本發(fā)明涉及一種電源及所述電源的管理裝置與管理方法，尤其涉及一種工控機(jī)智能電源及所述工控機(jī)智能電源的管理裝置與管理方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有工控機(jī)電源主要功能多為電源轉(zhuǎn)換，如ac/ac、ac/dc、dc/ac、dc/dc等，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為工控機(jī)所需電壓，為工控機(jī)提供電力支持?，F(xiàn)有工控機(jī)電源的表現(xiàn)形式主要有兩種，一是由分立元件所構(gòu)成的電源轉(zhuǎn)換模塊，二是由專用電源模塊輔以外圍emc電路所構(gòu)成的電源轉(zhuǎn)換模塊。分立元件構(gòu)成的電源模塊由r、l、c、變壓器等元器件構(gòu)成，模塊化電源主要由全磚或者半磚或者四分之一磚模塊電源加前級濾波保護(hù)及后級濾波保護(hù)電路構(gòu)成。以上兩種電源主要為工控機(jī)提供電力支持，保證工控機(jī)正常供電運行。

現(xiàn)有工控機(jī)電源主要缺點如下，由分立元件所構(gòu)成的工控機(jī)智能電源，組成元器件太多，元器件損壞概率大，造成電源故障率高。分立元件構(gòu)成電源與模塊化電源在充電電源方面尚考慮欠佳，因隨著工控機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，其需求范圍也在逐漸擴(kuò)大。如在軌道交通領(lǐng)域即有一種工控機(jī)要求外部電源斷電之時，可自動切換至鋰電池供電，給工控機(jī)一定時間完成存儲及關(guān)機(jī)動作，且在存儲關(guān)機(jī)過程中若外部供電恢復(fù)正常，待關(guān)機(jī)完成后無需人工操作，可正常開機(jī)運行系統(tǒng)。若完成此種功能，單純的靠電源已經(jīng)無法解決，以上即為現(xiàn)有技術(shù)的客觀缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

現(xiàn)有工控機(jī)電源采用分立元件構(gòu)成或者模塊電源構(gòu)成，一是故障率高，二是無法滿足復(fù)雜功能的需求。本發(fā)明一種工控機(jī)智能電源及所述工控機(jī)智能電源的管理裝置與管理方法，所述工控機(jī)智能電源可以有效的解決以上問題。

本發(fā)明的解決方案是：一種工控機(jī)智能電源，其用于對軌道交通多媒體工控機(jī)的主機(jī)供電，并在外部電源斷電時滿足主機(jī)的供電需求，在硬件構(gòu)架上，所述工控機(jī)智能電源包括dc110v輸入電路、前級濾波保護(hù)電路、降壓模塊、后級濾波保護(hù)電路一、dc24v輸出電路、后級濾波保護(hù)電路二、充電管理電路、dc降壓模塊一、dc降壓模塊二、電池模塊、mcu控制模塊；

其中，dc110v輸入電路：輸入直流110v電源，輸入電壓范圍為dc77v-dc143v；前級濾波保護(hù)電路：具有浪涌保護(hù)及濾除高頻噪聲；降壓模塊：將輸入電壓dc110v降至dc24v輸出；后級濾波保護(hù)電路一：起去耦濾波作用；dc24v輸出電路：輸出dc24v電壓；后級濾波保護(hù)電路二：對電源載板輸出dc24v電壓進(jìn)行浪涌保護(hù)、限流保護(hù)及濾波處理；充電管理電路：對鋰電池進(jìn)行充放電管理；dc降壓模塊一：將電源載板輸出dc24v電壓降壓為一路dc12v輸出；dc降壓模塊二：將電源載板輸出dc24v電壓降壓為另一路dc12v輸出；電池模塊：起充電電源作用，在外部電源斷電情況下及時為主機(jī)及mcu控制模塊供電；mcu控制模塊：監(jiān)測、管理電源模塊的供電情況，并與主機(jī)進(jìn)行通訊，實時報告電源供電狀態(tài)并做出相應(yīng)動作；

