大口徑無線通信式分體表的製作方法
2023-10-04 12:43:24
專利名稱：大口徑無線通信式分體表的製作方法
技術領域：
本發明專利涉及工、農業用水領域，具體地說涉及到大口徑無線通信式分體表。
背景技術：
大口徑水錶是指DN80mm (含DN80mm)以上口徑的水錶。由於大口徑水錶的用戶均為工業、商業及機關團體用戶，水價高、水量大，在總水量中佔到一定的比例，因此對大口徑水錶的管理直接影響到供水企業的效益。大口徑水錶的管理面臨以下兩個突出問題，問題一:目前大多數大口徑水錶不再沿用傳統的機械式水錶，而是在大口徑水錶上增加電控部分成為智能大口徑水錶。智能大口徑水錶大多米用分體結構，一般由發信基表、電控閥門組成，二者通過電纜連接，發信表和閥門之間通過有線方式連接，對安裝環境要求比較苛亥IJ，而且電纜易受破壞，安裝於潮溼環境中不能保證發信表和閥門正常通訊。問題二:大口徑水錶的抄表及監控。大口徑水錶分布廣、距離遠、數量多，傳統的人工抄表周期為一個月，供水企業無法在抄表周期內發現水錶故障，按照大表在常用流量條件下計量，每個月給供水企業帶來大量損失；採用無線方式抄表，採用移動平臺的GPRS或SMS傳送現場打包的抄表數據，伺服器接收數據後，解包並傳遞給最終客戶以便用戶進行數據分析和研究，這就需要在大口徑水錶安裝SIM手機卡，由於大口徑水錶多安裝於表井下且多泡在水中，從防水工藝和信號傳輸兩方面均不能保證此種抄表方法的可靠性，並且此系統需要藉助移動運營平臺，增加運營費用。
針對上述大口徑水錶所存在的兩個關鍵性問題，我公司發明專利大口徑無線通信式分體表解決了上述問題，控制閥門和計量表採用分體式結構，兩者採用無線方式通信，另外計量表的電控部分有M-BUS總線接口，兼容性好，易於遠程監控，配合非接觸IC卡可實現水費
的預付費管理。
發明內容
本發明的目的是提供一種大口徑無線通信式分體表，表閥分體，且二者通過無線方式通信，且計量表的電控部分設有M-BUS接口，可與小區現有的M-BUS抄表系統兼容，只需有M-BUS總線便可完成抄表，方便供水企業遠程監控，並且配合非接觸IC卡可實現水費
的預付費管理。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下所述；
大口徑無線通信式分體表，計量表與控制閥採用分體式結構，計量表和控制閥均設有電控部分，計量表和控制閥採用無線方式通信，計量表的電控部分設有M-BUS通信接口，計量表和上位機通過M-BUS總線方式通信。進一步的方案是:計量表電控部分由中央處理器、超聲波流量測量電路、電壓檢測電路、電源供電電路、顯示電路、M-BUS通信接口電路、無線通信模塊組成，電源由3.6V鋰電池提供；超聲波流量測量電路由專用的超聲波測量晶片TDC-GP21配合順、逆流換能器測得精確的流量信息，超聲波測量晶片採用SPI方式將水量信息通信至中央處理器；顯示電路由中央處理器直接驅動顯示，電壓檢測電路用於檢測電池電壓，若電壓低於設定值則顯示無電標誌；無線通信模塊具有獨立的中央處理器，無線通信模塊與計量表電控部分中央處理器採用標準串口通信；
進一步的方案是:控制閥的電控部分由中央處理器、閥門控制電路、射頻卡讀卡電路、電源供電電路、讀卡電路電源控制電路、無線通信模塊組成。電源由14.4V電池組供電，讀卡電路電源控制電路接於中央處理器的對應引腳，用於對讀卡電路電源的控制，讀卡電路用於將外部射頻卡信息經讀卡電路至中央處理器，閥門控制電路的K、G控制端接於中央處理器的的響應引腳，閥門控制電路的電源由14.4V電池組提供，無線通信具有獨立的中央處理器，無線通信模塊與控制閥的電控部分中央處理器採用標準串口通信；
進一步的方案是:無線通信模塊有獨立的中央處理器，無線通信模塊由中央處理器、RF無線收發晶片、信號發送電路、信號接收電路組成，無線模塊接收信息時，RF無線信號經信號接收電路接收至RF無線收發晶片，無線收發晶片接到此信號採用SPI方式通信至中央處理器；無線模塊發射信號時，中央處理器將數據信息採用SPI方式通信至RF無線收發晶片，RF無線收發晶片將信號經發送電路發送至外部接收設備。上位機通過M-BUS總線向計量表發送開關閥命令，計量表接收命令成功，回複數據，然後打開無線模塊電源，向無線模塊發送開閥或關閥命令，計量表內的無線模塊向控制閥內的無線模塊發送RF射頻信號，控制閥接受到計量表發來的開關閥命令，對閥門進行開、關閥操作。同時上位機可通過M-BUS總線向水錶發送抄數據命令，水錶回復累計流量和瞬時流量等數據。本發明的有益效果是:
