物联网计算机自动开关机通信模块.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010602157.7 (22)申请日 2020.06.29 (71)申请人 苏权锦 地址 230000 安徽省合肥市蜀山区淠河路 88号28幢203室 (72)发明人 苏权锦 (74)专利代理机构 合肥东信智谷知识产权代理 事务所(普通合伙) 34143 代理人 王学勇 (51)Int.Cl. G06F 1/30(2006.01) H04L 12/58(2006.01) (54)发明名称 一种物联网计算机自动开关机通信模块 (57)摘要 本发明公开了一种物联网计算机自动开。

2、关 机通信模块， 所述通信模块利用SOC、 FPGA、 MCU中 的一种或多种单片机微控制器检测市电工作状 态， 通过与在计算机上运行的上位机程序进行通 信， 在市电中断后， 通过物联网蜂窝网络通知管 理人员， 在UPS系统电量耗尽之前， 保存数据， 关 闭计算机。 本发明的物联网功能可发送邮件、 信 息等至管理人员手机， 及时通知管理人员执行市 电中断后的应急响应行动。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 112034969 A 2020.12.04 CN 112034969 A 1.一种物联网计算机自动开关机通信模块， 其特征是， 所述通信模块利用SOC、 FPGA、 MCU中的一。

3、种或多种单片机微控制器检测市电工作状态， 通过与在计算机上运行的上位机 程序进行通信， 在市电中断后， 通过物联网蜂窝网络通知管理人员， 在UPS系统电量耗尽之 前， 保存数据， 关闭计算机。 2.如权利要求1所述的一种物联网计算机自动开关机通信模块， 其特征是， 所述通信模 块为外置式双芯片通信模块， 采用USB转TTL芯片通过USB接口连接计算机和微控制器。 3.如权利要求1或2所述的一种物联网计算机自动开关机通信模块， 其特征是， 所述通 信模块上电之后， 默认工作在外置式被动模式， 等待上位机程序发送指令； 只有上位机程序 发送查询指令之后， 通信模块才会响应， 此时通过上位机程序对模。

4、块的工作模式进行设置； 上位机程序发送查询指令后， 通信模块检测市电状态并立即发送给上位机程序； 通信模块 响应后， 继续等待上位机程序发送指令。 4.如权利要求3所述的一种物联网计算机自动开关机通信模块， 其特征是， 上位机程序 启动后， 会主动向通讯模块发送查询指令； 上位机程序确认通信模块在线后， 获取市电状 态： 若市电正常则将关机等待时间复位， 若市电中断则减少关机等待时间； 上位机程序不断 重复此过程； 当关机等待时间减少到零时， 上位机程序判定市电中断且UPS系统电量耗尽， 上位机程序调用预先编写的保存现场的程序保存现场， 随后关闭计算机。 5.如权利要求3所述的一种物联网计算机。

5、自动开关机通信模块， 其特征是， 通信模块上 电后会主动发送数据， 无论上位机软件是否保持通信。 6.如权利要求3所述的一种物联网计算机自动开关机通信模块， 其特征是， 上位机程序 启动后会读取保存的参数； 上位机程序等待通信模块主动发送数据， 只有成功连接通信模 块， 上位机程序才会执行流程。 7.如权利要求1或2所述的一种物联网计算机自动开关机通信模块， 其特征是， 通信模 块为内置式工作模式， 通信模块具有市电电源输入和计算机两个电源， 通信模块上电后由 市电电源供电； 通信模块首先检查市电是否稳定， 待市电稳定后， 启动计算机， 开始等待上 位机查询指令； 上位机查询后， 检测市电状态。

6、， 返回市电状态。 8.如权利要求7所述的一种物联网计算机自动开关机通信模块， 其特征是， 上位机程序 启动之前， 通信模块已经启动； 上位机程序运行后读取使用者设置的参数， 开始查询通信模 块在线状态， 确认通信模块在线后， 检测市电状态； 若市电正常， 则重置关机等待时间； 若市 电中断， 则通过物联网蜂窝网络发送市电中断邮件信息， 同时检测UPS剩余电量； 若剩余电 量不足， 则直接保存现场并关机； 若UPS电量充足， 则检测关机等待时间是否到达零， 若为 零， 则保存现场并关机； 若不为零， 则减少关机等待时间， 重新上述检测过程。 9.如权利要求1所述的一种物联网计算机自动开关机通信。

