預付費無線智能燃氣表的製作方法

2023-05-04 20:43:36

專利名稱：預付費無線智能燃氣表的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃氣抄表領域，具體涉及一種預付費無線智能燃氣表。
背景技術：
人工抄表方式一直是最傳統的燃氣抄表方式，煤氣表的作用是記錄用戶使用的氣 量，然後由抄表在一段時間內進行統計，並折算出相應的費用向用戶收取，這種工作方式的 缺點是工作量大，而且因為各種原因常常出現無法收到錢的情況，造成了燃氣經營企業的 巨大經濟負擔。隨著電子技術的發展，我國燃氣行業開始推廣使用IC卡預付費燃氣表，這 種IC卡預付費燃氣表上設有IC卡座或近距離的射頻模塊，燃氣用戶將預存有燃氣費用的 IC卡插入IC卡座或與射頻模塊接觸後實現扣費，此時燃氣表上的中央控制系統開啟燃氣 表上的進氣或出氣電磁閥。這種IC卡預付費燃氣表雖然有效地解決了抄表入戶問題，解決 了收費難的問題，但是隨著燃氣行業的發展，管理日益精細化，單純的IC卡預收費方式不 能有效解決氣量實時統計，燃氣經營和管理機構不能隨時了解燃氣用戶的使用信息、以及 遠程控制表內電磁閥的開關，此外也不能給運行調度、財務核算帶來更多的幫助。為了實現對所有燃氣用戶的管理與調控，就需要建立一個由IC卡預付費燃氣表、 燃氣中繼站和燃氣總控中心所組成的燃氣網絡。考慮到燃氣使用用戶遍布範圍廣泛，上述 燃氣網絡最好通過無線連接方式進行組網，雖然一部分的IC卡預付費燃氣表上帶有射頻 模塊，但該射頻模塊也僅能實現近距離(如5米內)的數據傳輸，無法構成一個可行的預付 費無線燃氣抄表系統。因此需要對現有的IC卡預付費燃氣表進行進一步的改進。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有IC卡預付費燃氣表無法完成網絡互聯，燃氣 經營和管理機構難以實現對所有燃氣用戶的管理與調控的不足，提供一種預付費無線智能 燃氣表。為解決上述問題，本發明所設計的一種預付費無線智能燃氣表，包括電源、嵌入式 處理器、計量傳感器單元、閥門控制單元、IC卡讀寫單元、存儲單元和顯示單元，上述計量傳 感器單元、閥門控制單元、IC卡讀寫單元、存儲單元和顯示單元均與嵌入式處理器相連接； 所述嵌入式處理器上還接有RF模塊，該RF模塊主要由RF收發器、功率放大電路、天線匹配 電路和射頻收發天線構成；其中功率放大電路包括信號接收前置放大電路、信號發射前置 放大電路、以及2個四通道雙級雙擲的射頻端模擬開關和天線端模擬開關，信號接收前置 放大電路和信號發射前置放大電路分別並聯在射頻端模擬開關和天線端模擬開關的2組 輸出口之間，且射頻端模擬開關的輸入口連接RF收發器，天線端模擬開關的輸入口則經過 天線匹配電路與射頻收發天線相連；射頻端模擬開關和天線端模擬開關的2組控制埠分 別控制口分別相連。上述方案中，所述信號發射前置放大電路主要由電容及電感構成的平衡濾波電 路、電感及電容構成的LC諧振電路、射頻放大電晶體、電感及電容構成的2個LC濾波電路、電容構成的電晶體電源濾波電路、偏壓電阻、以及限流電阻構成。天線端模擬開關的第一輸 出口經過平衡濾波電路、LC諧振電路和第一 LC濾波電路連接在射頻放大電晶體的漏極上； 該射頻放大電晶體的漏極還分別與電晶體電源濾波電路和電源輸出埠連接，射頻放大晶 體管的源極接地；射頻放大電晶體的柵極分為兩路，一路經電容連接在射頻端模擬開關的 第一輸出口上，另一路則經過第二 LC濾波電路、偏壓電阻和限流電阻分別連接在RF收發器 的第一控制端上；上述RF收發器的第一控制端的一路經過電阻、及電容構成的第一RC濾波 電路與射頻端模擬開關的第一控制端相連；另一路則經過電阻及電容構成的第二 RC濾波 電路連接在天線端模擬開關的第一控制端上。