一种掉电保护电路及机器人控制系统的制作方法

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种掉电保护电路及机器人控制系统。

背景技术：

目前机器人控制系统通常采用交流电压电源进行供电。然而，在交流电源突然掉电的情况下，机器人控制系统来不及做出反应，从而造成数据的丢失或服务的中断，这样不仅会影响机器人控制系统的可靠性，甚至会造成机器人控制系统器件的永久性损坏。因此，越来越多的机器人控制系统要求能够提供具有及时确定交流电压电源是否掉电的功能的掉电保护电路，以使机器人控制系统对掉电做出相应的反应动作。因此，如何设置掉电保护电路，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种掉电保护电路及机器人控制系统，用于在外接的交流电压电源掉电时，可以及时确定交流电压电源掉电，以使机器人控制系统对掉电做出相应的反应动作。

因此，本发明实施例提供了一种掉电保护电路，包括：

分压单元，用于将直流供电电源端的电压进行分压后输出分压电压；其中，所述直流供电电源端的电压由交流电源端的电压转换得到；

开关控制单元，用于接收所述分压电压，并根据所述分压电压与阈值电压的大小关系，输出不同的检测信号；

直流-直流转换单元，用于将所述直流供电电源端的电压进行转换后输出工作电压；

掉电供电单元，用于在所述直流-直流转换单元输出所述工作电压时，根据所述工作电压充电，在所述直流-直流转换单元无工作电压输出时放电，为控制处理单元供电；

所述控制处理单元，用于接收所述不同的检测信号，根据所述不同的检测信号确定所述交流电源端是否掉电，并在确定所述交流电源端掉电时，通过所述掉电供电单元供电。

可选地，在本发明实施例中，所述分压单元包括：第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端与所述直流供电电源端电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第二端以及所述开关控制单元电连接，用于输出所述分压电压；

所述第二电阻的第二端与接地端电连接。

可选地，在本发明实施例中，所述开关控制单元具体用于在所述分压电压不小于阈值电压时，输出第一电平的检测信号，在所述分压电压小于所述阈值电压时，输出第二电平的检测信号；

所述控制处理单元具体用于在所述检测信号为第一电平时，确定所述交流电源端掉电；在所述检测信号为第二电平时，确定所述交流电源端未掉电。

可选地，在本发明实施例中，所述开关控制单元包括：第三电阻、第四电阻、稳压芯片以及光耦；

所述第三电阻的第一端与所述直流供电电源端电连接，所述第三电阻的第二端与所述光耦的第一端电连接；

所述光耦的第二端与所述稳压芯片的负极端电连接，所述光耦的第三端与接地端电连接，所述光耦的第四端与所述控制处理单元电连接，用于输出所述检测信号；

所述稳压芯片的正极端与接地端电连接，所述稳压芯片的控制端与所述分压单元电连接，用于接收所述分压电压，所述稳压芯片的负极端与所述光耦的第二端电连接；

所述第四电阻的第一端与所述直流-直流转换单元电连接，用于接收所述工作电压，所述第四电阻的第二端与所述光耦的第四端电连接。

可选地，在本发明实施例中，所述开关控制单元还包括：电连接于所述光耦的第一端与第二端之间的第五电阻。

可选地，在本发明实施例中，所述开关控制单元还包括：第六电阻和滤波电容；

所述光耦的第四端通过所述第六电阻与所述控制处理单元电连接；

所述滤波电容的第一端电连接于所述第六电阻与所述控制处理单元之间，所述滤波电容的第二端与所述接地端电连接。

可选地，在本发明实施例中，所述掉电供电单元包括：第七电阻和储能电容；

所述第七电阻的第一端与所述直流-直流转换单元电连接，用于接收所述工作电压，所述第七电阻的第二端分别与所述储能电容的第一端以及所述控制处理单元电连接；

所述储能电容的第二端与接地端电连接。

可选地，在本发明实施例中，所述直流-直流转换单元包括：直流-直流转换电路。

可选地，在本发明实施例中，所述控制处理单元包括：处理器。

可选地，在本发明实施例中，所述控制处理单元还包括：随机存取存储器和磁性随机存储器；

所述处理器还用于在确定所述交流电源端掉电时，将所述磁性随机存储器中的原始数据文件由第一名称重命名为第二名称；在所述磁性随机存储器中创建具有所述第一名称的新文件；将所述随机存取存储器中的当前数据备份至所述新文件中。

