CN206638286U - 一种超低功耗高可靠性水表 - Google Patents

Abstract

一种超低功耗高可靠性水表，它包括单片机模块、电源模块、干簧管脉冲模块、光电直读模块和阀门控制模块，所述的电源模块与单片机模块连接，为单片机模块提供电源，MBUS通信模块与单片机模块连接，传输计量流量值，同时MBUS通信模块与电源模块连接，提供VBUS电源；干簧管脉冲模块与单片机模块连接，提供脉冲驱动信号并采集脉冲计量数据，同时干簧管脉冲模块与电源模块连接，驱动电源供电；光电直读模块与单片机模块连接，采集光电计量数据；本实用新型采用两种计量方式，在单一计量方式造成误差较大时，可以快速识别，同时可保证其中一种计量方式故障或人为破坏时，还能够继续计量，减小故障无法计量时造成的经济损失。

Description

一种超低功耗高可靠性水表

技术领域

本实用新型属于水表技术领域，具体是一种超低功耗高可靠性的水表。

背景技术

目前，国内水表市场大多采用IC卡预付费式、双干簧管脉冲计量、超声波式、光电直读远传式等主流产品来计量，预付费式水表解决了计量缴费的问题，但并无法解决抄读方便、精度等问题；脉冲计量水表无法实时抄读，精度较差；超声波式水表精度虽高，但无法可靠的防止用户窃水，计量方式单一；光电直读远传式水表虽无电池、解决了电源问题，但存在精度差等问题。

针对以上问题，国内很多厂家已自行研发各种新型水表以适应目前市场应用，但大都在集抄和精度方面有较好的手段解决的。在可靠性及功耗方面一直处于落后的现状。

发明内容

本实用新型的目的是为解决背景技术问题，提出了一种超低功耗高可靠性的水表解决方案。采用干簧管脉冲计量方式与光电直读计量方式相结合的方法，解决了系统单一计量方式造成的故障无法及时处理造成系统瘫痪，需要上门维护的问题。同时提高计量精度、降低功耗、提高可靠性。

本实用新型的技术方案是：

一种超低功耗高可靠性水表，它包括单片机模块、电源模块、干簧管脉冲模块、脉冲上电模块、光电直读模块和阀门控制模块，所述的电源模块与单片机模块连接，为单片机模块提供电源，MBUS通信模块与单片机模块连接，传输计量流量值，同时MBUS通信模块与电源模块连接，提供VBUS电源；干簧管脉冲模块与单片机模块连接，提供脉冲驱动信号并采集脉冲计量数据，同时干簧管脉冲模块与脉冲上电模块连接，脉冲上电模块与电源模块连接，驱动VBAT电源供电；光电直读模块与单片机模块连接，采集光电计量数据；单片机模块的的控制信号输出端与阀门控制模块相连，控制水表阀门的启闭。

本实用新型的干簧管脉冲模块包括电阻R7、R8、R19、R20、R21、R22，三极管Q6、Q7，二极管D4、D5和干簧管H1、H2，所述的三极管Q7的基极连接干簧管H1的一端和脉冲上电模块，干簧管H1的另一端串接电阻R21，R21的另一端接VGG，三极管Q7的发射极串接电阻R8之后接地，三极管Q7的集电极串接电阻R7之后接电源VCC，三极管Q7的集电极和电阻R7的连接点作为干簧管H1的脉冲信号输出端Pulse1与单片机模块的对应信号采集端相连；三极管Q6的基极连接干簧管H2的一端和脉冲上电模块，干簧管H2的另一端串接电阻R22，R22的另一端接VGG，三极管Q6的发射极串接电阻R20之后接地，三极管Q6的集电极串接电阻R19之后接电源VCC，三极管Q6的集电极和电阻R19的连接点作为干簧管H2的脉冲信号输出端Pulse2与单片机模块的对应信号采集端相连；前述VGG端连接二极管D4和D5的负极，二极管D4和D5的正极分别连接电源VBAT和电源VBUS，任一干簧管闭合时，VGG提供驱动电压导通Q6或Q7。

