嵌入式智能控制採集處理器的製作方法
2024-01-29 21:14:15 1
專利名稱：嵌入式智能控制採集處理器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用不分正負極的兩芯總線作為信息傳輸信道，能方便的嵌入到其他裝置中的帶有控制功能的嵌入式智能控制採集處理器。
技術背景現階段的住宅所用的流量計量表(水錶、電錶、燃氣表、熱能表等)多為機械式表具，只能用人工方式上門抄表，我國從90年代開始出現遠程智能抄表系統，但大多數採用的是集中抄表的方式，這種抄表方式存在一定的問題，脈衝不準確，容易受幹擾，如果用戶不小心碰斷脈衝或者控制線就會出現不能計數或不能控制的現象。其次由於線比較多會給安裝工作帶來很大困難，無形中又增加了成本。
目前也有一些其他抄表方式，比如GPRS，嵌入直讀裝置等，不過成本較高，對一般住宅來說並不適合。
實用新型內容本實用新型的目的是利用兩芯總線作為信息傳輸信道，能方便的嵌入到其他裝置中的帶有控制功能的電路簡單、性能穩定、抗幹擾能力強、信息傳輸準確的智能控制採集處理器，並可根據需要添加預付費相關功能，增加掉電監測，在電池電量不足時可報警。
本實用新型由傳感器信號採集電路、閥門控制電路、數據通訊電路、內部電源電路、數據存儲電路、電源監測和報警電路、液晶顯示電路和主處理晶片8個部分組成。傳感器信號採集電路由傳感器信號的接入端子P3的埠1通過輸入隔離電阻R1，並加電源偏置電阻R20，經濾波電容C3後分2路，一路直接接到主處理晶片U1的外部中斷口P1.3上，另一路經反相器U3A接到主處理晶片U1的外部中斷口P1.4上，傳感器信號的接入端子P3的埠2通過輸入隔離電阻R2，並加電源偏置電阻R21，經濾波電容C4後分2路，一路直接接到主處理晶片U1的鍵盤中斷口P0.0上，另一路經反相器U3B接到主處理晶片U1的鍵盤中斷口P0.1上；閥門控制電路由電機驅動和閥位檢測兩部分組成，電機驅動控制由電機驅動晶片U4的埠8與電機過流保護F2和去耦電容C12連接，驅動晶片U4的7、3埠通過輸入下偏置電阻R16和電阻R17與主處理晶片U1的P2.0-P2.1口連接，U4的埠1、5與電機驅動信號的接入端子P4埠1、2連接；閥門位置檢測信號的接入端子P4埠4通過放電電阻R3、電容C5，上拉電阻R23與主處理晶片U1的埠P1.6連接，C5濾除開到位傳感器幹擾，接入端子P4埠3通過放電電阻R4、電容C6，上拉電阻R22與主處理晶片U1的埠P1.7連接，C6濾除關到位傳感器幹擾；數據通訊電路由接入端子P1接外部兩芯總線，防雷管PS1兩端並接在總線上、自復位保險F1串聯在總線迴路中、瞬變抑制器TVS1兩端並接在總線上組成過流過壓保護電路，再通過極性轉換部分由二極體D1、D2、D3、D4組成的橋式電路，U1的22腳接到光電耦合器OP2的2腳，R6為OP2的1腳的限流電阻，OP2的3腳接橋式電路的負極，OP2的4腳經限流電阻R7後接橋式電路的正極，U1的21腳接到光電耦合器OP1的4腳，OP1的3腳接地，OP1的2腳接三極體Q2的2腳，Q2的3腳接橋式電路的負極，R15與Q2的1、3腳並接，Q2的1腳經R14接D5負極，D5正極接橋式電路的正極，OP1的1腳經R10後接橋式電路的正極，由電阻R19、電容C8與U1的23腳連接；內部電源部分由電池P2與C13、C16並聯後接入U5的Vin腳，C14、C15與U5的Vout腳、GND腳並聯；數據存儲由電擦寫存儲晶片U2的5腳與U1的19、63腳、R13連接，U2的6腳與U1的18、64腳、R12連接，U2的7腳與U1的17腳、R11