(I)本發明專利計量表和控制閥採用分體式結構，且二者採用無線方式進行通信，避免了採用有線方式在表井潮溼的安裝環境中通信不可靠的弊端。(2)本發明專利計量表有M-BUS通信接口，兼容性好，可與小區現有的M-BUS抄表系統兼容，實現遠程監控功能，相比較GPRS/GSM遠程監控降低了運營成本。
附圖1為本發明結構及信號流向示意圖。附圖2為本發明無線通信模塊RF信號發送、接收電路。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明的技術方案作進一步詳細的描述。如附圖1所示:1為計量表，2為控制閥，大口徑無線通信式分體表，計量表與控制閥採用分體式結構，計量表和控制閥的電控部分都設有無線通信模塊，計量表可與控制閥進行無線通訊，計量表的電控部分設有M-BUS通信接口，可與上位機通過M-BUS總線進行通信，上位機可向計量表發送開關閥命令。控制閥電控部分由由中央處理器、閥門控制電路、射頻卡讀卡電路、電源供電電路、讀卡電路電源控制電路、電壓A/D轉換控制電路、無線通信模塊組成。中央處理器型號為ATMEGA88，電源由14.4V電池組供電，14.4V電池組經過穩壓晶片HT7150穩壓至5V為中央處理器、讀卡電路提供電源，閥門控制電路的K、G控制端接於中央處理器的的響應引腳，閥門控制電路的電源由14.4V電池組提供，閥門控制電路採用傳統的大口徑水錶閥門驅動電路在此不贅述。為了保證在控制閥和計量表通訊異常的情況下閥門能正常的開、關，特別設置了通過刷設置卡(非接觸IC卡)可以正常開、關閥門的功能，硬體上通過讀卡電路實現，讀卡電路的電源由VCCl提供，讀卡電路電源控制電路輸入端接於中央處理器的PBO引腳，用於對讀卡電路電源的控制，讀卡電路電源控制電路由電阻Rl3、PNP型三極體P4、電容C31組成，讀卡電路電源VCCl由三極體P4的集電極取出向讀卡電路提供電源，讀卡電路用於將外部射頻卡信息經讀卡電路至中央處理器。一般情況下，控制閥可與計量表進行正常的無線通信，若通訊異常，可用非接觸IC卡在控制閥上刷卡來實現閥門開、關，從而保證正常供水。此外，還可在此讀卡電路上實現水費的預付費功能，讀卡電路的具體實施方式
請參照我公司實用新型專利「可在低電壓下工作的射頻卡讀寫電路」，專利號:ZL200820069508.7。閥門控制電路在開關閥工作時需要對電池組電壓進行檢測，電壓A/D轉換控制電路由若干電阻、NPN型三極體N5、PNP型三極體P5組成，電壓A/D轉換控制電路的輸入端接於中央處理器的PB5引腳，輸出端接於中央處理器的ADC6引腳，電池組接於P5的發射極，P5的基極與N5的集電極經電阻R14連接，N5的發射極接地，N5基極經電阻R4接中央處理器的PB5腳，P5的集電極經電阻R7接於中央處理器的ADC6引腳，當閥門動作時，中央處理器的PB6腳置低電平，則開始進行電壓檢測，檢測結果經中央處理器的模數轉換通道傳至中央處理器。為了保證大口徑閥門開、關的可靠性，本發明還增加了開閥到位檢測、關閥到位檢測接口。計量表電控部分由中央處理器、超聲波流量測量電路、電壓檢測電路、電源供電電路、顯示電路、M-BUS通信接口電路、無線通信模塊組成，電源由3.6V鋰電池提供，超聲波流量測量電路由專用的超聲波測量晶片TDC-GP21配合順、逆流換能器測得精確的流量信息，超聲波測量晶片將測得的流量信息通過標準SPI方式通訊至中央處理器，顯示電路由中央處理器直接驅動顯示，電壓檢測電路用於檢測電池電壓，若電壓低於設定值則顯示無電標誌，電壓檢測電路的輸入端接電池，輸出端接中央處理器的P4.1引腳，中央處理器型號為MSP430F437。為了便於與現有小區的M-BUS抄表系統兼容，本發明計量表的電控部分特別設有M-BUS遠傳接口電路，可實現大口徑表數據的遠程控制功能。