上述方案中，所述信號前置接收電路主要由電感及電容構成的濾波去耦電路、射 頻三極體、電阻、電容及電感構成的波型整形電路、雙極性三極體、以及電阻及電容和構成 的濾波反饋電路的構成。天線端模擬開關中的第二輸出口經過濾波去耦電路連接至射頻三 極管的基極；射頻三極體的發射極接地；射頻三極體的集電極的一路經電容直接與射頻端 模擬開關的第二輸出口相連；另一路則通過波型整形電路分別連接至雙極性三極體的第二 集電極上和電源輸出埠上；雙極性三極體的第二發射極、第二基極和第一集電極經過濾 波反饋電路連接至電源輸入端；雙極性三極體的第一發射極接地；雙極性三極體的第一基 極經電阻連接在RF收發器的第二控制端(RF_TXC_GD02)上；上述RF收發器的第二控制端 (RF_TXC_GD02) 一路經過電阻與射頻端模擬開關的第二控制端相連，另一路則經過電阻及 電容構成的第三RC濾波電路連接在天線端模擬開關的第二控制端上。上述方案中，所述天線匹配電路為雙T型匹配電路。上述方案中，所述嵌入式處理器最好還接有一 WIFI模塊，且該WIFI模塊與一無線 收發天線相連。上述方案中，所述嵌入式處理器上最好還接有一 EVDO模塊，且EVDO模塊內置有一 分級收發天線。與現有技術相比，本發明具有如下特點1、採用雙功率放大設計使天線接收的信號和RF收發器送至天線發射信號分別採 用不同的功放進行處理後再送到指定的電路，這樣使得IC卡讀寫單元既能夠滿足功率的 要求，也能夠滿足遠距離的收發需要，同時也能有效避免電路板中對射頻敏感的電路和器 件的情況，以及模塊周圍其他儀表的幹擾問題；2、天線匹配電路採用雙T型匹配電路設計，同時配以適合的藕合電容及電感參 數，在增強天線發射頻率和強度的前提下，使得功率到負載上實現最佳功率值的匹配；3、通過附加EVDO通信模塊和/或WIFI通信模塊來提高燃氣表的適用範圍，從而 能夠有效避免單一無線通信方式所帶來的使用盲區、提高數據傳輸的可靠性；4、本發明通過改進燃氣表的通信方式，使得燃氣表能夠經由燃氣中繼站與燃氣總 控中心進行無線聯網，從而能讓燃氣經營和管理機構實時了解燃氣用戶的使用信息、以及 遠程控制表內電磁閥的開關，為運行調度、財務核算帶來更多的幫助。


圖1為本發明一種優選實施例的電路原理圖；圖2為RF模塊的電路原理圖。
具體實施例方式圖1為本發明一種預付費無線智能燃氣表的電路原理圖，其主要由電源、嵌入式 處理器、計量傳感器單元、閥門控制單元、IC卡讀寫單元、存儲單元、顯示單元和RF模塊構 成；計量傳感器單元、閥門控制單元、IC卡讀寫單元、存儲單元、顯示單元和RF模塊均與嵌 入式處理器相連接。其中RF模塊主要由RF收發器、功率放大電路、天線匹配電路和射頻收 發天線構成。其中功率放大電路包括信號接收前置放大電路、信號發射前置放大電路、以及 2個四通道雙級雙擲的射頻端模擬開關U8和天線端模擬開關U7，信號接收前置放大電路和 信號發射前置放大電路分別並聯在射頻端模擬開關U8和天線端模擬開關U7的2組輸出口 之間，且射頻端模擬開關U8的輸入口連接RF收發器，天線端模擬開關U7的輸入口則經過 天線匹配電路與射頻收發天線相連；射頻端模擬開關U8和天線端模擬開關U7的2組控制 埠分別相連。