連接，C10為U2去耦電容；電源監測部分由P2與掉電檢測晶片U6的Vin腳、GND腳並接，R26與U6的Vin腳、Vout腳並接，U6的Vout腳經過R25接入U1的4腳，報警電路由U1的20腳輸出信號經R8、三極體Q1與放大蜂鳴器LS1連接；液晶顯示電路的液晶顯示屏LCD1是5位8段專用水、電、氣、暖表液晶，四個公共極COM0～COM3分別接在U1的BP0～BP3埠上，埠S0～S13分別接在U1的輸出埠S0～S13上；鍵盤輸入S1通過R5、C7、R24與處理器U1的P0.3埠連接；主處理晶片U1的P3.1-P3.0埠連接晶振Y1和C1、C2，採用內部復位，加外部匹配電阻R18；復位採用處理器內部復位，提高處理器的抗幹擾性，加外部匹配電阻R18、R27、R28、R29為處理器埠上拉電阻；跳線W1、W2、W3、W4一端分別通過電阻R18、R28、R29與電源連接，另一端分別通過接入端子P5的1-5埠與U1的P0.5、P0.4、VSS、P1.5、VDD埠連接。
本設備採用(1)總線通訊過壓過流保護PS1兩端並接在總線上，用於高壓脈衝放電，F1串聯在總線迴路中，完成總線的過流保護，TVS1兩端並接在總線上，用於鉗位總線輸入電壓；(2)極性轉換由D1、D2、D3、D4組成橋式電路，無論總線1為正還是總線2為正，經過橋式轉換電路後，總線信號都將變為D1負極為正D2正極為負，實現總線無極性連接的功能；(3)上行數據U1輸出數據經OP2隔離輸出調製總線電流，R6是OP2輸入限流電阻、R7是總線限流電阻；(4)下行數據D5檢測出總線下行信號電壓，R14、R15、Q1、R10組成放大電路推動OP1，信號經OP1隔離輸出到U1-RXD，R9是OP1輸出負載電阻；(5)激活處理器OP1輸出信號經C8輸入到U1鍵盤激活中斷把處理器從睡眠中喚醒；計數處理傳感器1輸入R1為傳感器輸入隔離和C3的放電電阻；R20為傳感器提供電源的偏置電阻；C3為濾波電容；輸入直接接U1的中斷0，經反相器U3A接U1的中斷1；傳感器2輸入R2為傳感器輸入隔離和C4的放電電阻；R21為傳感器提供電源的偏置電阻；C4為濾波電容；輸入直接接U1的鍵盤中斷0，經反相器U3B接U1的鍵盤中斷1。
電源部分的電源共給U5為低壓差電源穩壓晶片，C13、C14、C15、C16為濾波電容；電池直接共給的電源部分有電機驅動控制電路、報警輸出電路，另外經U5穩壓，C15、C14濾波提供給其它部分；掉電檢測掉電檢測部分由U6為掉電檢測晶片，R26為U6輸出上拉電阻，R25為隔離電阻；U6的Vin接電池正極，監控電池電壓，當低於設定值時U6的Vout輸出數據給處理器P0.2腳，以便處理器處理。
閥門控制的電機驅動控制U4為電機驅動晶片，F2為電機過流保護自恢復保險，C12為去耦電容，R16、R17為驅動晶片輸入下偏置電阻，處理器P2.0、P2.1控制U4的INA、INB輸出QA、QB，驅動閥門電機正轉或反轉，完成開關閥門動作；閥門位置檢測閥門位置檢測由R3是C5放電電阻，R23是上拉電阻，C5濾除開到位傳感器幹擾，傳感器開到位信號經R3、C5輸入到U1的P1.6埠，R4是C6放電電阻，R22是上拉電阻，C6濾除關到位傳感器幹擾，傳感器關到位信號經R4、C6輸入到U1的P1.7埠。
數據存儲由U2為0功耗串行E2PROM，工作電壓1.8～6.0V，採用I2C總線與處理器通訊，用於節點模塊數據的存儲。R12、R13分別為I2C總線的時鐘、數據上拉電阻，R11是U2的防寫上拉電阻，C10為U2去耦電容。