7、模块， 其特征是， 所述通信模 块利用SOC微控制器检测市电工作状态， 在一个芯片中集成高性能CPU、 DSP、 PLL或完整的 MCU功能模块。 10.如权利要求1所述的一种物联网计算机自动开关机通信模块， 其特征是， 采用FPGA 或MCU微控制器检测市电工作状态， 所述FPGA由多个可配置的单元模组构成； 所述MCU与 RAM、 Timer、 UART、 ADC功能集成在一个芯片上。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112034969 A 2 一种物联网计算机自动开关机通信模块 0001 技术领域 0002 本发明属于物联网控制技术领域， 尤其涉及一种物联网计算机自动开关机通信模 块，。

8、 主要是一种物联网计算机自动开关机通信模块。 背景技术 0003 UPS即不间断电源(Uninterruptible Power System)， 在电网异常 （如停电、 欠压、 浪涌） 的情况下可不间断的为负载电器提供电源， 维持负载电器的正常运作的设备。 0004 计算机系统由控制器、 运算器、 存储器、 输入系统、 输出系统组成。 存储器可分为主 存储器(简称主存或内存)和辅助存储器(简称辅存或外存)两大类。 常用外置存储器包含机 械硬盘与固态硬盘。 0005 运行中的计算机如遭遇断电， 会造成以下故障： 1、 内存中所有未保存的数据会全 部丢失。 2、 机械硬盘缓存会全部丢失， 读写中。

9、断电会造成磁盘文件系统错误， 严重时磁头会 碰撞磁盘表面， 导致磁盘磁头物理损坏。 3、 固态硬盘缓存会全部丢失， 严重时FTL表会丢失， 甚至导致固件错误。 严重的固件错误会导致数据丢失， 且固态硬盘数据丢失回复难度很大， 甚至不可恢复。 0006 因此， UPS对于保护用户数据， 具有重要作用。 家用台式计算机出于成本考虑， 通常 不具备类似笔记本电脑的内置电池。 即使配备UPS系统， 由于低端UPS往往不具备通信接口， 在市电中断之后， UPS系统电量耗尽之后会自动断电， 无法通知计算机关机， 起不到保护数 据的效果。 发明内容 0007 本发明正是针对现有技术存在的不足， 提供一种物联。

10、网计算机自动开关机通信模 块。 0008 为解决上述问题， 本发明所采取的技术方案如下： 一种物联网计算机自动开关机通信模块， 所述通信模块利用SOC、 FPGA、 MCU中的一种或 多种单片机微控制器检测市电工作状态， 通过与在计算机上运行的上位机程序进行通信， 在市电中断后， 通过物联网蜂窝网络通知管理人员， 在UPS系统电量耗尽之前， 保存数据， 关 闭计算机。 0009 作为上述技术方案的改进， 所述通信模块为外置式双芯片通信模块， 采用USB转 TTL芯片通过USB接口连接计算机和微控制器。 0010 作为上述技术方案的改进， 所述通信模块上电之后， 默认工作在外置式被动模式， 等待。

11、上位机程序发送指令； 只有上位机程序发送查询指令之后， 通信模块才会响应， 此时通 过上位机程序对模块的工作模式进行设置； 上位机程序发送查询指令后， 通信模块检测市 电状态并立即发送给上位机程序； 通信模块响应后， 继续等待上位机程序发送指令。 说明书 1/5 页 3 CN 112034969 A 3 0011 作为上述技术方案的改进， 上位机程序启动后， 会主动向通讯模块发送查询指令； 上位机程序确认通信模块在线后， 获取市电状态： 若市电正常则将关机等待时间复位， 若市 电中断则减少关机等待时间； 上位机程序不断重复此过程； 当关机等待时间减少到零时， 上 位机程序判定市电中断且UPS系。