本發明RF模塊的電路原理圖如圖2所示，其中信號發射前置放大電路主要由電容C22、C23及電感L7、L9構成的平衡濾波電路； 電感Ll及電容C19構成的LC諧振電路；射頻放大電晶體QlO ；電感L17、及電容C33、ClOO 構成的第一 LC濾波電路；電感L6、及電容C35構成的第二 LC濾波電路；電容C34、C36構成 的電晶體電源濾波電路；偏壓電阻R30、R38 ；以及限流電阻R44構成。天線端模擬開關U7 的第一輸出口經過平衡濾波電路、LC諧振電路和第一 LC濾波電路連接在射頻放大電晶體 QlO的漏極上。該射頻放大電晶體QlO的漏極還分別與電晶體電源濾波電路和電源輸出端 口 PA_PWR連接，射頻放大電晶體QlO的源極接地。射頻放大電晶體QlO的柵極分為2路， 一路經電容C45連接在射頻端模擬開關U8的第一輸出口上，另一路則經過第二 LC濾波電 路、偏壓電阻和限流電阻分別連接在RF收發器的第一控制端RF_TXC_GD00上。上述RF收 發器的第一控制端RF_TXC_GD00的一路經過電阻R37、及電容C12、C15構成的第一 RC濾波 電路與射頻端模擬開關U8的第一控制端相連；另一路則經過電阻R25、及電容C29構成的 第二 RC濾波電路連接在天線端模擬開關U7的第一控制端上。信號前置接收電路主要由電感L12及電容C37、C39構成的濾波去耦電路；射頻三 極管KST10MTF ；電阻R34、R35、電容C42、C43、C87及電感L14構成的波型整形電路；雙極性 三極體BC847PN ；以及電阻R26、R27及電容C30和構成的濾波反饋電路的構成。天線端模 擬開關U7中的第二輸出口經過濾波去耦電路連接至射頻三極體KST10MTF的基極。射頻三 極管KST10MTF的發射極接地。射頻三極體KST10MTF的集電極的一路經電容C40、C42直接 與射頻端模擬開關U8的第二輸出口相連；另一路則通過波型整形電路分別連接至雙極性 三極體BC847PN的第二集電極上和電源輸出埠 RX_PWR上。雙極性三極體BC847PN的第 二發射極、第二基極和第一集電極經過濾波反饋電路連接至電源輸入埠 3V3。雙極性三極 管BC847PN的第一發射極接地。雙極性三極體BC847PN的第一基極經電阻R28連接在RF 收發器的第二控制端RF_TXC_GD02上。上述RF收發器的第二控制端RF_TXC_GD02 —路經 過電阻R36與射頻端模擬開關U8的第二控制端相連，另一路則經過電阻R13及電容C28構 成的第三RC濾波電路連接在天線端模擬開關U7的第二控制端上。天線匹配電路採用雙T型匹配電路，即包括電感L16及電容C49、C50構成的第一 阻抗匹配電路；以及電感L16、L17及電容C50、C51、C52構成的第二阻抗匹配電路。第一阻抗匹配電路和第二阻抗匹配電路的作用均是濾波和隔離高頻信號，通過參數選擇來實現最 大限度的濾波和隔離。RF模塊的傳輸和控制功能採用433Mhz頻段，實現的近距離的無線控制和傳輸，它 不但可以接入智能家居無線管理網關，以實現家庭式集中管理的模式，而且燃氣公司也可 以藉助RF模式對燃氣表的訪問。為了實現預付費無線智能燃氣表的多種通信模式，所述嵌入式處理器上還接有 WIFI模塊和EVDO模塊。WIFI (Wireless Fidelity無線收發)模塊，採用的2. 4GHz的頻段進行無線數據 的收發。