可选地，在本发明实施例中，所述处理器还用于在确定所述交流电源端掉电时，开始计数并记录计数值；

在所述交流电源端重新上电时，读取所述计数值；

判断所述计数值是否不小于计数值阈值；

若是，在确定所述磁性随机存储器中具有所述新文件时，将重命名为所述第二名称的原始数据文件删除，并将所述新文件拷贝至所述随机存取存储器中后，根据所述随机存取存储器中的新文件进行运行；

若否，将所述磁性随机存储器中重命名为所述第二名称的原始数据文件再次重命名为第一名称后拷贝至所述随机存取存储器中，根据拷贝至所述随机存取存储器中的文件进行运行。

可选地，在本发明实施例中，所述掉电保护电路还包括：交流-直流开关电源，用于将所述交流电源端的电压转换为直流电压后提供给所述直流供电电源端。

相应地，本发明实施例还提供了一种机器人控制系统，包括：本发明实施例提供的掉电保护电路。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的掉电保护电路及机器人控制系统，包括：分压单元、开关控制单元、直流-直流转换单元、掉电供电单元以及控制处理单元；其中，可以通过分压单元将直流供电电源端的电压进行分压后输出分压电压；其中，直流供电电源端的电压由交流电源端的电压转换得到；通过开关控制单元接收分压电压，根据分压电压与阈值电压的大小关系，输出不同的检测信号；通过直流-直流转换单元将直流供电电源端的电压进行转换后输出工作电压；通过掉电供电单元在直流-直流转换单元输出工作电压时，根据工作电压充电，在直流-直流转换单元无工作电压输出时放电，为控制处理单元供电；以及通过控制处理单元接收不同的检测信号，并根据不同的检测信号确定交流电源端是否掉电，这样可以及时确定交流电源端是否掉电，从而在确定交流电源端掉电时，通过掉电供电单元及时供电，从而可以及时对数据进行备份，提高系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的掉电保护电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的掉电保护电路的具体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明实施例提供的掉电保护电路及机器人控制系统的具体实施方式进行详细地说明。应当理解，下面所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，附图中各图形不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

一般机器人控制系统采用市电的交流电源端的交流电压(例如220v)供电。具体地，先通过交流-直流(alternatingcurrent-directcurrent，ac-dc)开关电源将交流电压(220v)转换为直流电压(例如24v)以作为直流供电电压，向机器人控制系统中的器件(例如控制系统)供电。然而控制系统中的器件所需的电压可能会比工作电压小，因此还会设置直流-直流(directcurrent-directcurrent，dc-dc)转换电路将直流供电电压转换为工作电压(例如5v)，以向处理器中的器件供电。

然而，在异常情况下，交流电源端的交流电压(例如220v)掉电后，ac-dc开关电源转换成的直流电压(例如24v)也会快速跌落(例如在20ms内可从24v变为0v)，从而导致dc-dc转换电路输出的工作电压也会快速跌落到控制系统非正常工作电压，此过程可能为几十毫秒的时间。但控制系统在交流电源端的交流电压掉电时，需要几百毫秒的时间进行当前工作数据的备份。因此需要设置掉电保护电路，以及时确定交流电源端的交流电压掉电，从而可以及时将数据备份。

