CN100424480C - 用于水表流量分析和结算的低功耗gprs数据采集终端 - Google Patents

Abstract

一种用于水表流量分析和结算的低功耗GPRS数据采集终端，该终端电路包括电源，CPU、采样传感器、采样滤波电路，其特征在于该终端电路还包括数据存储器(RAM)、GPRS模块、电源切换控制电路和串口电平转换RS232电路构成，终端采用模块化及低功耗设计，其中CPU设有6个8位I/O端口，并直接与RAM的端口连接，设计时，让CPU处于睡眠状态并等待外部信号中断或定时器中断，CPU会将各时段的累计流量数据存储于外部RAM中，通过存储的各时段数据，不仅能计算出各时段的平均流量，也能准确计算出水表的日、月和年用量，并经由CPU的串口通过电平转换电路与主机通讯，CPU还设有两个串口，其中一个串口连接至GPRS模块的通讯口，另一个串口通过电平转换电路与主机通讯，CPU可根据工作需要通过电源切换控制电路开通或切断对GPRS模块的供电。本发明可采用长寿命锂电池供电，只需一节锂电池供电可连续工作几年。

Description

用于水表流量分析和结算的低功耗GPRS数据采集终端

技术领域

本发明涉及一种数据采集及无线数据远程传输的智能控制系统，具体地讲是一种可用于水表流量分析和结算的低功耗GPRS数据采集终端，可用于自来水公司的远程管网监测和用水自动结算系统。

背景技术

随着社会发展和科技的不断进步，以及服务意识的不断提高，公共市政事业实现网络化、智能化管理的呼声越来越高，其中随着用水一户一表的展开和推广，提高用水的智能化管理水平，加强管网的监测，减少抄表人员的劳动强度和工作时间是自来水公司未来发展和实现智能化管理的必然选择，为此，已有业内科技人员推出一系列智能控制系统，但它的存在数据如何顺利远传，以及终端设备在现场如何供电的问题，由于它们基本上不是低功耗设计的，系统终端耗能大，要靠外部供电才能持久工作，造成产品实用性差，且推广难度较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，从而提供一种用于水表流量分析和结算的低功耗GPRS数据采集终端，可用于水表(总表)的远程流量数据采集、用水规律分析、用水量结算和用水异常报警等，具有低功耗、长寿命、读数误差小，实用方便，控制可靠性高等特点。

本发明是以如下技术方案实现的：该GPRS数据采集终端电路包括电源、中央处理器(CPU)、采样传感器(电路)、采样滤波电路(RC滤波电路)，其特征在于该终端电路还包括数据存储器(可以是RAM或Flash)、GPRS模块、电源(切换)控制电路和串口电平转换RS232等电路构成，终端采用模块化及低功耗设计，其中CPU设有6个8位I/O端口，并直接与数据存储器(如可采用RAM)的端口连接，采样传感器的信号输出端通过采样滤波(RC滤波)电路的输出端连接到CPU的输入端，设计时，让CPU处于睡眠状态并等待外部信号中断或定时器中断，即：当水表产生脉冲时会触发CPU外部中断，CPU会通过(软件)判断是否为有效脉冲并进行计数(即CPU进入工作状态)，脉冲累计量存储在外部数据存储器(如RAM)中，同时CPU还会通过设定的时间间隔(如：1～60分钟)将各时段的累计流量数据存储于外部数据存储器(如RAM)中，通过存储的各时段数据，不仅能计算出各时段的平均流量，也能准确计算出水表的日、月和年用量，并经由CPU的串口通过电平转换电路与主机通讯，CPU还设有两个串口，其中一个串口(通过串行线和控制线)经过三态门电路连接至GPRS模块的通讯口，并能在通讯时连接(接通)，不通讯时切断连接(让该串口在不工作时进入待机状态)，另一个串口与电平转换(器)电路RS232端口连接，并通过该电平转换电路与主机通讯，两个串口在没有通讯时将自动进入待机状态(此时该部分工作电流很小，小于1μA(微安)，所述CPU的一个信号输出端口与电源切换控制电路相连接，电源切换控制电路连接至GPRS模块的端口，CPU可根据工作需要通过电源切换控制电路开通或切断对GPRS模块的供电。

