低功耗北斗电表位置监测装置.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 202010026525.8 (22)申请日 2020.01.10 (71)申请人 国网思极神往位置服务 （北京） 有限 公司 地址 102200 北京市昌平区未来科学城国 家电网园区C座5层510室 申请人 国网信息通信产业集团有限公司 (72)发明人 臧志斌傅宁马军夏传福 吴小鸥 (74)专利代理机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 代理人 丘鸿超蔡学俊 (51)Int.Cl. G05B 19/042(2006.01) G01S 19/14(2010.01) G0。

2、1S 19/02(2010.01) (54)发明名称 一种低功耗北斗电表位置监测装置 (57)摘要 本发明涉及一种低功耗北斗电表位置监测 装置， 包括MCU处理器、 北斗通信定位模块、 硬件 看门狗控制电路、 硬件继电器开关以及以电池为 电源的供电电路， 供电电路的输出分两路， 一路 连接硬件看门狗控制电路， 以为其供电， 另一路 连接硬件继电器开关， 硬件继电器开关的输出分 别连接MCU处理器和北斗通信定位模块， 以控制 为其供电或断电； MCU处理器的控制输出端连接 北斗通信定位模块， 以控制其进行定位和通信， 采集并上传电表位置信息， 北斗通信定位模块的 基带GPIO端口连接硬件看门狗控。

3、制电路的喂狗 端， 硬件看门狗控制电路的输出端连接硬件继电 器开关的控制输入端， 以控制硬件继电器开关的 通断。 该装置有利于降低系统功耗， 提高电池使 用寿命。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 110968017 A 2020.04.07 CN 110968017 A 1.一种低功耗北斗电表位置监测装置， 其特征在于， 包括MCU处理器、 北斗通信定位模 块、 硬件看门狗控制电路、 硬件继电器开关以及以电池为电源的供电电路， 所述供电电路的 输出分两路， 一路连接硬件看门狗控制电路， 以为其供电， 另一路连接硬件继电器开关， 所 述硬件继电器开关的输出分别连接MCU处理器和北斗通。

4、信定位模块， 以控制给MCU处理器和 北斗通信定位模块供电或断电； MCU处理器的控制输出端连接北斗通信定位模块， 以控制北 斗通信定位模块进行定位和通信， 采集并上传电表位置信息， 北斗通信定位模块的基带 GPIO端口连接硬件看门狗控制电路的硬件看门狗的DONE喂狗端， 以通过基带GPIO控制信号 控制硬件看门狗， 所述硬件看门狗控制电路的输出端连接硬件继电器开关的控制输入端， 以控制硬件继电器开关的通断。 2.根据权利要求1所述的一种低功耗北斗电表位置监测装置， 其特征在于， 所述硬件看 门狗控制电路包括硬件看门狗U1和迟滞比较器U2， 供电电路连接硬件看门狗U1的供电引 脚， 以输入电池。

5、电源VBAT1， 硬件看门狗U1的DELAY引脚连接不同电阻值的电阻R11以调节定 时喂狗时间， 当硬件看门狗唤醒时， 硬件看门狗的DRV引脚处于半电压状态输出方波脉冲， 通过RC低通滤波器进行滤波， 使得DRV引脚输出直流电压VBAT/2至迟滞比较器U2， 当进行喂 狗后， DRV引脚变为高电压， 即输出VBAT； 迟滞比较器U2的输出PWR_control引脚生成控制系 统电源的信号， 使得MCU处理器和北斗通信定位模块的电源受硬件看门狗控制； 硬件看门狗 U1与迟滞比较器U2共同构成电源续流电路， 当MCU处理器电源处于关闭时， 迟滞比较器U2的 负端电压通过电池电压进行分压， 通过分压。

6、电阻值的调整， 使得迟滞比较器的负端电压小 于VBAT/2， 以实现硬件看门狗控制迟滞比较器U2输出的功能。 3.根据权利要求1所述的一种低功耗北斗电表位置监测装置， 其特征在于， 硬件看门狗 的DONE引脚连接北斗通信定位模块的基带GPIO端口， 以通过基带GPIO控制信号控制硬件看 门狗的DONE喂狗信号， 在系统完成一轮正常工作后关闭系统电源。 4.根据权利要求2所述的一种低功耗北斗电表位置监测装置， 其特征在于， 迟滞比较器 U2的输出PWR_control引脚连接迟滞比较器U3， 经过迟滞比较器U3的比较后， 迟滞比较器U3 的输出OUT引脚输出ON_OFF开关信号来控制系统电源。 。