12、统电量耗尽， 上位机程序调用预先编写的保存现场的程序 保存现场， 随后关闭计算机。 0012 作为上述技术方案的改进， 通信模块上电后会主动发送数据， 无论上位机软件是 否保持通信。 0013 作为上述技术方案的改进， 上位机程序启动后会读取保存的参数； 上位机程序等 待通信模块主动发送数据， 只有成功连接通信模块， 上位机程序才会执行流程。 0014 作为上述技术方案的改进， 通信模块为内置式工作模式， 通信模块具有市电电源 输入和计算机两个电源， 通信模块上电后由市电电源供电； 通信模块首先检查市电是否稳 定， 待市电稳定后， 启动计算机， 开始等待上位机查询指令； 上位机查询后， 检测市。

13、电状态， 返回市电状态。 0015 作为上述技术方案的改进， 上位机程序启动之前， 通信模块已经启动； 上位机程序 运行后读取使用者设置的参数， 开始查询通信模块在线状态， 确认通信模块在线后， 检测市 电状态； 若市电正常， 则重置关机等待时间； 若市电中断， 则通过物联网蜂窝网络发送市电 中断邮件信息， 同时检测UPS剩余电量； 若剩余电量不足， 则直接保存现场并关机； 若UPS电 量充足， 则检测关机等待时间是否到达零， 若为零， 则保存现场并关机； 若不为零， 则减少关 机等待时间， 重新上述检测过程。 0016 作为上述技术方案的改进， 所述通信模块利用SOC微控制器检测市电工作状态。

14、， 在 一个芯片中集成高性能CPU、 DSP、 PLL或完整的MCU功能模块。 0017 作为上述技术方案的改进， 采用FPGA或MCU微控制器检测市电工作状态， 所述FPGA 由多个可配置的单元模组构成； 所述MCU与RAM、 Timer、 UART、 ADC功能集成在一个芯片上。 0018 本发明与现有技术相比较， 本发明的实施效果如下： 本发明所述物联网计算机自动开关机通信模块， 具有如下技术优点： 1. 市电中断之后， 计算机多数情况下无法联网， 本发明的物联网功能可发送邮件、 信 息等至管理人员手机， 及时通知管理人员执行市电中断后的应急响应行动。 0019 2. 市电中断之后， 获。

15、取系统功耗， 自动计算UPS系统供电的剩余时间， 在UPS电量 耗尽之前， 视计算机运行业务不同，（1） 控制电脑自动关机， 以保存数据， 保护硬盘。（2） 或控 制电脑自动休眠， 重新上电后可直接恢复原本的业务。 0020 3. 市电恢复之后， 计算UPS充电量， 在确保UPS系统电量满足一次完整的开关机的 情况下， 才能开启计算机， 防止市电反复中断造成计算机反复开关机， 直至耗尽UPS系统电 量， 导致UPS系统保护断电， 进而导致计算机断电。 0021 此外， 本发明所述物联网计算机自动开关机通信模块， 提供如下功能： 1、 市电中断后， 保存现场， 关闭计算机的功能， 2、 计算计算。

16、机功率和UPS剩余电量， 尽量延长市电中断后计算机服务时间的功能。 0022 3、 上电后检测市电稳定之后， 开启计算机的功能。 0023 4、 市电中断时， 通过物联网蜂窝网络， 向管理人员发送邮件信息的功能。 0024 本发明考虑到使用本发明的使用者只是采购了廉价的低端UPS， 经济实力有限， 因 说明书 2/5 页 4 CN 112034969 A 4 此本发明按功能分为四种类型的模块： 外置式双芯片方案、 外置式单芯片方案、 内置式无物 联网方案、 内置式物联网方案。 附图说明 0025 图1为本发明所述物联网计算机自动开关机通信模块运行示意图； 图2为本发明所述物联网计算机自动开关机。

17、通信模块功能示意图； 图3为本发明所述通信模块外置式模块结构示意图 （双芯片方案） ； 图4为本发明所述通信模块外置式模块结构示意图 （单芯片方案） ； 图5 为本发明所述通信模块内置式模块结构示意图 （含物联网蜂窝网络） ； 图6 为本发明所述通信模块内置式模块结构示意图 （不含物联网蜂窝网络） ； 图7为本发明所述通信模块程序流程图 （外置式被动模式） ； 图8为本发明所述通信模块上位机程序流程图 （外置式被动模式） ； 图9为本发明所述通信模块程序流程图 （外置式主动模式） ； 图10 为本发明所述通信模块上位机程序流程图 （外置式主动模式） ； 图11为本发明所述通信模块程序流程 （内。