本实用新型的电源模块包括VBAT电源、VBUS电源、电容C1、C2、电阻R13-R18、三极管Q3、Q4以及二极管D1-D3；所述的VBAT电源即电池，并接滤波电容C1、C2，VBAT电源的正极与三极管Q3的发射极相连，三极管Q3的基极接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接二极管D3的负极，电阻R16与二极管D3负极的连接点串联电阻R15之后接地，二极管D3的正极接二极管D1的正极以及VBUS电源，VBUS电源通过MBUS通信模块从MBUS总线取电，三极管Q3的集电极接三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极接二极管D2的正极，二极管D2的负极与二极管D1的负极相连作为供电信号输出端即电源VCC，三极管Q4的发射极和基极之间并联电阻R17，三极管Q4的基极串接电阻R18之后接三极管Q5的集电极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极接脉冲上电模块。

本实用新型的脉冲上电模块包括电阻R9-R14，三极管Q5，电阻R9和R11的一端分别串接电容C3、C4之后接电阻R10、R12的一端，R10和R12的另一端接地，电阻R9和R11的另一端并接，并且与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端串接电阻R13之后接地，电阻R13与电阻R14的连接点作为电源控制信号P_CTRL接单片机模块的电源控制信号端，电阻R14、R9和R11的连接点作为另一端作为脉冲上电模块的供电信号输出端接三极管Q5的基极。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用两种计量方式，在单一计量方式造成误差较大时，可以快速识别，同时可保证其中一种计量方式故障或人为破坏时，还能够继续计量，减小故障无法计量时造成的经济损失。

本实用新型优先使用MBUS总线供电，MBUS总线断开时，系统处于零功耗，有脉冲产生干簧管传感器闭合可通过电池自动为系统供电计量；MBUS总线工作正常时，系统处于休眠状态，干簧管闭合脉冲产生唤醒单片机计量，或有MBUS通信时唤醒读取当前流量。

本实用新型有强磁干扰时可自动关闭阀门防止窃水，强磁干扰解除自动开阀，提高了系统可靠性、安全性。

附图说明

图1是电源切换与脉冲驱动采集电路。

图2是系统原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图2所示，一种超低功耗高可靠性水表，它包括单片机模块、电源模块、干簧管脉冲模块、脉冲上电模块、光电直读模块和阀门控制模块，所述的电源模块与单片机模块连接，为单片机模块提供电源，MBUS通信模块与单片机模块连接，传输计量流量值，同时MBUS通信模块与电源模块连接，提供VBUS电源；干簧管脉冲模块与单片机模块连接，提供脉冲驱动信号并采集脉冲计量数据，同时干簧管脉冲模块与脉冲上电模块连接，脉冲上电模块与电源模块连接，驱动VBAT电源供电；光电直读模块与单片机模块连接，采集光电计量数据；单片机模块的的控制信号输出端与阀门控制模块相连，控制水表阀门的启闭。

如图1所示，本实用新型的干簧管脉冲模块包括电阻R7、R8、R19、R20、R21、R22，三极管Q6、Q7，二极管D4、D5和干簧管H1、H2，所述的三极管Q7的基极连接干簧管H1的一端和脉冲上电模块，干簧管H1的另一端串接电阻R21，R21的另一端接VGG，三极管Q7的发射极串接电阻R8之后接地，三极管Q7的集电极串接电阻R7之后接电源VCC，三极管Q7的集电极和电阻R7的连接点作为干簧管H1的脉冲信号输出端Pulse1与单片机模块的对应信号采集端相连；三极管Q6的基极连接干簧管H2的一端和脉冲上电模块，干簧管H2的另一端串接电阻R22，R22的另一端接VGG，三极管Q6的发射极串接电阻R20之后接地，三极管Q6的集电极串接电阻R19之后接电源VCC，三极管Q6的集电极和电阻R19的连接点作为干簧管H2的脉冲信号输出端Pulse2与单片机模块的对应信号采集端相连；前述VGG端连接二极管D4和D5的负极，二极管D4和D5的正极分别连接电源VBAT和电源VBUS，任一干簧管闭合时，VGG提供驱动电压导通Q6或Q7。