dc110v輸入電路與前級濾波保護(hù)電路相連，前級濾波保護(hù)電路與降壓模塊相連，降壓模塊與后級濾波保護(hù)電路一相連，后級濾波保護(hù)電路一與dc24v輸出電路相連，dc24v輸出電路與后級濾波保護(hù)電路二相連，后級濾波保護(hù)電路二與充電管理電路、dc降壓模塊一、dc降壓模塊二均相連，充電管理電路與后級濾波保護(hù)電路二、電池模塊、mcu控制模塊均相連，mcu控制模塊還與電池模塊、充電管理電路、dc降壓模塊一均相連。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，dc110v輸入電路、前級濾波保護(hù)電路、降壓模塊、后級濾波保護(hù)電路一、dc24v輸出電路分布于電源載板；后級濾波保護(hù)電路二、充電管理電路、dc降壓模塊一、dc降壓模塊二、電池模塊、mcu控制模塊分布于電源背板。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，mcu控制模塊(11)對dc24v輸出電路(5)的dc24v電壓、dc24v輸出電路(5)的dc12v電壓、電池模塊(10)的電池電壓進(jìn)行ad采樣，根據(jù)采集到的各電壓狀態(tài)，分別做出外部有效供電的判斷、電池電壓判斷、電池充電判斷，并通過i/o口實現(xiàn)功能控制；mcu控制模塊(11)還周期性的嘗試與主機(jī)(12)建立通訊，在通訊連接建立后，與通訊對象之間使用周期性的心跳消息判斷彼此的在線狀態(tài)，并做出適當(dāng)動作，保證主機(jī)(12)的穩(wěn)定運行或關(guān)閉。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于上述任意工控機(jī)智能電源的工控機(jī)智能電源管理裝置，其包括定時事件處理單元、電壓采集單元、電池充電單元、狀態(tài)邏輯控制單元、通訊處理單元；其中：

所述定時事件處理單元以所述mcu模塊的一個片上物理定時器為基礎(chǔ)，進(jìn)行軟件封裝，為整個裝置提供定ms級的軟件定時器服務(wù)，所述軟件定時器支持阻塞及非阻塞定時、支持回調(diào)函數(shù)；

所述電壓采集單元會周期性的去采集dc24v輸出電壓、dc降壓模塊一、電池模塊的輸出電壓，并把采集到的量化值轉(zhuǎn)換成電壓值；

所述電池充電單元提供電池充放電幅度管理、電池狀態(tài)管理，電量百分比查詢；

所述狀態(tài)邏輯控制單元根據(jù)所述電壓采集單元采集到的數(shù)據(jù)，做出判斷，并通過i/o口實現(xiàn)功能控制；其中，所述狀態(tài)邏輯控制單元設(shè)置1個強制關(guān)機(jī)定時器，所述強制關(guān)機(jī)定時器用于設(shè)置電池單獨供電時間；所述強制關(guān)機(jī)定時器根據(jù)外部12v電壓當(dāng)前情況，在外部供電狀態(tài)power_ext、電池供電狀態(tài)power_bat、不供電狀態(tài)power_off，這三種狀態(tài)下選擇一種狀態(tài)跳轉(zhuǎn)：當(dāng)檢測到外部12v電壓正常時，所述強制關(guān)機(jī)定時器循環(huán)判斷與軌道交通多媒體工控機(jī)的視頻監(jiān)控軟件通信是否正常，以心跳消息維持為標(biāo)準(zhǔn)，若心跳超時，則說明作為下位機(jī)的工控機(jī)智能電源管理裝置與作為上位機(jī)的軌道交通多媒體工控機(jī)通信異常，所述狀態(tài)邏輯控制單元的底層軟件設(shè)置主機(jī)重啟定時器，且在定時器定時范圍內(nèi)，若心跳恢復(fù)，則取消重啟定時器，系統(tǒng)正常運行，若心跳未恢復(fù)，則等待主機(jī)重啟；當(dāng)檢測到外部12v掉電時，底層軟件首先判斷主機(jī)是否發(fā)出關(guān)機(jī)命令：一、若主機(jī)發(fā)出關(guān)機(jī)指令，表示上位機(jī)軟件收到底層發(fā)送的外部掉電信息，則進(jìn)入電池供電狀態(tài)power_bat，等待主機(jī)關(guān)機(jī)定時器hostshutdown_timer溢出回調(diào)，然后進(jìn)入不供電狀態(tài)power_off，此后若外部12v正常，則主機(jī)能重新啟動；二、若主機(jī)沒有發(fā)出關(guān)機(jī)指令，表示非正常情況，則設(shè)置電池單獨供電時間，開啟底層軟件關(guān)機(jī)定時器softshutdown_timer，并進(jìn)入電池供電狀態(tài)power_bat，等待軟件關(guān)機(jī)定時器softshutdown_timer溢出回調(diào)，最后進(jìn)入不供電狀態(tài)power_off；