基于此，本发明实施例提供了一种掉电保护电路，如图1所示，可以包括：

分压单元10，用于将直流供电电源端vdc的电压进行分压后输出分压电压；其中，直流供电电源端vdc的电压由交流电源端的电压转换得到；

开关控制单元20，用于接收分压电压，并根据分压电压与阈值电压的大小关系，输出不同的检测信号；

直流-直流转换单元30，用于将直流供电电源端vdc的电压进行转换后输出工作电压；

掉电供电单元40，用于在直流-直流转换单元30输出工作电压时，根据工作电压充电，在直流-直流转换单元30无工作电压输出时放电，以为控制处理单元50供电；

控制处理单元50，用于接收不同的检测信号，根据不同的检测信号确定交流电源端是否掉电，并在确定交流电源端掉电时，通过掉电供电单元40供电。

本发明实施例提供的掉电保护电路，包括：分压单元、开关控制单元、直流-直流转换单元、掉电供电单元以及控制处理单元；其中，可以通过分压单元将直流供电电源端的电压进行分压后输出分压电压；其中，直流供电电源端的电压由交流电源端的电压转换得到；通过开关控制单元接收分压电压，根据分压电压与阈值电压的大小关系，输出不同的检测信号；通过直流-直流转换单元将直流供电电源端的电压进行转换后输出工作电压；通过掉电供电单元在直流-直流转换单元输出工作电压时，根据工作电压充电，在直流-直流转换单元无工作电压输出时放电，为控制处理单元供电；以及通过控制处理单元接收不同的检测信号，并根据不同的检测信号确定交流电源端是否掉电，这样可以及时确定交流电源端是否掉电，从而在确定交流电源端掉电时，通过掉电供电单元及时供电，从而可以及时对数据进行备份，提高系统的可靠性。

在具体实施时，开关控制单元可以具体用于在分压电压不小于阈值电压时，输出第一电平的检测信号，在分压电压小于阈值电压时，输出第二电平的检测信号。

控制处理单元可以具体用于在检测信号为第一电平时，确定交流电源端掉电；在检测信号为第二电平时，确定交流电源端未掉电。这样在检测信号为第二电平时，可以确定直流供电电源端未掉电，从而可以确定交流电源端未掉电；在检测信号为第一电平时，可以确定直流供电电源端掉电，从而可以确定交流电源端掉电，进而可以及时确定交流电源端掉电，进而可以及时对数据进行备份，提高系统的可靠性。

下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。需要说明的是，本实施例是为了更好的解释本发明，但不限制本发明。

在具体实施时，如图2所示，掉电保护电路还可以包括：交流-直流开关电源，即ac-dc开关电源，用于将交流电源端vac的电压转换为直流电压后提供给直流供电电源端vdc。例如将交流电源端vac的电压220v转换为24v的直流电压，并提供给直流供电电源端vdc。在实际应用中，该ac-dc开关电源可以与现有技术中的电路的结构基本相同，为本领域的普通技术人员应该理解的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。

在具体实施时，如图2所示，直流-直流转换单元30可以包括：直流-直流转换电路，即dc-dc转换电路。其中，dc-dc转换电路为宽动态输入电源，即dc-dc转换电路在输入的直流电压范围为18v～36v时都可以正常工作，从而可以将输入的直流电压转换为24v的直流电压并输出。并且，dc-dc转换电路还用于向控制处理单元中的处理器供电。在实际应用中，该dc-dc转换电路可以与现有技术中的电路的结构基本相同，为本领域的普通技术人员应该理解的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。

在具体实施时，如图2所示，分压单元10可以包括：第一电阻r1和第二电阻r2；其中，第一电阻r1的第一端与直流供电电源端vdc电连接，第一电阻r1的第二端分别与第二电阻r2的第二端以及开关控制单元20电连接，用于输出分压电压；第二电阻r2的第二端与接地端gnd电连接。具体地，分压电压vf可以满足公式：其中，vdc代表直流供电电源端vdc的电压，r1代表第一电阻r1的电阻值，r2代表第二电阻r2的电阻值。