本实用新型的电源模块包括VBAT电源、VBUS电源、电容C1、C2、电阻R13-R18、三极管Q3、Q4以及二极管D1-D3；所述的VBAT电源即电池，并接滤波电容C1、C2，VBAT电源的正极与三极管Q3的发射极相连，三极管Q3的基极接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接二极管D3的负极，电阻R16与二极管D3负极的连接点串联电阻R15之后接地，二极管D3的正极接二极管D1的正极以及VBUS电源，VBUS电源通过MBUS通信模块从MBUS总线取电，三极管Q3的集电极接三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极接二极管D2的正极，二极管D2的负极与二极管D1的负极相连作为供电信号输出端即电源VCC，三极管Q4的发射极和基极之间并联电阻R17，三极管Q4的基极串接电阻R18之后接三极管Q5的集电极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极接脉冲上电模块。

本实用新型的脉冲上电模块包括电阻R9-R14，三极管Q5，电阻R9和R11的一端分别串接电容C3、C4之后接电阻R10、R12的一端，R10和R12的另一端接地，电阻R9和R11的另一端并接，并且与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端串接电阻R13之后接地，电阻R13与电阻R14的连接点作为电源控制信号P_CTRL接单片机模块的电源控制信号端，电阻R14、R9和R11的连接点作为另一端作为脉冲上电模块的供电信号输出端接三极管Q5的基极。

具体实施时：

电源管理方案如下：

单片机检测VBUS是否为低电平来切换供电方式。供电状态下检测到VBUS=0，单片机将及时切换到VBAT供电方式，保存数据并切换到掉电模式；当系统检测到VBUS为高电平时将切换到VBUS供电方式，切换系统为休眠模式。

如图1所示，在VBUS总线电源供电时，图中Q3三极管不导通，VBUS电源经二极管D1输出到VCC， VBAT电源系统关闭，系统处于持续供电状态；无脉冲时系统处于休眠模式，功耗低于2uA；当干簧管H1或H2闭合时，将通过三极管Q7或Q6产生脉冲Pulse1或Pulse2，中断唤醒单片机记录脉冲，同时采集光电传感器编码值，对Qp(n)与Qo(n)进行计算，再经过校准得到Q(n)值，工作时系统电流消耗在1mA左右，保存数据后系统再次进入休眠模式。

如图1所示，系统检测到VBUS=0时，Q3基极经过R16与R15连至GND，Q3导通，系统将切换到VBAT供电模式，同时P_CTRL置高电平，此时Q5导通，Q5驱动Q4三极管导通，VBAT电源经过Q4三极管、D2二极管连至VCC为系统供电，保存工作状态后进入掉电状态。

在VBAT供电模式下，无脉冲时系统处于断电状态，功耗为0，当干簧管H1或H2闭合，将通过脉冲驱动电路C3/R9或C4/R11驱动三极管Q5导通，同时将Q4导通，VCC有电，单片机将P_CTRL置高电平为系统持续供电，同时单片机查询Pulse1及Pulse2电平状态，判断脉冲是否有效或磁干扰产生，有脉冲产生则记录脉冲并计算流量值，如果是磁干扰将进行关阀报警；单片机操作完毕后将P_CTRL置为低电平，Q5不导通，Q4将不导通，VCC将变为低电平，系统断电。