所述通訊處理單元提供消息的解析、處理及發(fā)送。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在一個采集周期內(nèi)，所述電壓采集單元將對每個采集點進(jìn)行連續(xù)性的多次采集，并在電壓轉(zhuǎn)換之前，采用濾波算法進(jìn)行預(yù)處理。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述通訊處理單元件采用uart作為通訊介質(zhì)。

進(jìn)一步地，整個裝置在系統(tǒng)上電后，底層軟件以固定周期發(fā)送連接請求，并等主機(jī)應(yīng)答，若收到應(yīng)答，則表示握手成功，通訊建立；隨后，上、下位機(jī)定時相互發(fā)送心跳消息，并以此維持連接；若心跳超時，斷開通訊。

再進(jìn)一步地，底層軟件實時采集外部12v電壓值，若檢測到外部掉電，則主動上報外部電壓錯誤信息至上位機(jī)；上位機(jī)收到斷電信息后，立即發(fā)出關(guān)機(jī)命令，并給出電池持續(xù)供電時間用于主機(jī)關(guān)機(jī)；底層軟件收到關(guān)機(jī)命令后，斷開通信連接，啟動關(guān)機(jī)定時器，并等待定時溢出回調(diào)，然后，底層軟件關(guān)閉電池供電開關(guān)，最后主機(jī)進(jìn)入不供電狀態(tài)power_off。

優(yōu)選地，若檢測到外部12v電壓恢復(fù)，則主機(jī)重啟。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于上述任意工控機(jī)智能電源的工控機(jī)智能電源管理方法，其包括以下步驟：

以所述mcu模塊的一個片上物理定時器為基礎(chǔ)，進(jìn)行軟件封裝，為整個裝置提供定毫秒級的軟件定時器服務(wù)，所述軟件定時器支持阻塞及非阻塞定時、支持回調(diào)函數(shù)；

周期性的去采集dc24v輸出電壓、dc降壓模塊一、電池模塊的輸出電壓，并把采集到的量化值轉(zhuǎn)換成電壓值；

提供電池充放電幅度管理、電池狀態(tài)管理，電量百分比查詢；

根據(jù)所述電壓采集單元采集到的數(shù)據(jù)，做出判斷，并通過i/o口實現(xiàn)功能控制；其中，所述狀態(tài)邏輯控制單元設(shè)置1個強制關(guān)機(jī)定時器，所述強制關(guān)機(jī)定時器用于設(shè)置電池單獨供電時間；所述強制關(guān)機(jī)定時器根據(jù)外部12v電壓當(dāng)前情況，在外部供電狀態(tài)power_ext、電池供電狀態(tài)power_bat、不供電狀態(tài)power_off，這三種狀態(tài)下選擇一種狀態(tài)跳轉(zhuǎn)：當(dāng)檢測到外部12v電壓正常時，所述強制關(guān)機(jī)定時器循環(huán)判斷與軌道交通多媒體工控機(jī)的視頻監(jiān)控軟件通信是否正常，以心跳消息維持為標(biāo)準(zhǔn)，若心跳超時，則說明作為下位機(jī)的工控機(jī)智能電源管理裝置與作為上位機(jī)的軌道交通多媒體工控機(jī)通信異常，所述狀態(tài)邏輯控制單元的底層軟件設(shè)置主機(jī)重啟定時器，且在定時器定時范圍內(nèi)，若心跳恢復(fù)，則取消重啟定時器，系統(tǒng)正常運行，若心跳未恢復(fù)，則等待主機(jī)重啟；當(dāng)檢測到外部12v掉電時，底層軟件首先判斷主機(jī)是否發(fā)出關(guān)機(jī)命令：一、若主機(jī)發(fā)出關(guān)機(jī)指令，表示上位機(jī)軟件收到底層發(fā)送的外部掉電信息，則進(jìn)入電池供電狀態(tài)power_bat，等待主機(jī)關(guān)機(jī)定時器hostshutdown_timer溢出回調(diào)，然后進(jìn)入不供電狀態(tài)power_off，此后若外部12v正常，則主機(jī)能重新啟動；二、若主機(jī)沒有發(fā)出關(guān)機(jī)指令，表示非正常情況，則設(shè)置電池單獨供電時間，開啟底層軟件關(guān)機(jī)定時器softshutdown_timer，并進(jìn)入電池供電狀態(tài)power_bat，等待軟件關(guān)機(jī)定時器softshutdown_timer溢出回調(diào)，最后進(jìn)入不供電狀態(tài)power_off；