在具体实施时，如图2所示，开关控制单元20可以包括：第三电阻r3、第四电阻r4、稳压芯片u1以及光耦u2；其中，第三电阻r3的第一端与直流供电电源端vdc电连接，第三电阻r3的第二端与光耦u2的第一端电连接。光耦u2的第二端与稳压芯片u1的负极端电连接，光耦u2的第三端与接地端gnd电连接，光耦u2的第四端与控制处理单元50电连接，用于输出检测信号。稳压芯片u1的正极端与接地端gnd电连接，稳压芯片u1的控制端与分压单元10电连接，用于接收分压电压。稳压芯片u1的负极端与光耦u2的第二端电连接，用于控制光耦u2输入侧的电压信号。第四电阻r4的第一端与直流-直流转换单元30电连接，用于接收工作电压，第四电阻r4的第二端与光耦u2的第四端电连接。

具体地，光耦u2内部具有发光二极管和光敏三极管；其中，该发光二极管的正极作为光耦u2的第一端，该发光二极管的负极作为光耦u2的第二端，该光敏二极管的集电极作为光耦u2的第四端，该光敏二极管的发射极作为光耦u2的第三端。在实际应用中，光耦u2可以与现有技术中的电路的结构基本相同，为本领域的普通技术人员应该理解的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。

在实际应用中，稳压芯片具有两种工作状态。其中，一种为截止状态：稳压芯片在其控制端的电压小于其参考电压vref时，可以使其负极端和正极端断开。此时稳压芯片u1相当于一个无穷大电阻，此时，使得光耦u2的第二端与直流供电电源端vdc相连，总是高电平，而光耦u2的第一端也是高电平，从而导致光耦u2无法导通。另一种为导通状态：稳压芯片u1在其控制端的电压不小于其参考电压vref时，可以使其负极端和正极端导通。此时稳压芯片u1相当于一个0欧电阻，此时，光耦u2的第二端与接地端gnd相连，总是低电平，而光耦u2的第一端为高电平，从而使得光耦u2可以导通。其中，稳压芯片的参考电压属于稳压芯片的固有属性，其可以根据稳压芯片的选型而定，例如稳压芯片可以确定为参考电压为2.5v的稳压芯片，在此不作限定。下面以vdc＝24v，vref＝2.5v为例，在交流电源端掉电时，vdc会降低，在vdc降低至20v时，dc-dc转换电路仍可以正常工作，并且，通过第一电阻r1和第二电阻r2进行分压后，可以使vf＝2.5v，此时稳压芯片u1还处于导通状态。之后vdc降低至小于20v时，vf<2.5v，从而可以使稳压芯片u1断开。其中，可以根据实际应用环境来设计第一电阻r1和第二电阻r2的电阻值，在此不作限定。并且，在实际应用中，稳压芯片u1可以与现有技术中的电路的结构基本相同，为本领域的普通技术人员应该理解的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。

进一步地，第三电阻r3的主要功能为限流，因为光耦u2内部的发光二极管对电流的大小有一定的要求，这样通过第三电阻r3将电流限制在光耦u2内部的发光二极管的工作范围内，以提高光耦u2的稳定性。并且，可以通过设置第三电阻r3的电阻值以使电流限制在5ma。当然，在实际应用中，不同的光耦u2要求的电流的大小不同，因此第三电阻r3的电阻值可以根据实际应用环境来设计确定，在此不作限定。

进一步地，如图2所示，开关控制单元20还可以包括：电连接于光耦u2的第一端与第二端之间的第五电阻r5。由于光耦的导通电流较小，ma级的电流即可使光耦导通，这样通过设置第五电阻r5可以避免尖峰信号使得光耦u2被动导通，从而可以保护光耦，防止光耦误导通，提高掉电保护电路的抗干扰性。

在具体实施时，如图2所示，开关控制单元20还可以包括：第六电阻r6和滤波电容c1；其中，光耦u2的第四端通过第六电阻r6与控制处理单元50电连接。滤波电容c1的第一端电连接于第六电阻r6与控制处理单元50之间，滤波电容c1的第二端与接地端gnd电连接。这样可以使第六电阻r6和滤波电容c1构成低通滤波器，以提高掉电保护电路的抗噪能力。