人機界面LCD顯示LCD顯示由U1內部驅動器和LCD1組成，LCD1是5位8段專用水、電、氣、暖表液晶，四個公共極COM0～COM3分別接在U1的BP0～BP3上，其它段S0～S13分別接在U1的段輸出S0～S13上，U1內部液晶驅動器驅動LCD1，將水錶內部信息顯示給用戶；鍵盤輸入鍵盤輸入由R5是C7放電電阻，R24是上拉電阻，C7濾除S1抖動幹擾，用戶按下S1，通過R24轉換為電壓信息輸入到處理器U1的P0.3埠，完成對用戶的響應；報警輸出U1的P2.5埠輸出數據經R8、Q1組成的電路放大推動LS1蜂鳴器發聲，完成聲音報警功能。
處理器U1內部集成了LCD驅動電路，處理器輸出數據採用外部I2C(軟體模擬)總線P2.2(時鐘)、P2.3(數據)連接到U1內部LCD驅動器引腳SCLlcd、SDAlcd；晶片編程採用ICP串行編程方式，由時鐘線P5-2(U1的P0.5埠)、數據線P5-3(U1的P0.4埠)、控制線P5-4(U1的RESET埠)、編程電源P5-1(U1的VDD)、P5-5(U1的VSS)組成，由於這幾個埠都是復用的，所以當要對處理器編程時，跳開跳線W1、W2、W3、W4使電路不受應用電路影響，當處理器正常工作時，短接W1、W2、W3、W4；處理器時鐘處理器採用中頻振蕩3.6864MHz，降低處理器功耗的同時兼顧運算性能和通訊波特率，U1的P3.0埠在採用外部時鐘時是振蕩發生器的放大輸出，經Y1選頻輸入到振蕩發生器輸入埠U1的P3.1；復位採用處理器內部復位，提高處理器的抗幹擾性，加外部匹配電阻R18、R27、R28、R29為處理器埠上拉電阻。
本實用新型便於標準化的批量生產，從而實現了其商品的要求。
由於使用無正負的兩芯總線連接、模塊嵌入到表具中，在實際安裝調試過程中減少了大量的人力、物力，降低了安裝成本，也便於後期維護；增強了數據傳送的穩定性和可靠性，大大降低了信號的遺失率和誤碼率；增強了產品的通用性，便於嵌入到不同功能的產品中使用，例如電錶、水錶、燃氣表、熱量表等。
圖1嵌入式智能控制採集處理器結構框圖。
圖2嵌入式智能控制採集處理器電路圖。
具體實施方式
參閱附圖它是由數據通訊電路(1)、閥門控制電路(2)、傳感器信號採集部分(3)、內部電源(4)、數據存儲電路(5)、電源檢測和報警電路(6)、液晶顯示電路(7)和主處理晶片(8)組成，其特徵是傳感器信號採集電路由傳感器信號的接入端子P3的埠1通過輸入隔離電阻R1，並加電源偏置電阻R20，經濾波電容C3後分2路，一路直接接到主處理晶片U1(LPC9401)的外部中斷口P1.3上，另一路經反相器U3A(M74HC04MIR)接到主處理晶片的外部中斷口P1.4上；傳感器信號的接入端子P3的埠2通過輸入隔離電阻R2，並加電源偏置電阻R21，經濾波電容C4後分2路，一路直接接到主處理晶片U1的鍵盤中斷口P0.0上，另一路經反相器U3B(M74HC04MIR)接到主處理晶片U1的鍵盤中斷口P0.1上，U3C、U3D、U3E、U3F未使用。
閥門控制電路由電機驅動和閥位檢測兩部分組成，電機驅動控制由電機驅動晶片U4(BH3024)的埠8與電機過流保護F2和去耦電容C12連接，驅動晶片U4的7、3埠通過輸入下偏置電阻R16和電阻R17與主處理晶片U1的P2.0-P2.1口連接，U4的埠1、5與電機驅動信號的接入端子P4埠1、2連接；閥門位置檢測信號的接入端子P4埠4通過電容C5放電電阻R3，上拉電阻R23與主處理晶片U1的埠P1.6連接，C5濾除開到位傳感器幹擾；接入端子P4埠3通過電容C6放電電阻R4，上拉電阻R22與主處理晶片U1的埠P1.7連接，C6濾除關到位傳感器幹擾。