該WIFI模塊包括無線收發晶片及其外圍電路，其中無線收發晶片的時鐘由外部 晶振及電容組成的振蕩電路提供。本實用新型的WIFI模塊採用的是LBWA18HEPZ模塊， 它是一個IEEE標準的WLAN 802. llb/g模塊，該模塊內部集成了 WLAN晶片、電擦除存儲 器、低壓差線性溫壓器、驅動及功率放大器、晶振、不平衡變壓器和單刀雙擲開關該模塊內 部結構。該模塊中應用的88W8686S0C晶片是一個低成本、低功耗、集成了 MAC/基帶/射 頻/IEEE802. lla/b/g無線系統的高集成度的單片解決方案，載荷速率適合802. Ila或者 802. Ilg規定的6-54M bps，也可以滿足802. Ilb所要求的l_llMbps。無線收發晶片的 VDD12、VDD18A、ANT_SEL_N埠分別通過電容對地藕合連接，目的是去除雜波幹擾並選擇天 線極性輸出。無線收發晶片的30^、1 51丄511050與1 ^ SPI端連接，完成對WIFI模塊 的控制。無線收發晶片的TX2_0UTRX2_IN_ND之WIFI收發端分別通過電感和電容組成的2 套天線發送匹配電路與無線收發天線相連，完成無線信號的收發。EVDO模塊是基於中國電信CDMA200網絡的3G數據通信技術，中文名叫數據優化 演進版本，該模塊已經內置了分級收發天線。該EVDO模塊的UIM_PWR、UIM_DATA、UIM_CLK、 UIM_RST_N埠接到UIM卡插座，作為3G使用權限驗證，EVDO模塊的USB_D_N USB_D_P端 口接至嵌入式處理器的USB接口，完成對EVDO模塊的控制。該3G通信模塊針對遠距離大 範圍的監控管理模式，最適合以城市為範圍經營的燃氣公司。
權利要求
1.預付費無線智能燃氣表，包括電源、嵌入式處理器、計量傳感器單元、閥門控制單元、 IC卡讀寫單元、存儲單元和顯示單元，上述計量傳感器單元、閥門控制單元、IC卡讀寫單 元、存儲單元和顯示單元均與嵌入式處理器相連接；其特徵在於所述嵌入式處理器上還 接有RF模塊，該RF模塊主要由RF收發器、功率放大電路、天線匹配電路和射頻收發天線構 成；其中功率放大電路包括信號接收前置放大電路、信號發射前置放大電路、以及2個四通 道雙級雙擲的射頻端模擬開關(U8)和天線端模擬開關(U7)，信號接收前置放大電路和信 號發射前置放大電路分別並聯在射頻端模擬開關(U8)和天線端模擬開關(U7)的2組輸出 口之間，且射頻端模擬開關(U8)的輸入口連接RF收發器，天線端模擬開關(U7)的輸入口 則經過天線匹配電路與射頻收發天線相連；射頻端模擬開關(U8)和天線端模擬開關(U7) 的2組控制埠分別相連。
2.根據權利要求1所述的預付費無線智能燃氣表，其特徵在於所述信號發射前置 放大電路主要由電容(C22、C23)及電感(L7、L9)構成的平衡濾波電路；電感(Li)及電容 (C19)構成的LC諧振電路；射頻放大電晶體0110)；電感(L17)及電容(C33、C100)構成 的第一 LC濾波電路；電感(L6)及電容(C35)構成的第二 LC濾波電路；電容(C34、C36)構 成的電晶體電源濾波電路；偏壓電阻(R30、R38)；以及限流電阻(R44)構成；天線端模擬開 關(U7)的第一輸出口經過平衡濾波電路、LC諧振電路和第一 LC濾波電路連接在射頻放 大電晶體toio)的漏極上；該射頻放大電晶體oao)的漏極還分別與電晶體電源濾波電路 和電源輸出端(PA_PWR)連接，射頻放大電晶體oao)的源極接地；射頻放大電晶體(QlO) 