7、5.根据权利要求4所述的一种低功耗北斗电表位置监测装置， 其特征在于， 迟滞比较器 U3输出的ON_OFF开关控制信号连接PMOS芯片， 通过控制PMOS开关栅极电压， 来控制电池电 源VBAT1与系统电源VCC之间的通断。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110968017 A 2 一种低功耗北斗电表位置监测装置 技术领域 0001 本发明属于卫星通信导航终端技术领域， 具体涉及一种低功耗北斗电表位置监测 装置。 背景技术 0002 随着全球卫星导航系统 （GNSS， Global Navigation Satellite System） 的迅速发 展， 卫星通信导航终端设备对多系统兼容、。

8、 高定位精度的需求也越来越广泛。 低功耗设计， 作为卫星通信导航终端设备设计的核心基础内容， 其性能很大程度影响着卫星导航终端的 性能和应用前景。 0003 电力电表等终端一般工作在特殊环境， 大多采用一次性电池进行供电， 因此， 亟需 通过硬件控制系统的重新设计， 来替代软件控制系统， 从而降低系统功耗， 提升系统稳定 性。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种低功耗北斗电表位置监测装置， 该装置有利于降低系 统功耗， 提高电池使用寿命。 0005 为实现上述目的， 本发明采用的技术方案是： 一种低功耗北斗电表位置监测装置， 包括MCU处理器、 北斗通信定位模块、 硬件看门狗控制电路。

9、、 硬件继电器开关以及以电池为 电源的供电电路， 所述供电电路的输出分两路， 一路连接硬件看门狗控制电路， 以为其供 电， 另一路连接硬件继电器开关， 所述硬件继电器开关的输出分别连接MCU处理器和北斗通 信定位模块， 以控制给MCU处理器和北斗通信定位模块供电或断电； MCU处理器的控制输出 端连接北斗通信定位模块， 以控制北斗通信定位模块进行定位和通信， 采集并上传电表位 置信息， 北斗通信定位模块的基带GPIO端口连接硬件看门狗控制电路的硬件看门狗的DONE 喂狗端， 以通过基带GPIO控制信号控制硬件看门狗， 所述硬件看门狗控制电路的输出端连 接硬件继电器开关的控制输入端， 以控制硬件。

10、继电器开关的通断。 0006 进一步地， 所述硬件看门狗控制电路包括硬件看门狗U1和迟滞比较器U2， 供电电 路连接硬件看门狗U1的供电引脚， 以输入电池电源VBAT1， 硬件看门狗U1的DELAY引脚连接 不同电阻值的电阻R11以调节定时喂狗时间， 当硬件看门狗唤醒时， 硬件看门狗的DRV引脚 处于半电压状态输出方波脉冲， 通过RC低通滤波器进行滤波， 使得DRV引脚输出直流电压 VBAT/2至迟滞比较器U2， 当进行喂狗后， DRV引脚变为高电压， 即输出VBAT； 迟滞比较器U2的 输出PWR_control引脚生成控制系统电源的信号， 使得MCU处理器和北斗通信定位模块的电 源受硬件看。

11、门狗控制； 硬件看门狗U1与迟滞比较器U2共同构成电源续流电路， 当MCU处理器 电源处于关闭时， 迟滞比较器U2的负端电压通过电池电压进行分压， 通过分压电阻值的调 整， 使得迟滞比较器的负端电压小于VBAT/2， 以实现硬件看门狗控制迟滞比较器U2输出的 功能。 0007 进一步地， 硬件看门狗的DONE引脚连接北斗通信定位模块的基带GPIO端口， 以通 说明书 1/4 页 3 CN 110968017 A 3 过基带GPIO控制信号控制硬件看门狗的DONE喂狗信号， 在系统完成一轮正常工作后关闭系 统电源。 0008 进一步地， 迟滞比较器U2的输出PWR_control引脚连接迟滞比较。

12、器U3， 经过迟滞比 较器U3的比较后， 迟滞比较器U3的输出OUT引脚输出ON_OFF开关信号来控制系统电源。 0009 进一步地， 迟滞比较器U3输出的ON_OFF开关控制信号连接PMOS芯片， 通过控制 PMOS开关栅极电压， 来控制电池电源VBAT1与系统电源VCC之间的通断。 0010 相较于现有技术， 本发明具有以下有益效果： 提供了一种低功耗北斗电表位置监 测装置， 该装置将传统的硬件看门狗电路进行改进设计， 来替换原有的软件设计方案， 通过 硬件看门狗控制电路控制MCU处理器和北斗通信定位模块的供断电， 在不需要处理器工作 时关闭系统电源， 克服软件MCU处理待机功耗较高的问题。