在本发明的技术解决方案中，所述的每个模块化设计的终端电路由于采用低功耗设计，CPU在平常可通过电源切换控制电路切断对GPRS模块的供电(此时GpRS模块功耗为零，其待机电流小于1微安)，要数据通讯时，CPU会再开通GPRS模块的供电电源(工作时电流小于200微安)，当数据通讯完毕便立即断开GPRS模块的电源，因此，本发明终端所配置的电源可以是采用一节或一节以上锂电池作为供电电源(如可用一节或二节长寿命3.6V锂电池供电即可)而无须用外部220V的市电供电。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：可准确、可靠、稳定地实现流量数据(或压力数据)的远传，由于本发明是结合了低功耗和GPRS无线通讯技术进行设计的产品，可采用长寿命锂电池供电，当本终端只用一节锂电池供电即可连续工作几年(如5年左右)，无需外部电源供电，彻底解决了各家各单位现场引进电源困难的问题，实用性十分显著，可用于大口径水表(总表)的抄数，用水规律分析，流量分析和用水异常报警等用途。

附图说明

图1是本明GPRS数据采集终端的电路原理框图。

具体实施方式

参照附图可知，在本发明GPRS终端电路是采用模块化设计，它包括：1～CPU处理单元，2～数据存储器(可用并行或串行非易失性RAM)，3～GPRS模块，4～三态门电路，5～采样传感电路(器)，6～滤波电路(RC滤波器)，7～RS232串口电平转换电路，8～电源(为3.6V锂电池)，9～稳压电路(LDO)，10～电源切换控制电路等组成，其具体连接关系如前所述。在本发明终端机中，所述CPU型号可采用T1的MSP430F147，数据存储器可用并行或串行非易失性RAM，其型号可采用FM18L08集成块，电平转换(器)电路可采用MAX3221集成块，根据CPU的多种工作状态特性，在空闲状态下，本终端电路在设计时让CPU进入睡眠状态等待外部中断(或定时器中断)，此时待机电流小于1μA，外部有信号中断触发将唤醒CPU进入工作状态，此时其工作电流小于200μA。当用于水表流量分析自动抄表和结算时，其电路控制原理过程简介如下：构成采集模块的采样传感器将水表计数脉冲信号通过RC滤波电路转换成数字电平信号并触发CPU外部中断，CPU判断是否为有效脉冲并进行计数，脉冲累计量存储在作为存储模块的外部非易失性RAM中，所述CPU有6个8位I/O端口，这样就很容易直接扩展外部并行RAM，FM18L08非易失性RAM共有32kbyte存储容量，掉电数据可以保存20年，待机功耗小于10μA。CPU通过设定的时间间隔(1～60分钟)将累计流量数据存储于外部RAM中，间隔15分钟可存45天的流量数据。通过存储的时段数据，不仅能计算出各时段的平均流量，也能准确计算出日、月和年用量，并可按照设定时间定期将累计流量数据通过GPRS网络传送给主机管理系统。型号为MSP430F147的CPU还设有两个串口，一个串口通过MAX3221电平转换，(由RS232端口)负责与主机通讯。串口不连接到主机时，MAX3221待机电流只有1uA。另外一个串口通过三态门连接到GPRS模块通讯口，通讯时能够接通连接，不通讯时切断连接，这时该串口也不工作又进入待机状态。由于GPRS模块工作电流在300mA左右，所以CPU在平常时间通过电源切换控制电路切断对GPRS模块的供电，使此时的GPRS模块功耗为零。要数据通讯时，CPU再开通GPRS模块的电源，当数据通讯完毕便立即断开GPRS模块的电源。终端工作电压主要分两部分，其中GPRS模块的供电电源是由锂电池经过切换控制电路后输出提供，其他电路的供电电源则由锂电池经过稳压(器)电路LDO稳压到3.0V后输出提供。功耗计算：待机状态时，整机功耗小于15μA，外部或定时中断响应处理时，整机功耗小于400μA，中断程序处理时间小于1毫秒，平均1秒钟内功耗在400μA，运行时间不会超过2毫秒，剩余时间处于待机状态功耗为15μA，这样除了GPRS外，终端工作5年需要的电池容量将会小于691mAH。GPRS数据定时通讯周期可以用软件设定，比如一天或一周传送一次数据。本终端采用6000mAH容量的一次性锂电池，如果数据发送周期不小于一天，则可连续工作5年。本终端可根据设定的时间，定期把存储的数据通过GPRS自动传送到主站管理中心，传完数据终端将自动关闭GPRS模块的工作电源，这样既实现了数据远传，又节省了能源和成本。

