一种低功耗控制电路和智能设备

技术领域

本发明涉及低功耗电路控制技术领域，具体涉及一种低功耗控制电路和智 能设备。

背景技术

目前，在供水、供气、供热等行业内，正常情况下相关的智能设备是采用 市电进行供电的，当市电供电异常，供水、供气、供热等行业智能设备无法获 取市电供电情况下，只能用电池作为电源给智能设备供电。由于电池容量有限， 智能设备开发过程中必须采用低功耗设计原则。通常的智能设备低功耗设计方 法，首先是选用低功耗甚至超低功耗的MCU(Micro Controller Unit，微控制单 元)，加上外围电路的低功耗设计，然后配合程序设计，使智能设备在空闲时 进入休眠等低功耗工作模式。然而现有的这种设计电路尽管能达到低功耗效果， 但由于现有方案中智能设备即使在空闲时，MCU还是处于工作状态，始终存在 一定的电能消耗，导致低功耗效果不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低功耗控制 电路和智能设备，以解决现有电路设计低功耗效果不理想的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种低功耗控制电路，包括： MCU，以及，

激活模块，用于根据触发信号激活所述MCU，使所述MCU通电并启动；

控制模块，用于当所述MCU被激活后，将所述MCU与供电电池保持导通， 使所述MCU能够获得稳定的电源供应；

事务类别判断模块，用于获取测试点电平，并根据测试点电平的高低判断 待处理事务的类别，以使所述MCU执行该类别的待处理事务的处理流程；所 述测试点与所述触发信号相对应；

所述控制模块，还用于当所述MCU空闲时，切掉所述MCU的电源，使所 述MCU掉电。

可选的，所述触发信号的个数包括一个或多个，每一个触发信号对应一个 待处理事务，所述触发信号与待处理事务一一对应。

可选的，所述激活模块，包括：

与所述触发信号个数相同的触发单元；其中，所述触发单元包括：第一电 阻、第二电阻和第一耦合电容；所述第一电阻的一端接地，另一端与触发信号 并接后再与所述第一耦合电容的一端相连，所述第一耦合电容的另一端与所述 第二电阻的一端相连；

第一三极管和第二三极管；所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的基 极相连，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极通过第三电 阻与所述第二三极管的基极相连，所述第二三极管的发射极通过第四电阻连接 至所述第二三极管的基极；所述第二三极管的集电极与所述MCU的电源端相 连。

可选的，在所述第二电阻和所述第一三极管的发射极之间还设有并联连接 的第二耦合电容和第一二极管；所述第一二极管的正极接地，负极与所述第一 三极管的发射极连接；和/或，

还包括：第三耦合电容，所述第二三极管的集电极通过第三耦合电容接地。

可选的，所述事务类别判断模块，包括：

与触发信号个数相等，且与触发信号一一对应的判断子模块；

其中，所述判断子模块包括：第三三极管；

所述第三三极管的集电极与对应的触发信号相连，所述第三三极管的基极 通过第五电阻与所述MCU的控制端相连，所述第三三极管的发射极通过第六 电阻接地；所述第六电阻远离接地的一端为测试点。

可选的，所述触发信号包括：电池掉电信号，与电池掉电信号相对应的所 述判断子模块用于判断是否发生供电电池掉电；

当发生供电电池掉电时，启动备用电池进行供电，并通过所述MCU给出 相应的报警信息。

可选的，当触发信号为电池掉电信号时，与电池掉电信号相对应的所述判 断子模块还包括：第四三极管；

所述第四三极管的基极通过第七电阻与原供电电池相连，所述第四三极管 的基极还通过第八电阻接地，所述第四三极管的发射极与备用电池相连，所述 第四三极管的集电极通过第九电阻与所述第三三极管的集电极相连，所述第九 电阻与所述第三三极管的集电极之间传递的信号为触发信号。

可选的，所述触发信号包括：

卡信号，与卡信号相对应的所述判断子模块用于判断是否有对应的卡信号 到来；和/或，

采样信号，与采样信号相对应的所述判断子模块用于判断是否有对应的短 路信号到来。

本发明还提供了一种智能设备，包括：如前面任一项所述的低功耗控制电 路。

可选的，所述智能设备为信号触发型智能设备；

所述信号触发型智能设备包括：水表或燃气表。

本发明采用以上技术方案，所述一种低功耗控制电路，包括：MCU，以及， 激活模块，用于根据触发信号激活所述MCU，使所述MCU通电并启动；控制 模块，用于当所述MCU被激活后，将所述MCU与供电电池保持导通，使所述 MCU能够获得稳定的电源供应；事务类别判断模块，用于获取测试点电平，并 根据测试点电平的高低判断待处理事务的类别，以使所述MCU执行该类别的 待处理事务的处理流程；所述测试点与所述触发信号相对应；所述控制模块， 还用于当所述MCU空闲时，切掉所述MCU的电源，使所述MCU掉电。本发 明采用硬件触发的激活模块将MCU激活，使MCU通电并启动，并根据判断出 的待处理事务的类别执行相应的处理流程；当MCU空闲时，切掉MCU的电源， 从而达到超低功耗的目的。本发明所述的低功耗控制电路与传统的MCU或 CPU休眠低功耗方案的不同之处在于：传统的MCU或CPU当无业务处理时需 要进入休眠模式，该休眠模式则是靠失效MCU或CPU某些特定功能达到低功 耗的，然而MCU或CPU的电源始终存在，会有一定的电能消耗；而本发明是 当无业务处理时，MCU彻底掉电，只有激活模块存在极低功耗，该能耗低于传 统MCU或CPU在休眠模式的电能消耗，本发明所述的控制电路在无业务处理 时，能够实现超低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种低功耗控制电路一个实施例提供的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的激活模块的电路示意图；