13、， 实现了超低功耗设计， 大大提高 了一次性电池的使用寿命， 具有很强的实用性和广阔的应用前景。 附图说明 0011 图1是本发明实施例的结构框图。 0012 图2是本发明实施例中硬件看门狗U1和迟滞比较器U2的连接电路原理图。 0013 图3是本发明实施例中迟滞比较器U3的连接电路原理图。 0014 图4是本发明实施例中PMOS芯片的连接电路原理图。 0015 图5是本发明实施例中比较器的连接电路原理图。 0016 图6是本发明实施例中实现自由控制关断时间和超时关闭的电路原理图。 具体实施方式 0017 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 0018 本发明提供了一种低功耗北。

14、斗电表位置监测装置， 如图1所示， 包括MCU处理器、 北 斗通信定位模块、 硬件看门狗控制电路、 硬件继电器开关以及以电池为电源的供电电路， 所 述供电电路的输出分两路， 一路连接硬件看门狗控制电路， 以为其供电， 另一路连接硬件继 电器开关， 所述硬件继电器开关的输出分别连接MCU处理器和北斗通信定位模块， 以控制给 MCU处理器和北斗通信定位模块供电或断电； MCU处理器的控制输出端连接北斗通信定位模 块， 以控制北斗通信定位模块进行定位和通信， 采集并上传电表位置信息， 北斗通信定位模 块的基带GPIO端口连接硬件看门狗控制电路的硬件看门狗的DONE喂狗端， 以通过基带GPIO 控制信。

15、号控制硬件看门狗， 所述硬件看门狗控制电路的输出端连接硬件继电器开关的控制 输入端， 以控制硬件继电器开关的通断， 从而控制系统电源的开启或关闭。 0019 在不需要处理器工作时， 硬件看门狗控制电路直接控制硬件继电器开关关闭系统 电源， 使MCU处理器和北斗通信定位模块处于断电状态。 MCU处理器和北斗通信定位模块受 硬件看门狗控制电路控制， 可通过改变硬件看门狗的DELAY引脚连接的电阻R11的电阻值来 设定每次开启电源的时间间隔。 在开启电源后， 通过MCU处理器控制北斗通信定位模块进行 定位和通信， 实现电表位置信息的采集与上传后， 利用北斗通信定位模块的基带GPIO控制 信号控制硬件。

16、看门狗， 使之关闭系统电源。 0020 如图2所示， 所述硬件看门狗控制电路包括硬件看门狗U1和迟滞比较器U2， 供电电 路连接硬件看门狗U1的供电引脚， 以输入电池电源VBAT1， 硬件看门狗U1的DELAY引脚连接 说明书 2/4 页 4 CN 110968017 A 4 不同电阻值的电阻R11以调节定时喂狗时间， 通过将定时喂狗时间延长设定至1分钟， 实现 每1分钟对电路进行一次唤醒工作； 当硬件看门狗唤醒时， 硬件看门狗的DRV引脚处于半电 压状态输出方波脉冲， 通过电阻R12和电容C10组成的RC低通滤波器进行滤波， 使得DRV引脚 输出直流电压VBAT/2至迟滞比较器U2， 当进行。

17、喂狗后， DRV引脚变为高电压， 即输出VBAT； 迟 滞比较器U2的输出PWR_control引脚生成控制系统电源的信号， 使得MCU处理器和北斗通信 定位模块的电源受硬件看门狗控制， 每分钟启动1次； 硬件看门狗U1与迟滞比较器U2共同构 成电源续流电路， 当MCU处理器电源处于关闭时， 迟滞比较器U2的负端电压通过电池电压进 行分压， 通过分压电阻值的调整， 使得迟滞比较器的负端电压小于VBAT/2， 以实现硬件看门 狗控制迟滞比较器U2输出的功能。 0021 其中， 硬件看门狗的DONE引脚连接北斗通信定位模块的基带GPIO端口， 以通过基 带GPIO控制信号控制硬件看门狗的DONE喂。