本终端硬件是工业级设计，工作温度范围-30℃～+80℃，产品防水设计，防水等级高，终端可跟总表一起安装在坑里，产品在恶劣环境下能稳定运行。本发明的其他主要技术参数如下：防水等级：IP65，工作电源：3.6V锂电池，工作电流：待机≤15μA，采样工作≤400μA，GPRS通讯≤300mA，工作时间：一天发送一次数据，电池可使用5年，采样精度：读数误差＜0.1‰，时钟精度：1天误差＜1秒，采样时段设置：4个采样存储时段(可由软件设定)，数据存储量：32Kbyte，每15分钟存一流量数据，可存储45天，工作温度：-30～+80℃。

Claims (3)

1.一种用于水表流量分析和结算的低功耗GPRS数据采集终端，该低功耗GPRS数据采集终端的电路包括电源、中央处理器CPU、采样传感器和采样滤波电路即RC滤波电路，其特征在于该终端的电路还包括数据存储器RAM、GPRS模块、电源切换控制电路和串口电平转换RS232电路，该终端采用模块化及低功耗设计，其中CPU设有6个8位I/O端口，并直接与数据存储器RAM的端口连接，采样传感器的信号输出端通过采样滤波即RC滤波电路的输出端连接到CPU的输入端，设计时，让CPU处于睡眠状态并等待外部信号中断或定时器中断，当水表产生脉冲时会触发CPU外部中断，CPU判断该脉冲为有效脉冲时进行计数，即CPU进入工作状态，脉冲累计量存储在外部数据存储器RAM中，同时CPU还会通过设定的时间间隔将各时段的累计流量数据存储于外部数据存储器RAM中，通过存储的各时段数据，不仅能计算出各时段的平均流量，也能准确计算出水表的日、月和年用量，CPU设有两个串口，其中一个串口经过三态门电路连接至GPRS模块的通讯口，并能在通讯时接通，不通讯时切断连接，即让该串口在不工作时进入待机状态，另一个串口与串口电平转换RS232电路连接并能通过其与主机通讯，两个串口在没有通讯时将自动进入待机状态，所述CPU的一个信号输出端口与电源切换控制电路相连接，电源切换控制电路连接至GPRS模块的端口，CPU根据工作需要通过电源切换控制电路开通或切断对GPRS模块的供电，所述RAM中存储的累计流量数据、各时段的平均流量、以及水表的日、月和年用量经由CPU的串口通过电平转换RS232电路与主机通讯，RAM中存储的累计流量数据经由CPU的串口通过三态门电路连接的GPRS网络传送给主机管理系统。

2. 根据权利要求1所述的低功耗GPRS数据采集终端，其特征在于所述GPRS数据采集终端为低功耗设计，并采用一节或一节以上锂电池为供电电源。

3. 根据权利要求2所述的低功耗GPRS数据采集终端，其特征在于作为供电电源的电池是一至二节3.6V锂电池。

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