控制閥和計量表電控部分的無線通信模塊為同一無線模塊，該無線通信模塊擁有獨立的中央處理器，無線通信模塊由中央處理器、RF無線收發晶片、信號發送電路、信號接收電路組成，無線模塊接收信息時，RF無線信號經信號接收電路接收至RF無線收發晶片，無線收發晶片接到此信號採用SPI方式通信至中央處理器；無線模塊發射信號時，中央處理器將數據信息採用SPI方式通信至RF無線收發晶片，RF無線收發晶片將信號經發送電路發送至外部接收設備，該中央處理器的型號為ATMEGA88，RF無線收發晶片型號為CC1100，無線信號發送電路和信號接收電路通過兩個開關晶片AS169-73 (U4和U5)實現信號發送和接收的交替，U4的I腳、U5的6腳接於中央處理器的PDl引腳，U4的3腳、U5的4腳接於中央處理器的PD5引腳，U4的5腳、U5的2腳接地，U4的2腳接射頻天線，U4的6腳與U5的2腳相連接，U4的4腳經電容C218、電感L203經過場效應管放大後接於U5的3腳，U5的5腳接於無線收發晶片CCllOO的信號輸入/輸出端。無線模塊與控制閥、計量表的主控電路通過標準串口進行通訊。為了保證控制閥與計量表無線模塊通信可靠，本發明還特別設計了環境感知電路，該環境感知電路用於測量環境溫度，從而使環境溫度對射頻通信電路的影響趨於零，控制閥和計量表的無線模塊在交互通信過程頻率自動補償，從而實現了頻率自校準。
權利要求
1.口徑無線通信式分體表，含有計量表和控制閥兩部分，其特徵是:計量表與控制閥採用分體式結構，計量表和控制閥均設有電控部分，計量表和控制閥採用無線方式通信，計量表的電控部分設有M-BUS通信接口，計量表和上位機通過M-BUS總線方式通信。
2.根據權利要求1所述的大口徑無線通信式分體表，其特徵是:計量表電控部分由中央處理器、超聲波流量測量電路、電壓檢測電路、電源供電電路、顯示電路、M-BUS通信接口電路、無線通信模塊組成，電源由3.6V鋰電池提供；超聲波流量測量電路由專用的超聲波測量晶片TDC-GP21配合順、逆流換能器測得精確的流量信息，超聲波測量晶片採用SPI方式將水量信息通信至中央處理器；顯示電路由中央處理器直接驅動顯示，電壓檢測電路用於檢測電池電壓，若電壓低於設定值則顯示無電標誌；無線通信模塊具有獨立的中央處理器，無線通信模塊與計量表電控部分中央處理器採用標準串口通信。
3.根據權利要求1所述的大口徑無線通信式分體表，其特徵是:控制閥的電控部分由中央處理器、閥門控制電路、射頻卡讀卡電路、電源供電電路、讀卡電路電源控制電路、無線通信模塊組成。電源由14.4V電池組供電，讀卡電路電源控制電路接於中央處理器的對應引腳，用於對讀卡電路電源的控制，讀卡電路用於將外部射頻卡信息經讀卡電路至中央處理器，閥門控制電路的K、G控制端接於中央處理器的的響應引腳，閥門控制電路的電源由14.4V電池組提供，無線通信具有獨立的中央處理器，無線通信模塊與控制閥的電控部分中央處理器採用標準串口通信。
4.根據權利要求1所述的大口徑無線通信式分體表，其特徵是:無線通信模塊有獨立的中央處理器，無線通信模塊由中央處理器、RF無線收發晶片、信號發送電路、信號接收電路組成，無線模塊接收信息時，RF無線信號經信號接收電路接收至RF無線收發晶片，無線收發晶片接到此信號採用SPI方式通信至中央處理器；無線模塊發射信號時，中央處理器將數據信息採用SPI方式通信至RF無線收發晶片，RF無線收發晶片將信號經發送電路發送至外部接收設備。
全文摘要
本發明大口徑無線通信式分體表，計量表與控制閥採用分體式結構，計量表和控制閥均設有電控部分，計量表和控制閥採用無線方式通信，計量表的電控部分設有M-BUS通信接口，計量表和上位機通過M-BUS總線方式通信，主要解決了分體大口徑水錶採用電纜連接表、閥所帶來的通信不可靠的弊端，另外計量表的電控部分有M-BUS總線接口，兼容性好，易於遠程監控，配合非接觸IC卡可實現水費的預付費管理。
文檔編號G08C17/02GK103093599SQ20121048992
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者費戰波, 劉勝利, 董意德 申請人:河南新天科技股份有限公司