提供消息的解析、處理及發(fā)送。

本發(fā)明的工控機(jī)智能電源采用半磚模塊設(shè)計有效的濾波保護(hù)電路，由電源載板和背板構(gòu)成，由專用mcu完成復(fù)雜控制步驟，可有效降低電源故障率，在散熱方面也做了特殊處理，且維護(hù)方面，最重要的是解決了外部電源斷電時鋰電池不能及時供電及外部恢復(fù)供電主機(jī)不能自動重啟的問題，滿足了軌道交通領(lǐng)域的復(fù)雜需求，且成本低廉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工控機(jī)智能電源硬件結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明的工控機(jī)智能電源固件主邏輯框圖；

圖3為本發(fā)明的工控機(jī)智能電源固件狀態(tài)邏輯控制框圖；

圖4為本發(fā)明的工控機(jī)智能電源固件通訊處理單元流程框圖；

附圖中標(biāo)記為：1為dc110v輸入電路，2為前級濾波保護(hù)電路，3為降壓模塊，4為后級濾波保護(hù)電路一，5為dc24v輸出電路，6為后級濾波保護(hù)電路如圖，7為充電管理電路，8為dc降壓模塊一，9為dc降壓模塊二，10為電池模塊，11為mcu控制模塊，12為主機(jī)(即負(fù)載模塊)。

具體實施方式

下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。

如圖1至圖4所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖及固件工作流程圖，為一種工控機(jī)智能電源及其電源管理方法，用于軌道交通車載多媒體控制主機(jī)供電，其支持外部供電與電池供電兩種方式，在提供了可靠穩(wěn)定電源的同時又滿足了多媒體工控主機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的供電需求，如當(dāng)外部供電斷電時可自動切換至電池供電三分鐘，以避免突然斷電多媒體工控主機(jī)來不及完成存儲、關(guān)閉應(yīng)用程序及正常關(guān)機(jī)等步驟，另一方面在外部突然斷電，自動切換至電池供電完成存儲及正常關(guān)機(jī)過程中，外部供電恢復(fù)，此時無需人工干預(yù)操作，在完成此次關(guān)機(jī)進(jìn)程后，多媒體工控主機(jī)可自動開機(jī)，滿足了軌道交通領(lǐng)域復(fù)雜環(huán)境下的需求。

如圖1所示，本發(fā)明所提供的一種工控機(jī)智能電源包括dc110v輸入電路1，前級濾波保護(hù)電路2，降壓模塊3，后級濾波保護(hù)電路一4，dc24v輸出電路5，后級濾波保護(hù)電路二6，充電管理電路7，dc降壓模塊一8，dc降壓模塊二9，電池模塊10，mcu控制模塊11。

dc110v輸入電路1：輸入直流110v電源，輸入電壓范圍為dc77v-dc143v。

前級濾波保護(hù)電路2：具有浪涌保護(hù)及濾除高頻噪聲。

降壓模塊3：將輸入電壓dc110v降至dc24v輸出。

后級濾波保護(hù)電路一4：起去耦濾波作用。

dc24v輸出電路5：輸出dc24v電壓。

后級濾波保護(hù)電路二6：對電源載板輸出dc24v電壓進(jìn)行浪涌保護(hù)、限流保護(hù)及濾波處理。

充電管理電路7：對鋰電池進(jìn)行充放電管理。

dc降壓模塊一8：將電源載板輸出dc24v電壓降壓為一路dc12v輸出。

dc降壓模塊二9：將電源載板輸出dc24v電壓降壓為另一路dc12v輸出。

電池模塊10：起充電電源作用，在外部電源斷電情況下及時為主機(jī)12及mcu控制模塊11供電。

mcu控制模塊11：監(jiān)測、管理電源模塊10的供電情況，并與主機(jī)12進(jìn)行通訊，實時報告電源供電狀態(tài)并做出相應(yīng)動作。