在具体实施时，如图2所示，掉电供电单元40可以包括：第七电阻r7和储能电容c2；其中，第七电阻r7的第一端与直流-直流转换单元30电连接，用于接收工作电压，第七电阻r7的第二端分别与储能电容c2的第一端以及控制处理单元50电连接；储能电容c2的第二端与接地端gnd电连接。具体地，在直流-直流转换单元30中的dc-dc转换电路输出工作电压时，储能电容c2进行充电，并且该工作电压还用于为控制处理单元50供电。在交流电源端掉电后，直流供电电源端的电压降低，在dc-dc转换电路不再输出工作电压时，储能电容c2进行充电，以为控制处理单元50供电。并且，通过设置第七电阻r7，可以降低dc-dc转换电路后的容性负载，提升储能电容c2负载端的工作电压及电流。

在具体实施时，控制处理单元可以为结合软件和硬件方面的实施例的形式，具体地，如图2所示，控制处理单元可以包括：处理器。

进一步地，为了在交流电源端掉电后，可以进行数据备份，在具体实施时，控制处理单元还包括：随机存取存储器和磁性随机存储器(magneticrandomaccessmemory，mram)。处理器还用于在确定交流电源端掉电时，将磁性随机存储器中的原始数据文件由第一名称重命名为第二名称；在磁性随机存储器中创建具有第一名称的新文件；将随机存取存储器中的当前数据备份至该新文件中。

在具体实施时，随机存取存储器可以包括：动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，dram)。当然，随机存取存储器也可以包括：静态随机存取存储器、类静态随机存取存储器、类动态随机存储器等，在此不作限定。

在具体实施时，在确定交流电源端掉电时，将磁性随机存储器中的原始数据文件由第一名称重命名为第二名称，可以具体为：处理器将mram中正常工作的原始数据文件，如src2.bin文件重新命名为src2.bin_org文件。

在具体实施时，在磁性随机存储器中创建具有第一名称的新文件；将随机存取存储器中的当前数据备份至该新文件中。可以具体为：处理器在将src2.bin文件重新命名为src2.bin_org后，在mram中创建src2.bin新文件，之后将dram中的正常工作的当前数据备份至该src2.bin新文件中，从而实现数据备份功能。

进一步地，为了在交流电源端重新上电后，可以使处理器恢复数据以正常运行，在具体实施时，处理器还用于在确定交流电源端掉电时，开始计数并记录计数值。具体地，处理器中设置有1ms计时器，可以通过1ms计时器进行计数并累加后得到计数值，将该计数值存储于mram中。并在计数的过程中，将mram中正常工作的原始数据文件，如src2.bin文件重新命名为src2.bin_org文件。

处理器还用于在交流电源端重新上电时，读取计数值；判断计数值是否不小于计数值阈值；若是，在确定磁性随机存储器中具有新文件时，将重命名为第二名称的原始数据文件删除，并将新文件拷贝至随机存取存储器中后，根据随机存取存储器中的新文件进行运行；若否，将磁性随机存储器中重命名为第二名称的原始数据文件再次重命名为第一名称后拷贝至随机存取存储器中，根据拷贝至随机存取存储器中的文件进行运行。其中，可能由于掉电供电单元中储能电容已到寿命或者损坏，就很有可能导致计数值变小；或者为处理器供电的电压在正常工作电压附近波动时会导致数据写入错误，因此可以根据经验来确定计数值阈值，例如可以通过多次试验来确定，以在计数值不小于计数值阈值时，可以确定处理器写入的数据正常，在计数值小于计数值阈值时，可以确定处理器写入的数据异常。这样在判断计数值不小于计数值阈值时，可以确定处理器备份至mram中的src2.bin新文件中的数据正常，从而可以使处理器在确定mram中具有src2.bin新文件时，可以将mram中的src2.bin_org文件删除，并将该src2.bin新文件拷贝至dram中，之后，根据dram中的src2.bin新文件进行运行，以使处理器将掉电前的数据进行恢复后正常运行，进而控制机器人控制系统正常运行。在判断计数值小于计数值阈值时，可以确定处理器备份至mram中的src2.bin新文件中的数据异常，从而可以将mram中的src2.bin_org文件再次重命名为src2.bin文件，并将该重命名的src2.bin文件拷贝至dram中，之后，根据拷贝至dram中的src2.bin文件进行运行，以使处理器正常运行，进而控制机器人控制系统正常运行。

