CN102074074A

CN102074074A - 预付费无线智能燃气表

Info

Publication number: CN102074074A
Application number: CN 201010594679
Authority: CN
Inventors: 高柱荣; 罗源伟; 刘洪林; 梁文耕; 张有坚; 傅云生
Original assignee: GUILIN LITONG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUILIN LITONG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: CN102074074B

Abstract

本发明公开一种预付费无线智能燃气表，包括与嵌入式处理器相连的计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元、显示单元和RF模块。其中RF模块主要由RF收发器、功率放大电路、天线匹配电路和射频收发天线构成。其中功率放大电路包括信号接收前置放大电路、信号发射前置放大电路、以及2个四通道双级双掷的射频端模拟开关和天线端模拟开关，信号接收前置放大电路和信号发射前置放大电路分别并联在射频端模拟开关和天线端模拟开关之间。本燃气表能够完成网络互联，燃气经营和管理机构难以实现对所有燃气用户的管理与调控的不足，提供一种预付费无线智能燃气表。

Description

预付费无线智能燃气表

技术领域

本发明涉及燃气抄表领域，具体涉及一种预付费无线智能燃气表。

背景技术

人工抄表方式一直是最传统的燃气抄表方式，煤气表的作用是记录用户使用的气量，然后由抄表在一段时间内进行统计，并折算出相应的费用向用户收取，这种工作方式的缺点是工作量大，而且因为各种原因常常出现无法收到钱的情况，造成了燃气经营企业的巨大经济负担。随着电子技术的发展，我国燃气行业开始推广使用IC卡预付费燃气表，这种IC卡预付费燃气表上设有IC卡座或近距离的射频模块，燃气用户将预存有燃气费用的IC卡插入IC卡座或与射频模块接触后实现扣费，此时燃气表上的中央控制系统开启燃气表上的进气或出气电磁阀。这种IC卡预付费燃气表虽然有效地解决了抄表入户问题，解决了收费难的问题，但是随着燃气行业的发展，管理日益精细化，单纯的IC卡预收费方式不能有效解决气量实时统计，燃气经营和管理机构不能随时了解燃气用户的使用信息、以及远程控制表内电磁阀的开关，此外也不能给运行调度、财务核算带来更多的帮助。

为了实现对所有燃气用户的管理与调控，就需要建立一个由IC卡预付费燃气表、燃气中继站和燃气总控中心所组成的燃气网络。考虑到燃气使用用户遍布范围广泛，上述燃气网络最好通过无线连接方式进行组网，虽然一部分的IC卡预付费燃气表上带有射频模块，但该射频模块也仅能实现近距离(如5米内)的数据传输，无法构成一个可行的预付费无线燃气抄表系统。因此需要对现有的IC卡预付费燃气表进行进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有IC卡预付费燃气表无法完成网络互联，燃气经营和管理机构难以实现对所有燃气用户的管理与调控的不足，提供一种预付费无线智能燃气表。

为解决上述问题，本发明所设计的一种预付费无线智能燃气表，包括电源、嵌入式处理器、计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元和显示单元，上述计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元和显示单元均与嵌入式处理器相连接；所述嵌入式处理器上还接有RF模块，该RF模块主要由RF收发器、功率放大电路、天线匹配电路和射频收发天线构成；其中功率放大电路包括信号接收前置放大电路、信号发射前置放大电路、以及2个四通道双级双掷的射频端模拟开关和天线端模拟开关，信号接收前置放大电路和信号发射前置放大电路分别并联在射频端模拟开关和天线端模拟开关的2组输出口之间，且射频端模拟开关的输入口连接RF收发器，天线端模拟开关的输入口则经过天线匹配电路与射频收发天线相连；射频端模拟开关和天线端模拟开关的2组控制端口分别控制口分别相连。

上述方案中，所述信号发射前置放大电路主要由电容及电感构成的平衡滤波电路、电感及电容构成的LC谐振电路、射频放大晶体管、电感及电容构成的2个LC滤波电路、电容构成的晶体管电源滤波电路、偏压电阻、以及限流电阻构成。天线端模拟开关的第一输出口经过平衡滤波电路、LC谐振电路和第一LC滤波电路连接在射频放大晶体管的漏极上；该射频放大晶体管的漏极还分别与晶体管电源滤波电路和电源输出端口连接，射频放大晶体管的源极接地；射频放大晶体管的栅极分为两路，一路经电容连接在射频端模拟开关的第一输出口上，另一路则经过第二LC滤波电路、偏压电阻和限流电阻分别连接在RF收发器的第一控制端上；上述RF收发器的第一控制端的一路经过电阻、及电容构成的第一RC滤波电路与射频端模拟开关的第一控制端相连；另一路则经过电阻及电容构成的第二RC滤波电路连接在天线端模拟开关的第一控制端上。