dc110v輸入電路1與前級濾波保護(hù)電路2相連，前級濾波保護(hù)電路2與降壓模塊3相連，降壓模塊3與后級濾波保護(hù)電路一4相連，后級濾波保護(hù)電路一4與dc24v輸出電路5相連，dc24v輸出電路5與濾波保護(hù)電路6相連，后級濾波保護(hù)電路二6與充電管理電路7、dc降壓模塊一8、dc降壓模塊二9相連，充電管理電路7與后級濾波保護(hù)電路二6、電池模塊10、mcu控制模塊11相連，所述的mcu控制模塊11與電池模塊10、充電管理電路7、dc降壓模塊一8相連。dc110v輸入電路1、前級濾波保護(hù)電路2、降壓模塊3、后級濾波保護(hù)電路一4、dc24v輸出電路5分布于電源載板；濾波保護(hù)電路二6、充電管理電路7、dc降壓模塊一8、dc降壓模塊二9、電池模塊10、mcu控制模塊11分布于電源背板。

dc110v輸入電路1與前級濾波保護(hù)電路2由wago連接器、壓敏電阻、空氣放電管、二極管、共模電感、電容等組成與降壓模塊3的vin連接，其主要功能是完成dc77v-dc143v寬電壓的輸入及浪涌保護(hù)、濾除高頻噪聲等。

降壓模塊3選用行業(yè)專用的dc/dc半磚電源降壓模塊，支持直流電壓寬壓輸入，通過vin與前級濾波保護(hù)電路2、vout口與后級濾波保護(hù)電路一4相連，其主要功能是將dc77v-dc143v電壓降壓為dc24v電壓。

后級濾波保護(hù)電路一4與dc24v輸出電路5主要由共模電感、壓敏電阻、電解電容、電感、電容等組成，與降壓模塊3的vout口相連，其主要功能是輸出dc24v電壓，并對輸出電壓進(jìn)行浪涌保護(hù)、限流保護(hù)及濾波處理。

濾波保護(hù)電路二6主要由自恢復(fù)保險絲、二極管、電解電容及ad采樣電路構(gòu)成，與載板部分所述的后級濾波保護(hù)電路一4及背板部分所述的充電管理電路7、dc降壓模塊一8、dc降壓模塊二9相連，其主要功能是對電源載板輸出dc24v電壓進(jìn)行浪涌保護(hù)、限流保護(hù)及濾波處理。

充電管理電路7選用cn3703，cn3703的vcc與dc降壓模塊一8相連，cn3703的bat、csp與電池模塊10相連，cn3703的chrg#、done#、temp與mcu控制模塊11相連，cn3703是pwm降壓模式三節(jié)鋰電池充電管理集成電路，獨立對三節(jié)鋰電池充電進(jìn)行自動管理，具有封裝外形小，外圍元器件少和使用簡單等優(yōu)點。cn3703具有恒流和恒壓充電模式，非常適合鋰電池的充電。在恒壓充電模式，cn3703將電池電壓調(diào)制在12.6v，精度為±1％；在恒流充電模式，充電電流可通過一個外部電阻設(shè)置。

dc降壓模塊一8、dc降壓模塊二9主要由lm25117及其外圍電路構(gòu)成，其主要功能是完成dc24v電壓至dc12v電壓的轉(zhuǎn)換。

電池模塊10選用格氏鋰電池，規(guī)格型號為3300mah-25c，其主要功能是在外部電源斷電情況下及時為負(fù)載及mcu控制模塊11供電。

mcu控制模塊11選用efm8bb21f16g-b，其主要功能是監(jiān)測、管理電源模塊的供電情況，并與供電對象進(jìn)行通訊，實時報告電源供電狀態(tài)，做出相應(yīng)動作。具體是對dc24v電壓、輸出dc12v電壓、電池電壓進(jìn)行ad采樣，根據(jù)采集到的電壓狀態(tài)，做出判斷如外部有效供電的判斷、電池電壓判斷、電池充電判斷，并通過i/o口實現(xiàn)特定的功能控制，如供電切換等；mcu將周期性的嘗試與主機(jī)建立通訊，在通訊連接建立后，mcu與通訊對象之間使用周期性的心跳消息判斷彼此的在線狀態(tài)，并做出適當(dāng)動作，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行或關(guān)閉。