图3是本发明一个实施例提供的事务类别判断模块的电路示意图；

图4(a)是本发明一个实施例提供的用于判断电池是否掉电的电路示意图 一；

图4(b)是本发明一个实施例提供的用于判断电池是否掉电的电路示意图 二；

图5是本发明一个实施例提供的基表脉冲采样示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方 案进行详细的描述。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 造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图1是本发明一种低功耗控制电路一个实施例提供的结构示意图。

如图1所示，本实施例所述的一种低功耗控制电路，包括：MCU1，以及，

激活模块2，用于根据触发信号激活所述MCU1，使所述MCU1通电并启 动；

控制模块3，用于当所述MCU1被激活后，将所述MCU1与供电电池保持 导通，使所述MCU1能够获得稳定的电源供应；

事务类别判断模块4，用于获取测试点电平，并根据测试点电平的高低判 断待处理事务的类别，以使所述MCU1执行该类别的待处理事务的处理流程； 所述测试点与所述触发信号相对应；

所述控制模块3，还用于当所述MCU1空闲时，切掉所述MCU1的电源， 使所述MCU1掉电。

进一步的，所述触发信号的个数包括一个或多个，每一个触发信号对应一 个待处理事务，所述触发信号与待处理事务一一对应。

进一步的，如图2所示，所述激活模块2，包括：

与所述触发信号个数相同的触发单元；其中，所述触发单元包括：第一电 阻(如R80)、第二电阻(如R84)和第一耦合电容(如C84)；所述第一电 阻的一端接地，另一端与触发信号并接后再与所述第一耦合电容的一端相连， 所述第一耦合电容的另一端与所述第二电阻的一端相连；

第一三极管V80和第二三极管T80；所述第二电阻的另一端与所述第一三 极管的基极相连，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极通 过第三电阻R91与所述第二三极管的基极相连，所述第二三极管的发射极通过 第四电阻R90连接至所述第二三极管的基极；所述第二三极管的集电极与所述 MCU的电源端相连。

进一步的，在所述第二电阻和所述第一三极管的发射极之间还设有并联连 接的第二耦合电容C71和第一二极管D4；所述第一二极管的正极接地，负极 与所述第一三极管的发射极连接；和/或，

还包括：第三耦合电容C20，所述第二三极管的集电极通过第三耦合电容 接地。

本发明实施例中的低功耗控制电路有四个(但不限于四个)触发信号分别 是KA、CAI1、CAI2、VDD1，可用于但不限于卡信号、采样信号1、采样信号 2、电池掉电信号(如电池被拔出)。例如，当有卡插入时，KA为高电平，通 过第一耦合电容C83使得在短时间内第一三极管V80导通，当第一三极管V80 导通后第二三极管T80也导通，从而使VGG与VCC5相连，VCC5为MCU电 源，从而使得MCU被激活；当MCU激活后立即拉高图2中的SD引脚从而锁 住第二三极管V80一直为导通状态，使得MCU获得稳定的VGG电源。等待 卡事务处理完后，再置低SD引脚使第二三极管V80截止，从而使VGG与VCC5 断开，最终MCU掉电。其它几个触发信号的工作原理与上文同理。

需要说明的是，SD引脚高低电平的控制是通过控制模块实现的，控制模块 可以是指MCU本身，也可以是指除MCU之外的控制模块，即SD引脚高低电 平的控制可以是由激活后的MCU控制的，也可以是由外界的控制模块来进行 控制的。

所述激活模块2的工作原理再以触发信号VDD1举例说明：VDD1如果从 低电平变为高电平，则在上升沿瞬态期间第二电阻C84可视为短路导通，然后 第一三级管V80的基极为高电平，从而第二三极管T80也导通，则VGG与VCC5 连接，VCC5则是MCU电源。

当MCU通电并启动后，需要判断触发信号是哪一个或哪几个。该判断过 程是由事务类别判断模块来实现的，如图3所示，所述事务类别判断模块4包 括：

与触发信号个数相等，且与触发信号一一对应的判断子模块41；

其中，所述判断子模块41包括：第三三极管；

所述第三三极管的集电极与对应的触发信号相连，所述第三三极管的基极 通过第五电阻与所述MCU的控制端相连，所述第三三极管的发射极通过第六 电阻接地；所述第六电阻远离接地的一端为测试点。