下面以图2所示的结构为例，对本发明实施例提供的掉电保护电路的工作过程进行说明。

在交流电源端vac未掉电时，交流-直流开关电源正常工作使vdc＝24v，这样使得vf>2.5v，稳压芯片u1导通，则导致光耦u2导通，使得检测信号的电平被接地端gnd拉低近似为0v，即第二电平为低电平。处理器在确定检测信号的电平为低电平时，可以确定交流电源端vac未掉电。并且，储能电容c2充电。

在交流电源端vac掉电时，交流-直流开关电源输出的电压vdc逐渐下降，在vdc降低到小于20v时，这样使得vf<2.5v，稳压芯片u1断开，则导致光耦u2断开，然而，此时dc-dc转换电路仍可以正常工作一段时间，使得检测信号被dc-dc转换电路拉高近似为3.3v，即第一电平为高电平。处理器在确定检测信号的电平为高电平时，可以确定交流电源端vac掉电。此时可以通过储能电容c2放电，为处理器供电，从而可以使处理器进行数据备份，以使交流电源端vac再次上电后重新运行。

之后，处理器进行数据备份和重新运行，具体过程如下：

(1)处理器在确定交流电源端vac掉电时，通过1ms计时器进行计数并累加后得到计数值，将该计数值存储于mram中。并在计数的过程中，将mram中正常工作的原始数据文件，如src2.bin文件重新命名为src2.bin_org文件。

(2)处理器在mram中创建src2.bin新文件。

(3)处理器将dram中的正常工作的当前数据备份至该src2.bin新文件中，从而实现数据备份功能。

(4)处理器在交流电源端重新上电时，读取计数值。

(5)处理器判断计数值是否不小于计数值阈值。若是，则执行步骤(6)；若否，则执行步骤(7)。

(6)确定mram中具有src2.bin新文件时，可以将mram中的src2.bin_org文件删除，并将该src2.bin新文件拷贝至dram中，之后，根据dram中的src2.bin新文件，使处理器正常运行，

(7)将mram中的src2.bin_org文件再次重命名为src2.bin文件，并将该重命名的src2.bin文件拷贝至dram中，之后，根据拷贝至dram中的src2.bin文件进行运行，以使处理器正常运行，进而控制机器人控制系统正常运行。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种机器人控制系统，包括本发明实施例提供的上述掉电保护电路。对于该机器人控制系统的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。该机器人控制系统解决问题的原理与前述掉电保护电路相似，因此该机器人控制系统的实施可以参见前述掉电保护电路的实施，重复之处在此不再赘述。

本发明实施例提供的掉电保护电路及机器人控制系统，包括：分压单元、开关控制单元、直流-直流转换单元、掉电供电单元以及控制处理单元；其中，可以通过分压单元将直流供电电源端的电压进行分压后输出分压电压；其中，直流供电电源端的电压由交流电源端的电压转换得到；通过开关控制单元接收分压电压，根据分压电压与阈值电压的大小关系，输出不同的检测信号；通过直流-直流转换单元将直流供电电源端的电压进行转换后输出工作电压；通过掉电供电单元在直流-直流转换单元输出工作电压时，根据工作电压充电，在直流-直流转换单元无工作电压输出时放电，为控制处理单元供电；以及通过控制处理单元接收不同的检测信号，并根据不同的检测信号确定交流电源端是否掉电，这样可以及时确定交流电源端是否掉电，从而在确定交流电源端掉电时，通过掉电供电单元及时供电，从而可以及时对数据进行备份，提高系统的可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。