數據通訊電路由接入端子P1接外部兩芯總線，防雷管PS1(M201)兩端並接在總線上、自復位保險F1(JK60017)串聯在總線迴路中、瞬變抑制器TVS1(SMBJ28CA)兩端並接在總線上組成的過流過壓保護電路，再通過極性轉換部分由二極體D1、D2、D3、D4組成的橋式電路，再由電阻R7、光電耦合器OP2、電阻R6、與U1的22腳組成上行數據電路；U1的22腳接到OP2的2腳，R6為OP2的1腳的限流電阻，OP2的3腳接橋式電路的負極，OP2的4腳經限流電阻R7後接橋式電路的正極；由二極體D5(SK6V2)、電阻R14、電阻R15、電阻R10、三極體Q1(9013)、光電耦合器OP1、電阻R9和U1的21腳組成下行數據電路；U1的21腳接到OP1的4腳，OP1的3腳接地，OP1的2腳接Q1的2腳，Q1的3腳接橋式電路的負極，R15與Q1的1、3腳並接，Q1的1腳經R14接D5負極，D5正極接橋式電路的正極，OP1的1腳經R10後接橋式電路的正極；由電阻R19、電容C8與U1的23腳連接。
內部電源部分由電池P2(3.6V)、低壓差電源穩壓晶片U5(RH5R1.30AA)、電容C13、電容C14、電容C15、電容C16組成；P2與C13、C16並聯後接入U5的Vin腳，C14、C15與U5的Vout腳、GND並聯。
數據存儲由電擦寫存儲晶片U2(CS12402J)、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電容C10組成；U2的5腳與U1的19、63腳、R13連接，U2的6腳與U1的18、64腳、R12連接，U2的7腳與U1的17腳、R11連接，R11、R12、R13為上拉電阻，C10為U2去耦電容。
電源監測部分由掉電檢測晶片U6(R3111H331C)、電阻R25、電阻R26組成；P2與U6的Vin腳、GND腳並接，R26與U6的Vin腳、Vout腳並接，U6的Vout腳經過R25接入U1的4腳；報警電路由R8、Q1、LS1組成，U1的20腳輸出信號經R8、Q1組成的電路放大推動LS1蜂鳴器發聲。
液晶顯示電路由U1內部驅動和液晶顯示屏LCD1組成，LCD1是5位8段專用水、電、氣、暖表液晶，四個公共極COM0～COM3分別接在U1的BP0～BP3埠上，埠S0～S13分別接在U1的輸出埠S0～S13上，用於顯示錶具各種信息，在實現預付費功能中尤其重要。鍵盤輸入由S1、R5、R24、C7組成，R5是C7放電電阻，R24是上拉電阻，C7濾除S1抖動幹擾。用戶按下S1，通過R24轉換為電壓信息輸入到處理器U1的P0.3埠，完成對用戶的響應。
主處理晶片部分由U1的P3.1-P3.0埠連接晶振Y1和C1、C2，採用內部復位，加外部匹配電阻R18。
跳線W1、W2、W3、W4一端分別通過電阻R18、R28、R29與電源連接，另一端分別通過接入端子P5的1-5埠與U1的P0.5、P0.4、VSS、P1.5、VDD埠連接。
權利要求1.一種嵌入式智能控制採集處理器，它是由數據通訊電路(1)、閥門控制電路(2)、傳感器信號採集電路(3)、內部電源部分(4)、數據存儲電路(5)、電源檢測和報警電路(6)、液晶顯示電路(7)和主處理晶片(8)組成，其特徵在於傳感器信號採集電路由傳感器信號的接入端子P3的埠1通過輸入隔離電阻R1，並加電源偏置電阻R20，經濾波電容C3後分2路，一路直接接到主處理晶片U1的外部中斷口P1.3上，另一路經反相器U3A接到主處理晶片U1的外部中斷口P1.4上，傳感器信號的接入端子P3的埠2通過輸入隔離電阻R2，並加電源偏置電阻R21，經濾波電容C4後分2路，一路直接接到主處理晶