进一步的，当触发信号为电池掉电信号时，与电池掉电信号相对应的所述 判断子模块41还包括：第四三极管；

所述第四三极管的基极通过第七电阻与原供电电池相连，所述第四三极管 的基极还通过第八电阻接地，所述第四三极管的发射极与备用电池相连，所述 第四三极管的集电极通过第九电阻与所述第三三极管的集电极相连，所述第九 电阻与所述第三三极管的集电极之间传递的信号为触发信号。

当MCU启动后拉高XHK引脚，然后逐次判断测试点KW、CA1、CA2、 INTA引脚的电平值，如果KA(即上述的卡信号)为高电平，则KW也为高电 平，通过检测测试点KW的电平，当测试点KW的电平为高电平时，可判断出 触发信号是KA，从而得知对应的卡信号到来，然后MCU进入到执行卡处理流 程。采样信号CAI1、采样信号CAI2和电池掉电信号VDD1的判断过程同理。

需要说明的是，事务类别判断模块4可以是指MCU本身，也可以是指除 MCU之外的模块，即事务类别的判断可以是由MCU根据测试点的电平进行判 断的，也可以是由外界的模块根据测试点的电平来进行判断的，再将判断出的 事务类别传送给MCU，以使MCU执行相应的事务处理流程。

进一步的，当触发信号包括电池掉电信号时，与电池掉电信号相对应的所 述判断子模块41用于判断是否发生供电电池掉电；

当发生供电电池掉电时，启动备用电池进行供电，并通过所述MCU给出 相应的报警信息。

如图4(a)所示，JD为超级电容焊接接口，JDY为外电(或电池)接口，与 图4(b)电路组合，可以实现供电电池掉电时，由超级电容激活MCU并工作， 比如报警外电掉电。具体原理：供电电池断电则图4(b)中的第四三极管T3的基 极为低电平，则第四三极管T3导通，则超级电容解接口VEE连接VDD1，通 过图2电路从而激活MCU。具体的，如图4(b)所示，当电路的供电电池突然被 拔掉后，立即启动备用电源(VEE)，且由超级电容JD激活MCU。当供电电池被拔掉后图4(b)中的VDD为低电平，第四三极管T3导通，从而使备用电源 VEE与VDD1相连，随即如图2激活MCU，同时如上图3中，MCU检测到 VDD1信号，从而判断出是供电电池掉电，给出相应的报警信息。

本发明实施例中，除了图4存在固定的电能消耗外，几乎没有其它的电能 消耗，该控制电路具有超低功耗特性，非常适用信号触发型智能设备上采用。 如水表，燃气表等只有当用户用水、用气时智能设备才激活存在功耗，否则几 乎不存在电能消耗，比现有的MCU切换工作模式低功耗设计更具优势。

本发明实施例所述的电路，当有采样信号CAI1或CAI2到来时，到来的信 号会与VGG连通，从而使采样信号CAI1或CAI2置高电平，激活图2的MCU。

进一步的，如图5所示，采样信号CA1和CA2这里是双脉冲水表基表的 连接线，双脉冲水表基表走水采样信号线由三根线组成，分别为CA1、CA2和 公共端，对应图5中的JG1接口，当水表5走水时，比如每走0.1吨水就会使 CA1和CA2分别与公共端短路一次，这样在此电路上就是CA1和CA2分别与 VGG连接一次，采样信号CA1和CA2即变为高电平，从而MCU就可以计算 水表走水量。

本发明实施例采用硬件触发的激活模块2将MCU1激活，使MCU1通电并 启动，并使MCU1根据判断出的待处理事务的类别执行相应的处理流程；当 MCU1空闲时，主动切掉MCU1的电源，MCU1切掉总电源从而达到超低功耗 的目的。本发明实施例所述的控制电路尤其适用于智能设备不需要持续处理事 务，只需要处理几个独立事务的应用场景(如用水采样，刷卡等)，本发明实 施例只需要在用水、用气或刷卡发生时才激活MCU工作即可，这种方式能够 更大程度的降低电能消耗，实现低功耗效果。

本发明实施例所述的低功耗控制电路与传统的MCU或CPU休眠低功耗方 案的不同之处在于：传统的MCU或CPU当无业务处理时需要进入休眠模式， 该休眠模式则是靠失效MCU或CPU某些特定功能达到低功耗的，然而MCU 或CPU的电源始终存在，会有一定的电能消耗；而本发明实施例是当无业务处 理时，MCU彻底掉电，只有激活模块存在极低功耗，该能耗低于传统MCU或 CPU在休眠模式的电能消耗，本发明实施例所述的控制电路在无业务处理时， 能够实现超低功耗。

此外，本发明还提供了一种智能设备，包括：如前面任一项所述的低功耗 控制电路。

进一步的，所述智能设备为信号触发型智能设备；

所述信号触发型智能设备包括：水表或燃气表。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实 施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描 述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除 非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表 示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码 的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其 中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或 按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员 所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。 在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执 行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方 式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有 用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合 逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部 分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计 算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块 中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的 形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品 销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述 的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。 在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。 而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例 或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例 是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的 范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。