本發(fā)明的工控機(jī)智能電源的工控機(jī)智能電源管理裝置，其主邏輯流程框圖如圖2所示，主要功能單元有定時事件處理單元、電壓采集單元、電池充電單元、狀態(tài)邏輯控制單元、通訊處理單元；圖3所示為狀態(tài)邏輯控制單元流程圖，具體工作過程下文闡述；圖4所示為通訊處理單元流程圖，具體工作過程下文闡述。

如圖2同時也是本發(fā)明一種工控機(jī)智能電源管理方法的主邏輯流程框圖，主要功能單元有定時事件處理單元、電壓采集單元、電池充電單元、狀態(tài)邏輯控制單元、通訊處理單元。

定時事件處理單元以mcu模塊11一個片上物理定時器為基礎(chǔ)，進(jìn)行軟件封裝，為整個系統(tǒng)提供定ms級的軟件定時器服務(wù)。軟件定時器支持阻塞及非阻塞定時、支持回調(diào)函數(shù)。

電壓采集單元會周期性的去采集dc24v輸出電壓、dc降壓模塊一8輸出的dc12v電壓、所述的電池模塊10輸出電壓，并把采集到的量化值轉(zhuǎn)換成電壓值。為確保采集的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，在一個采集周期內(nèi)，電壓采集單元將對每個點進(jìn)行連續(xù)性的多次采集，在轉(zhuǎn)換之前，采用適當(dāng)?shù)臑V波算法進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)前固件版本采用2種濾波算法：限幅濾波法和算術(shù)平均濾波法，這兩種算法的相關(guān)參數(shù)以宏的形式給出，可以根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

電池充電單元提供電池充放電幅度管理、電池狀態(tài)管理，電量百分比查詢。為克服外部突然掉電，鋰電池電壓切換不及時的問題，硬件上采用外部供電和鋰電池同時供電的策略。同時，為了在系統(tǒng)正常運行時優(yōu)先使用外部12v電壓，需要對鋰電池充放電幅度進(jìn)行限制。底層軟件中設(shè)置充、放電幅度分別是充電11.9v、放電11.7v。具體邏輯是當(dāng)外部12v掉電時，禁止電池充電；當(dāng)外部12v電壓正常時，若電池電壓高于11.9v，則禁止充電；若電池電壓低于11.7v，則使能充電。因此，電池電壓只有低于11.7v時系統(tǒng)才為其充電，這樣可避免鋰電池的重復(fù)充電。

狀態(tài)邏輯控制單元根據(jù)采集到的電壓狀態(tài)，做出判斷，并通過i/o口實現(xiàn)特定的功能控制，如供電切換等。在此過程中會存在一些邏輯bug，如在power_off狀態(tài)下(pwrok禁止、pwesw禁止)，若mcu發(fā)生跑飛、異常等引起的復(fù)位狀況，可能會導(dǎo)致主機(jī)在沒有外電源的情況下出現(xiàn)重啟；若上、下位機(jī)串口連接失敗，則底層軟件無法進(jìn)入power_off狀態(tài),此時多媒體工控主機(jī)會一直帶電(外部或電池供電)。若操作系統(tǒng)崩潰，主機(jī)將無法正常關(guān)機(jī)，直到電池完全放電。