的柵極分為兩路，一路經電容(C40連接在射頻端模擬開關(U8)的第一輸出口上，另一路 則經過第二 LC濾波電路、偏壓電阻和限流電阻分別連接在RF收發器的第一控制端(RF_ TXC_GD00)上；上述RF收發器的第一控制端(RF_TXC_GD00)的一路經過電阻(R37)、及電容 (C12、C15)構成的第一 RC濾波電路與射頻端模擬開關(U8)的第一控制端相連；另一路則 經過電阻(R25)、及電容(C29)構成的第二RC濾波電路連接在天線端模擬開關(U7)的第一 控制端上。
3.根據權利要求1所述的預付費無線智能燃氣表，其特徵在於所述信號前置接收電 路主要由電感(L12)及電容(C37、C39)構成的濾波去耦電路；射頻三極體(KST10MTF)； 電阻(R34、R35)、電容(C42、C43、C87)及電感(L14)構成的波型整形電路；雙極性三極體 (BC847PN)；以及電阻(R26、R27)及電容(C30)和構成的濾波反饋電路的構成；天線端模擬 開關(U7)中的第二輸出口經過濾波去耦電路連接至射頻三極體(KST10MTF)的基極；射頻 三極體(KST10MTF)的發射極接地；射頻三極體(KST10MTF)的集電極的一路經電容(C40、 C42)直接與射頻端模擬開關(U8)的第二輸出口相連，另一路則通過波型整形電路分別連 接至雙極性三極體(BC847PN)的第二集電極上和電源輸出埠(RX_PWR)上；雙極性三極體 (BC847PN)的第二發射極、第二基極和第一集電極經過濾波反饋電路連接至電源輸入埠 (3V3)；雙極性三極體(BC847PN)的第一發射極接地；雙極性三極體(BC847PN)的第一基極 經電阻(R28)連接在RF收發器的第二控制端(RF_TXC_GD02)上；上述RF收發器的第二控 制端(RF_TXC_GD(^) —路經過電阻(R36)與射頻端模擬開關(U8)的第二控制端相連，另一 路則經過電阻(R13)及電容(C28)構成的第三RC濾波電路連接在天線端模擬開關(U7)的 第二控制端上。
4.根據權利要求1 3中任意一項所述的預付費無線智能燃氣表，其特徵在於所述天線匹配電路為雙T型匹配電路。
5.根據權利要求1所述的預付費無線智能燃氣表，其特徵在於所述嵌入式處理器還 接有一 WIFI模塊，且該WIFI模塊與一無線收發天線相連。
6.根據權利要求1所述的預付費無線智能燃氣表，其特徵在於所述嵌入式處理器上 還接有一 EVDO模塊，且EVDO模塊內置有一分級收發天線。
全文摘要
本發明公開一種預付費無線智能燃氣表，包括與嵌入式處理器相連的計量傳感器單元、閥門控制單元、IC卡讀寫單元、存儲單元、顯示單元和RF模塊。其中RF模塊主要由RF收發器、功率放大電路、天線匹配電路和射頻收發天線構成。其中功率放大電路包括信號接收前置放大電路、信號發射前置放大電路、以及2個四通道雙級雙擲的射頻端模擬開關和天線端模擬開關，信號接收前置放大電路和信號發射前置放大電路分別並聯在射頻端模擬開關和天線端模擬開關之間。本燃氣表能夠完成網絡互聯，燃氣經營和管理機構難以實現對所有燃氣用戶的管理與調控的不足，提供一種預付費無線智能燃氣表。
文檔編號G07F15/06GK102074074SQ201010594679
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者傅雲生, 劉洪林, 張有堅, 梁文耕, 羅源偉, 高柱榮 申請人:桂林市利通電子科技有限責任公司