18、狗信号， 在系统完成一轮正常工作后关闭系统电 源。 硬件看门狗芯片直接采用电池供电， 功耗极低， 小于100nW。 其余部分电路均通过硬件看 门狗设计开关控制电路每分钟进行1次电源定时唤醒。 0022 如图3所示， 迟滞比较器U2的输出PWR_control引脚连接迟滞比较器U3， 经过迟滞 比较器U3的比较后， 迟滞比较器U3的输出OUT引脚输出ON_OFF开关信号来控制系统电源。 其 中， 电阻R25和电容C7构成充电电路， 用作超时判断， 当电路电源开启超过10秒钟后仍然处 于开启状态时， 此时比较器电平发生反转， 从而关闭系统电源。 从而通过硬件实现软件死机 重启的功能。 0023 如。

19、图4所示， 迟滞比较器U3输出的ON_OFF开关控制信号连接PMOS芯片， 通过控制 PMOS开关栅极电压， 来控制电池电源VBAT1与系统电源VCC之间的通断。 其中ON_OFF为高时， MOS管不导通， 系统断电， ON_OFF为低时， MOS管导通， 系统上电。 0024 如图5所示， 通过改进看门狗设计来实现功耗分配控制， 从而进一步实现低功耗的 方案， 存在的最大弊端在于电源无法常开且每次电源打开和关闭的时间相对固定， 不利于 需要低功耗与每次开启时间不确定的多线程系统工作。 本发明增加图5所示设计， 其中， PWR_Control分一路信号到比较器TLV521DCKT， KEY为传。

20、感器触发的触电开关， 当发生紧急 触电时， KEY被传感器置为高电平， 从而使得运放正端电压抬高， 运放U26输出高电平后通过 控制Q3三极管， 从而实现另一路对ON_OFF的控制， 实现当发生紧急情况时电源常开不受看 门狗关断控制的效果。 0025 传统的硬件看门狗实现的电源功耗分配， 当出现设备工作时间Tw大于看门狗唤醒 周期Tk时， 会出现看门狗无法正常控制或系统提前复位的现象。 例如电表的工作， 硬件看门 狗每分钟唤醒一次， 进行数据采集， 数据采集速度极快， 看门狗开启电源5秒后即可关闭电 源， 等待下一分钟的开启。 但当采集了足够多次的数据之后， 需要向后台报告数据， 就需要 较长。

21、的时间， 这个过程需要超过1分钟时间， 如果按照硬件看门狗的每分钟开关一次， 就会 出现数据还没上报完成系统电源被关闭。 本发明在传统的硬件看门狗基础上， 增加设计了 自由控制关断时间和超时关闭的控制方法。 如图6所示， U25为或非门电路， 由系统的DONE_ BB完成标志来控制， 当设备提前完成工作时， 系统的DONE_BB指示会由高电平变为低电平， 从而实现或非门输出的DONE_1由低电平变成高电平。 而U27为或门电路， 当DONE_1由低电平 变成高电平时， 输出DONE信号也会变成高电平， 从而给硬件看门狗完成标识， 实现看门狗提 前关闭系统电源。 由于DONE_BB在系统启动时间。

22、由接近几十毫秒的不确定状态 （启动过程） ， 说明书 3/4 页 5 CN 110968017 A 5 而75和R22实现上电瞬间短时间的高电平保持， 从而保证在系统刚启动到启动完成前， DONE_1保持低电平不变， 从而避免误关闭电源。 R106和C132是系统超时判断。 当出现设备工 作时间Tw大于看门狗唤醒周期Tk时， 硬件看门狗固定的时间分配将导致系统电源无法按时 关闭， 这时电源通过R106给C132充电， 当充电到达U27判决门限时， 或门的输出DONE被置为 高电平， 从而实现硬件电源关闭， 补充硬件看门狗在超时时间未关闭应用方案中的不足。 0026 以上是本发明的较佳实施例， 凡依本发明技术方案所作的改变， 所产生的功能作 用未超出本发明技术方案的范围时， 均属于本发明的保护范围。 说明书 4/4 页 6 CN 110968017 A 6 图1 图2 说明书附图 1/5 页 7 CN 110968017 A 7 图3 说明书附图 2/5 页 8 CN 110968017 A 8 图4 说明书附图 3/5 页 9 CN 110968017 A 9 图5 说明书附图 4/5 页 10 CN 110968017 A 10 图6 说明书附图 5/5 页 11 CN 110968017 A 11 。