模块包括电流数据子模块和电池电压数据子模块，电流数据子模块用于将周期性检测计算出的电流值进行曲线图展示，电池电压数据子模块用于将获取记录的电压值进行曲线图展示，电流数据子模块与电池电压数据子模块电连接。
[0060]
电流自检方法主要包括以下步骤：
[0061]
步骤s1：内置对水气表电池端进行电压电流自动检测的检测电路，系统供电启动，使能端状态周期性控制运行；
[0062]
步骤s2：使用双电压检测电路与电源开关，进行电路检测系统的正常工作与非正常工作状态下的大电流操作；
[0063]
步骤s3：控制电源电压的使能状态，对连接到微控制单元的功率值进行模数转换，获得对应电压值；
[0064]
步骤s4：计算系统工作状态下流过电池电压以及向微控单元系统供电时的电流值，整合计算电流数据和记录电压数据，形成水表板周期电流自检测量曲线图；
[0065]
步骤s5：将计算的电流值与出厂电流基准值和历史经验数据对比判断，输出判断结果，进行电流数值阶段预警，水气表安装后能定时对工作电流进行自检，与其出厂基准值进行比对，可针对性发出警告信息，对于带有通讯能力的产品来说，在与服务平台通讯时提交工作电流信息，服务平台则能获得安装后的产品的使用情况。
[0066]
步骤s2中，水表板电流自动检测电路中，由电阻r3，r4，r5和导通三极管q4和q5组成一个电压检测电路，用于检测电池电压u
vbat
；
[0067]
由电阻r6，r7，r8和导通三极管q6和q7组成另一个电压检测电路，用于检测系统工作电池电压u
vsys
，电阻r2与导通三极管q2和q3组成检测电路的电源开关；
[0068]
当电源使能为高时，开关导通，控制导通三极管q2的导通电阻在设定范围内，使vsys和vbat电压数值u
vbat
、u
vsys
最大限度相等，当电源使能为低时开关关闭，电池电压u
vbat
通过三极管q1和电阻r1向系统工作电池电压u
vsys
供电，压差u1＝i1*r1，且u1《u
q1
，u
q1
为三极管q1的pn结电压(约0.5v-0.7v)，其中三极管q1保证了在系统出现大电流的情况下，系统工作电池电压vsys只比电池电压vbat最多小0.7v，可以保证微控制单元mcu正常工作。
[0069]
步骤s3进一步包括以下步骤：
[0070]
步骤s31：系统正常工作状态下，打开由电阻r2和导通三极管q2，q3组成的电源开关，对阀门和无线通讯所需的大电流动作进行操作；
[0071]
步骤s32：设定周期进行水表板工作电流自检，关闭所有大电流的操作，控制电源使能为低，关闭电源开关，同步控制电压检测端使能状态为高；
[0072]
步骤s33：控制电流自检状态下的两个电压检测电路同步工作，对连接到微控制单元mcu的视在功率va和vb进行模数转换，获得视在功率va和vb的电压值u
va
和u
vb
，视在功率用于表示变压器的容量，除有功功率消耗外，电气设备通常还消耗无功功率，其中无功功率无效，但它也应该由电网提供，两者之和称为视在功率；
[0073]
步骤s34：根据获得数据计算电池电压u
vbat
和系统工作电池电压u
vsys
，电池电压u
vbat
计算公式为：
[0074][0075]
式中，r4，r5为检测电池电压u
vbat
的组成电阻，u
va
为通过模数转换器a/d转换获得的视在功率va的电压值，两个电压检测电路一起工作，当电阻值一定时，对连接到微控制单元mcu的视在功率va的电压值越大，检测电池电压u
vbat
也越大；
[0076]
系统工作电池电压u
vsys
计算公式为：
[0077][0078]
式中，r7，r8为检测检测系统工作电池电压u
vsys
的组成电阻，u
vb
为通过模数转换器a/d转换获得的视在功率vb的电压值，两个电压检测电路一起工作，当电阻值一定时，对连接到微控制单元mcu的视在功率vb的电压值越大，检测电池电压u
vsys
也越大。
[0079]
步骤s4进一步包括以下步骤：
[0080]
步骤s41：计算系统工作状态下流过电池电压和流过系统工作电池电压，以及向微控单元mcu系统供电时的电流值；
[0081]
步骤s42：流过电池电压vbat检测电路的电流计算公式为：
[0082][0083]
式中，r1为电池电压通过三极管和电阻向系统工作电池电压供电的电阻，u
vbat
和u
vsys
为步骤s34计算出的电池电压和系统工作电池电压值，电池电压通过三极管和电阻向系统工作电池电压供电的电阻值r1一定时，计算出的电池电压u
vbat
和系统工作电池电压u
vsys
间的压差越大，流过电池电压的电流i1也越大；
[0084]
流过系统工作电池电压vsys检测电路的电流计算公式为：
[0085][0086]
式中，r6，r7，r8为由电阻和导通三极管组成另一个电压检测电路中的电阻，u
vsys
为步骤s34计算出的系统工作电池电压值，由电阻和导通三极管组成另一个电压检测电路中的电阻值r6，r7，r8一定时，计算出的系统工作电池电压u
vsys
越大，流过系统工作电池电压的电流i2也越大；
[0087]
向微控单元mcu系统供电时的电流值计算公式为：
[0088]
i3＝i
1-i2[0089]
式中，i1和i2为计算出的系统工作状态下流过电池电压和流过系统工作电池电压的电流值，流过电池电压和流过系统工作电池电压的电流差越大，向微控单元mcu系统供电时的电流值i3也越大，反正，则越小；
[0090]
步骤s43：整合转换获取的电压值和计算出的电流值数据，通过通讯将电流数据上传，形成水表板周期电流自检测量曲线图。
[0091]
步骤s43进一步包括以下步骤：
[0092]
步骤s431：建立以时间为横轴，电流值为竖轴的二维平面周期电流自检测量曲线图，同步获取已存储的历史数据并输入；
[0093]
步骤s432：得到计算出的自检电流曲线和历史数据曲线，对于nb水表来说，其电流趋势是一定的，通过参考一些经验数据，当电流增加50％，即从1ma变成1.5ma时电池已经开始失效，电流增加100％时则已经完全失效，根据实时计算出的系统工作时的电流数据，上传至数据处理平台进行判断；
[0094]
步骤s433：利用记录每次测量的电池电压数据，进行电池状况辅助检测。
[0095]
步骤s5进一步包括以下步骤：
[0096]
步骤s51：根据历史数据设定水气表电池的失效提醒范围，调用水气表出厂基准值，水气表上电路板上从有水气逐步到泡水，均是先漏电流增加，再到后来电流迅速增大(雪崩)导致电子元器件和pcb损坏，这个过程中电流的变化趋势是明显的，但是要找到临界点较难的，因此设定一个电池的失效提醒范围；
[0097]
步骤s52：将计算出的电流值与出厂基准值进行第一次对比判断，利用自检电流曲线和历史数据曲线进行第二次对比判断；
[0098]
步骤s53：第一次对比判断电流值是否超过基准值，第二次对比判断水气表电池是否进入失效提醒范围，根据判断结果进行实时预警，如果在水表安装后能定时对工作电流进行自检，与其出厂基准值进行比对，可针对性发出警告信息，对于开始有失效情况但还能正常工作的产品提前预警，可以在合适时候进行替换操作，也可防止产品出批量性故障，而在早期预警阶段替换下来的产品，通过清洗干燥检定维修等操作后，可最大限度保证其重复利用的可能。
[0099]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。
[0100]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。