為解決上述問題，在狀態(tài)邏輯控制單元額外增加1個強制關(guān)機(jī)定時器，用于設(shè)置電池單獨供電時間。具體流程圖如圖3所示，底層軟件根據(jù)外部12v電壓情況，在外部供電power_ext、電池供電power_bat、不供電power_off三種狀態(tài)下跳轉(zhuǎn)。當(dāng)檢測到外部12v電壓正常時，底層軟件循環(huán)判斷與視頻監(jiān)控軟件通信是否正常(以心跳消息維持)。若心跳超時，則說明上下位機(jī)通信異常，底層軟件設(shè)置主機(jī)重啟定時器。在定時器定時范圍內(nèi)，若心跳恢復(fù)，則取消重啟定時器，系統(tǒng)正常運行；若心跳未恢復(fù)，則等待主機(jī)重啟。主機(jī)死機(jī)有多種原因，這里以心跳消息是否超時來模擬主機(jī)死機(jī)的一種情況，當(dāng)檢測到外部12v掉電時，底層軟件首先判斷主機(jī)是否發(fā)出關(guān)機(jī)命令：(1)若主機(jī)發(fā)出關(guān)機(jī)指令(表示上位機(jī)軟件收到底層發(fā)送的外部掉電信息)，則進(jìn)入power_bat狀態(tài)，等待主機(jī)關(guān)機(jī)定時器hostshutdown_timer溢出回調(diào)，然后進(jìn)入power_off狀態(tài)，此后若外部12v正常，則主機(jī)可重新啟動。(2)若主機(jī)沒有發(fā)出關(guān)機(jī)指令(非正常情況)，則設(shè)置電池單獨供電時間，開啟底層軟件關(guān)機(jī)定時器softshutdown_timer，并進(jìn)入power_bat狀態(tài)，等待軟件關(guān)機(jī)定時器softshutdown_timer溢出回調(diào)，最后進(jìn)入power_off狀態(tài)。綜上，外部12v掉電時，底層軟件最終會處于power_off狀態(tài)。這樣既解決了主機(jī)無法正常關(guān)機(jī)，同時修復(fù)mcu因跑飛引起的主機(jī)重啟問題。通訊處理單元，提供消息的解析、處理及發(fā)送。

mp通訊層與地層物理層是低耦合的，可以很容易通過設(shè)置改變地層的物理通訊介質(zhì)。目前硬件采用uart作為通訊介質(zhì)，圖4為通訊處理單元工作流程圖，系統(tǒng)上電后，底層軟件以固定周期(5s)發(fā)送連接請求，并等主機(jī)應(yīng)答，若收到應(yīng)答，則表示握手成功，通訊建立。隨后，上、下位機(jī)定時(4s)相互發(fā)送心跳消息，并以此維持連接；若心跳超時，斷開通訊。底層軟件實時采集外部12v電壓值，若檢測到外部掉電，則主動上報外部電壓錯誤信息至上位機(jī)(以mesg_ack_timeout為周期，連續(xù)發(fā)送max_mesg_try_count次)。上位機(jī)收到斷電信息后，立即發(fā)出關(guān)機(jī)命令，并給出電池持續(xù)供電時間(用于主機(jī)關(guān)機(jī))；底層軟件收到關(guān)機(jī)命令后，斷開通信連接，啟動關(guān)機(jī)定時器，并等待定時溢出回調(diào)，然后，底層軟件關(guān)閉電池供電開關(guān)，最后進(jìn)入power_off狀態(tài)。此后，若檢測到外部12v電壓恢復(fù)，則主機(jī)重啟。以上為本發(fā)明一種工控機(jī)智能電源及其電源管理方法。

綜上所述，首先本發(fā)明一種工控機(jī)智能電源由電源載板、背板及鋰電池組成，采用模塊化可插拔設(shè)計，維護(hù)拆卸方面，具有良好的散熱效果；其次將mcu用于外部電源與電池供電切換控制中，有效的解決了外部電源斷電時主機(jī)不能及時完成存儲及關(guān)閉應(yīng)用程序、正常關(guān)機(jī)等問題；第三，本發(fā)明工控機(jī)智能電源另一獨特優(yōu)勢即若發(fā)生外部異常斷電時可及時切換至電池供電使主機(jī)可在三分鐘內(nèi)完成存儲、關(guān)閉應(yīng)用程序及正常關(guān)機(jī)等操作步驟，若三分鐘之內(nèi)外部供電恢復(fù)正常，在主機(jī)完成此次關(guān)機(jī)進(jìn)程后，無需人工操作可自動正常開機(jī)，滿足了復(fù)雜的軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用；最后本發(fā)明一種工控機(jī)智能電源成本低廉，使用方面，已經(jīng)量產(chǎn)，具有很好的市場前景。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。