18、置式） ； 图12 为本发明所述通信模块上位机程序流程 （内置式） ； 图13 为本发明所述通信模块SOC微控制器结构示意图； 图14 为本发明所述通信模块FPGA微控制器结构示意图； 图15为本发明所述 MCU单片机微控制器结构示意图。 0026 具体实施方式 0027 下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。 0028 本发明所述物联网计算机自动开关机通信模块， 利用SOC、 FPGA或MCU单片机微控 制器检测市电工作状态， 通过与在计算机上运行的上位机程序进行通信， 在市电中断后， 通 过物联网蜂窝网络通知管理人员， 在UPS系统电量耗尽之前， 保存数据， 关闭计算机。 0029 如。

19、图1所示， 为本发明所述物联网计算机自动开关机通信模块， 图1中计算机由UPS 系统供电， UPS系统连接市电， 通信模块由DC电源和计算机供电， DC电源接入市电， 通信模块 与计算机通过USB接口或PCIE接口连接。 图1中市电中断后， 计算机由UPS系统供电， 通信模 块由计算机供电。 0030 图2为本发明所述物联网计算机自动开关机通信模块功能示意图。 图2中微控制器 具有检测市电是否中断、 控制物联网蜂窝网络、 控制计算机开机、 与计算机进行通信的功 能。 计算机上位机程序具有计算UPS系统剩余电量、 计算计算机功耗、 与微控制器通信并发 送市电中断邮件信息和保存计算机工作业务状态，。

20、 并关闭计算机的功能。 市电检测功能由 微控制器控制市电检测电路完成。 物联网蜂窝网络由微控制器控制， 实现在市电中断后向 管理人员发送市电中断邮件信息的功能。 0031 图3为本发明的外置式通信模块结构示意图， 采用双芯片方案。 外置式通信模块结 构简单、 成本低廉、 去除了部分功能， 仅具有关机功能。 双芯片方案采用USB转TTL芯片通过 USB接口连接计算机和微控制器。 说明书 3/5 页 5 CN 112034969 A 5 0032 图3 中USB为公头， 使用时插入计算机USB接口。 Micro-USB接口连接USB充电器， 作 为市电输入。 Micro-USB接口应用十分广泛， 。

21、常见的如手机充电接口。 MCU为微控制器。 USB- TTL为USB转TTL芯片， 将USB信号转换为TTL电平的串行信号， 实现计算机与微控制器的通 信。 LED为指示灯， 用于指示通信模块的工作状态。 0033 图4为本发明的外置式模块结构示意图， 采用单芯片方案。 单芯片方案中的微控制 器功能强大， 可以直接和计算机通信。 图4中USB、 Micro-USB、 LED与图3中功能相同。 图4中 MCU为微控制器， 可直接与计算机通信。 0034 图5为本发明的内置式模块结构示意图， 包含物联网蜂窝网络。 0035 图5中1为PCB基板， 带有工作指示灯。 2为PCIE转串行通讯芯片， 实。

22、现计算机与微控 制器的通信。 3为电源管理芯片， 实现计算机与外置DC电源双电源供电的管理。 4为微控制 器。 5为干接点开关， 可以是继电器或干簧管， 用于连接计算机主板的Power跳线。 6为计算机 主板Power按键跳线插针。 7为物联网蜂窝网络外置天线接口。 8为DC输入母座接口。 9为物联 网蜂窝网络IC。 0036 图6为本发明的内置式模块结构示意图， 不包含物联网蜂窝网络。 0037 图6中1、 2、 3、 4、 5、 6、 8与图5中功能相同。 0038 图7为本发明的通信模块程序流程图， 工作模式为外置式被动模式。 0039 图7中， 通信模块上电之后， 默认工作在被动模式，。