安全管理机制如下：

系统检测MBUS总线断开，记录报警状态；当两种计量方式的累积流量差值大于1m³时，其中一种计量方式故障，将使用另一种计量方式的累积流量作为实际流量。

当有强磁干扰时自动关闭阀门，强磁解除下一个脉冲到来自动开阀，防止窃水；

尽管本实用新型已经参照附图进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。本实用新型的各种更改、变化的等同物均在本实用新型权利要求书内容的涵盖范围内。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种超低功耗高可靠性水表，其特征是它包括单片机模块、电源模块、干簧管脉冲模块、脉冲上电模块、光电直读模块、MBUS通信模块和阀门控制模块，所述的电源模块与单片机模块连接，为单片机模块提供电源，MBUS通信模块与单片机模块连接，传输计量流量值，同时MBUS通信模块与电源模块连接，提供VBUS电源；干簧管脉冲模块与单片机模块连接，提供脉冲驱动信号并采集脉冲计量数据，同时干簧管脉冲模块与脉冲上电模块连接，脉冲上电模块与电源模块连接，驱动VBAT电源供电；光电直读模块与单片机模块连接，采集光电计量数据；单片机模块的控制信号输出端与阀门控制模块相连，控制水表阀门的启闭。

2.根据权利要求1所述的一种超低功耗高可靠性水表，其特征在于所述的干簧管脉冲模块包括电阻R7、R8、R19、R20、R21、R22，三极管Q6、Q7，二极管D4、D5和干簧管H1、H2，所述的三极管Q7的基极连接干簧管H1的一端和脉冲上电模块，干簧管H1的另一端串接电阻R21，R21的另一端接VGG，三极管Q7的发射极串接电阻R8之后接地，三极管Q7的集电极串接电阻R7之后接电源VCC，三极管Q7的集电极和电阻R7的连接点作为干簧管H1的脉冲信号输出端Pulse1与单片机模块的对应信号采集端相连；三极管Q6的基极连接干簧管H2的一端和脉冲上电模块，干簧管H2的另一端串接电阻R22，R22的另一端接VGG，三极管Q6的发射极串接电阻R20之后接地，三极管Q6的集电极串接电阻R19之后接电源VCC，三极管Q6的集电极和电阻R19的连接点作为干簧管H2的脉冲信号输出端Pulse2与单片机模块的对应信号采集端相连；前述VGG端连接二极管D4和D5的负极，二极管D4和D5的正极分别连接电源VBAT和电源VBUS，任一干簧管闭合时，VGG提供驱动电压导通Q6或Q7。

3.根据权利要求1或2所述的一种超低功耗高可靠性水表，其特征在于所述的电源模块包括VBAT电源、VBUS电源、电容C1、C2、电阻R13-R18、三极管Q3、Q4以及二极管D1-D3；所述的VBAT电源即电池，并接滤波电容C1、C2，VBAT电源的正极与三极管Q3的发射极相连，三极管Q3的基极接电阻R16的一端，电阻R16的另一端接二极管D3的负极，电阻R16与二极管D3负极的连接点串联电阻R15之后接地，二极管D3的正极接二极管D1的正极以及VBUS电源，VBUS电源通过MBUS通信模块从MBUS总线取电，三极管Q3的集电极接三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极接二极管D2的正极，二极管D2的负极与二极管D1的负极相连作为供电信号输出端即电源VCC，三极管Q4的发射极和基极之间并联电阻R17，三极管Q4的基极串接电阻R18之后接三极管Q5的集电极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极接脉冲上电模块。

4.根据权利要求3所述的一种超低功耗高可靠性水表，其特征在于脉冲上电模块包括电阻R9-R14，三极管Q5，电阻R9和R11的一端分别串接电容C3、C4之后接电阻R10、R12的一端，R10和R12的另一端接地，电阻R9和R11的另一端并接，并且与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端串接电阻R13之后接地，电阻R13与电阻R14的连接点作为电源控制信号P_CTRL接单片机模块的电源控制信号端，电阻R14、R9和R11的连接点作为另一端作为脉冲上电模块的供电信号输出端接三极管Q5的基极。