片U1的鍵盤中斷口P0.0上，另一路經反相器U3B接到主處理晶片U1的鍵盤中斷口P0.1上；閥門控制電路由電機驅動和閥位檢測兩部分組成，電機驅動控制由電機驅動晶片U4的埠8與電機過流保護F2和去耦電容C12連接，驅動晶片U4的7、3埠通過輸入下偏置電阻R16和電阻R17與主處理晶片U1的P2.0-P2.1口連接，U4的埠1、5與電機驅動信號的接入端子P4埠1、2連接；閥門位置檢測信號的接入端子P4埠4通過放電電阻R3、電容C5，上拉電阻R23與主處理晶片U1的埠P1.6連接，C5濾除開到位傳感器幹擾，接入端子P4埠3通過放電電阻R4、電容C6，上拉電阻R22與主處理晶片U1的埠P1.7連接，C6濾除關到位傳感器幹擾；數據通訊電路由接入端子P1接外部兩芯總線，防雷管PS1兩端並接在總線上、自復位保險F1串聯在總線迴路中、瞬變抑制器TVS1兩端並接在總線上組成過流過壓保護電路，再通過極性轉換部分由二極體D1、D2、D3、D4組成的橋式電路，U1的22腳接到光電耦合器OP2的2腳，R6為OP2的1腳的限流電阻，OP2的3腳接橋式電路的負極，OP2的4腳經限流電阻R7後接橋式電路的正極，U1的21腳接到光電耦合器OP1的4腳，OP1的3腳接地，OP1的2腳接三極體Q2的2腳，Q2的3腳接橋式電路的負極，R15與Q2的1、3腳並接，Q2的1腳經R14接D5負極，D5正極接橋式電路的正極，OP1的1腳經R10後接橋式電路的正極，由電阻R19、電容C8與U1的23腳連接；內部電源部分由電池P2與C13、C16並聯後接入U5的Vin腳，C14、C15與U5的Vout腳、GND腳並聯；數據存儲由電擦寫存儲晶片U2的5腳與U1的19、63腳、R13連接，U2的6腳與U1的18、64腳、R12連接，U2的7腳與U1的17腳、R11連接，C10為U2去耦電容；電源監測部分由P2與掉電檢測晶片U6的Vin腳、GND腳並接，R26與U6的Vin腳、Vout腳並接，U6的Vout腳經過R25接入U1的4腳，報警電路由U1的20腳輸出信號經R8、三極體Q1與放大蜂鳴器LS1連接；液晶顯示電路的液晶顯示屏LCD1是5位8段專用水、電、氣、暖表液晶，四個公共極COM0～COM3分別接在U1的BP0～BP3埠上，埠S0～S13分別接在U1的輸出埠S0～S13上；鍵盤輸入S1通過R5、C7、R24與處理器U1的P0.3埠連接；主處理晶片U1的P3.1-P3.0埠連接晶振Y1和C1、C2，採用內部復位，加外部匹配電阻R18；復位採用處理器內部復位，提高處理器的抗幹擾性，加外部匹配電阻R18、R27、R28、R29為處理器埠上拉電阻；跳線W1、W2、W3、W4一端分別通過電阻R18、R28、R29與電源連接，另一端分別通過接入端子P5的1-5埠與U1的P0.5、P0.4、VSS、P1.5、VDD埠連接。
專利摘要本實用新型涉及一種利用不分正負極的兩芯總線作為信息傳輸信道，能方便的嵌入到其他裝置中的帶有控制功能的嵌入式智能控制採集處理器，它由數據通訊電路(1)、閥門控制電路(2)、傳感器信號採集部分(3)、內部電源(4)、數據存儲電路(5)、電源檢測和報警電路(6)、液晶顯示電路(7)和主處理晶片(8)組成，能完成對外部信號的採集、計量、控制、通訊功能，線路簡單，性能穩定，抗幹擾，信息傳輸準確，沒有可調元件，易於批量生產。
文檔編號G01F15/06GK2859469SQ20062000072
公開日2007年1月17日 申請日期2006年1月16日 優先權日2006年1月16日
發明者劉麗偉, 汪洋, 趙新立 申請人:北京華運電利載波技術有限公司