23、 等待上位机程序发送指令。 只有 上位机程序发送查询指令之后， 模块才会响应， 此时可以通过上位机程序对模块的工作模 式进行设置。 上位机程序发送查询指令后， 通信模块检测市电状态并立即发送给上位机程 序。 通信模块响应后， 继续等待上位机程序发送指令。 0040 图8为本发明的上位机程序流程图， 工作模式为外置式被动模式。 0041 图8中， 上位机程序启动之后会读取保存的参数。 上位机程序可在前台和后台运 行。 上位机程序启动后， 会主动向通讯模块发送查询指令。 上位机程序确认通信模块在线 后， 获取市电状态。 若市电正常则将关机等待时间复位， 若市电中断则减少关机等待时间。 上位机程序不。

24、断重复此过程。 当关机等待时间减少到零时， 上位机程序判定市电中断且UPS 系统电量耗尽， 上位机程序调用预先编写的保存现场的程序保存现场， 随后关闭计算机。 0042 图9为本发明的通信模块程序流程图， 工作模式为外置式主动模式。 0043 图9中， 通信模块上电后会主动发送数据， 无论上位机软件是否保持通信。 检测市 电与图7相同。 0044 图10为本发明的上位机程序流程图， 工作模式为外置式主动模式。 0045 图10中， 上位机程序启动后会读取保存的参数。 上位机程序等待通信模块主动发 送数据， 只有成功连接通信模块， 上位机程序才会执行与图8中相同的流程。 0046 图11为本发明。

25、的通信模块程序流程图， 工作模式为内置式。 0047 图11中， 内置式通信模块具有市电电源输入和计算机两个电源， 通信模块上电后 由市电电源供电。 通信模块首先检查市电是否稳定， 待市电稳定后， 启动计算机， 开始等待 上位机查询指令。 上位机查询后， 检测市电状态， 返回市电状态。 0048 图12为本发明的上位机程序流程图， 工作模式为内置式。 图12中， 上位机程序启 动之前， 通信模块已经启动。 上位机程序运行后读取使用者设置的参数， 开始查询通信模块 在线状态。 确认通信模块在线后， 检测市电状态。 若市电正常， 则重置关机等待时间。 若市电 说明书 4/5 页 6 CN 1120。

26、34969 A 6 中断， 则通过物联网蜂窝网络发送市电中断邮件信息， 同时检测UPS剩余电量。 若剩余电量 不足， 则直接保存现场并关机。 若UPS电量充足， 则检测关机等待时间是否到达零， 若为零， 则保存现场并关机； 若不为零， 则减少关机等待时间， 重新上述检测过程。 0049 图13为本发明的SOC微控制器结构示意图。 图13中SOC微控制器是片上系统， 其在 一个芯片中集成高性能CPU、 DSP、 PLL甚至一个完整的MCU等功能模块。 一个芯片搭配很少的 外围电路就可以实现上述所有功能。 SOC微控制器功能强大、 性能高、 功耗低、 占用面积小， 但成本高。 0050 图14为本。

27、发明的FPGA微控制器结构示意图。 图14中FPGA控制器是一种半定制集成 电路， 由多个可配置的单元模组构成， 具有很强的可定制性， 但成本较高。 0051 图15为本发明的MCU单片机微控制器结构示意图。 图15中MCU单片机微控制器将 CPU的频率与规格做适当缩减， 与RAM、 Timer、 UART、 ADC等功能集成在一个芯片上， 极大的降 低了成本。 具有稳定性高、 低功耗、 低成本的优势。 0052 以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明， 不能认定本发明具体实 施仅限于这些说明。 对于本发明所属技术领域的技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前 提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明保护的范围。 说明书 5/5 页 7 CN 112034969 A 7 图1 图2 图3 图4 说明书附图 1/5 页 8 CN 112034969 A 8 图5 图6 图7 说明书附图 2/5 页 9 CN 112034969 A 9 图8 图9 说明书附图 3/5 页 10 CN 112034969 A 10 图10 图11 说明书附图 4/5 页 11 CN 112034969 A 11 图12 图13 图14 图15 说明书附图 5/5 页 12 CN 112034969 A 12 。