上述方案中，所述信号前置接收电路主要由电感及电容构成的滤波去耦电路、射频三极管、电阻、电容及电感构成的波型整形电路、双极性三极管、以及电阻及电容和构成的滤波反馈电路的构成。天线端模拟开关中的第二输出口经过滤波去耦电路连接至射频三极管的基极；射频三极管的发射极接地；射频三极管的集电极的一路经电容直接与射频端模拟开关的第二输出口相连；另一路则通过波型整形电路分别连接至双极性三极管的第二集电极上和电源输出端口上；双极性三极管的第二发射极、第二基极和第一集电极经过滤波反馈电路连接至电源输入端；双极性三极管的第一发射极接地；双极性三极管的第一基极经电阻连接在RF收发器的第二控制端(RF_TXC_GDO2)上；上述RF收发器的第二控制端(RF_TXC_GDO2)一路经过电阻与射频端模拟开关的第二控制端相连，另一路则经过电阻及电容构成的第三RC滤波电路连接在天线端模拟开关的第二控制端上。

上述方案中，所述天线匹配电路为双T型匹配电路。

上述方案中，所述嵌入式处理器最好还接有一WIFI模块，且该WIFI模块与一无线收发天线相连。

上述方案中，所述嵌入式处理器上最好还接有一EVDO模块，且EVDO模块内置有一分级收发天线。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、采用双功率放大设计使天线接收的信号和RF收发器送至天线发射信号分别采用不同的功放进行处理后再送到指定的电路，这样使得IC卡读写单元既能够满足功率的要求，也能够满足远距离的收发需要，同时也能有效避免电路板中对射频敏感的电路和器件的情况，以及模块周围其他仪表的干扰问题；

2、天线匹配电路采用双T型匹配电路设计，同时配以适合的藕合电容及电感参数，在增强天线发射频率和强度的前提下，使得功率到负载上实现最佳功率值的匹配；

3、通过附加EVDO通信模块和/或WIFI通信模块来提高燃气表的适用范围，从而能够有效避免单一无线通信方式所带来的使用盲区、提高数据传输的可靠性；

4、本发明通过改进燃气表的通信方式，使得燃气表能够经由燃气中继站与燃气总控中心进行无线联网，从而能让燃气经营和管理机构实时了解燃气用户的使用信息、以及远程控制表内电磁阀的开关，为运行调度、财务核算带来更多的帮助。

附图说明

图1为本发明一种优选实施例的电路原理图；

图2为RF模块的电路原理图。

具体实施方式

图1为本发明一种预付费无线智能燃气表的电路原理图，其主要由电源、嵌入式处理器、计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元、显示单元和RF模块构成；计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元、显示单元和RF模块均与嵌入式处理器相连接。其中RF模块主要由RF收发器、功率放大电路、天线匹配电路和射频收发天线构成。其中功率放大电路包括信号接收前置放大电路、信号发射前置放大电路、以及2个四通道双级双掷的射频端模拟开关U8和天线端模拟开关U7，信号接收前置放大电路和信号发射前置放大电路分别并联在射频端模拟开关U8和天线端模拟开关U7的2组输出口之间，且射频端模拟开关U8的输入口连接RF收发器，天线端模拟开关U7的输入口则经过天线匹配电路与射频收发天线相连；射频端模拟开关U8和天线端模拟开关U7的2组控制端口分别相连。

本发明RF模块的电路原理图如图2所示，其中：

信号发射前置放大电路主要由电容C22、C23及电感L7、L9构成的平衡滤波电路；电感L1及电容C19构成的LC谐振电路；射频放大晶体管Q10；电感L17、及电容C33、C100构成的第一LC滤波电路；电感L6、及电容C35构成的第二LC滤波电路；电容C34、C36构成的晶体管电源滤波电路；偏压电阻R30、R38；以及限流电阻R44构成。天线端模拟开关U7的第一输出口经过平衡滤波电路、LC谐振电路和第一LC滤波电路连接在射频放大晶体管Q10的漏极上。该射频放大晶体管Q10的漏极还分别与晶体管电源滤波电路和电源输出端口PA_PWR连接，射频放大晶体管Q10的源极接地。射频放大晶体管Q10的栅极分为2路，一路经电容C45连接在射频端模拟开关U8的第一输出口上，另一路则经过第二LC滤波电路、偏压电阻和限流电阻分别连接在RF收发器的第一控制端RF_TXC_GDO0上。上述RF收发器的第一控制端RF_TXC_GDO0的一路经过电阻R37、及电容C12、C15构成的第一RC滤波电路与射频端模拟开关U8的第一控制端相连；另一路则经过电阻R25、及电容C29构成的第二RC滤波电路连接在天线端模拟开关U7的第一控制端上。

信号前置接收电路主要由电感L12及电容C37、C39构成的滤波去耦电路；射频三极管KST10MTF；电阻R34、R35、电容C42、C43、C87及电感L14构成的波型整形电路；双极性三极管BC847PN；以及电阻R26、R27及电容C30和构成的滤波反馈电路的构成。天线端模拟开关U7中的第二输出口经过滤波去耦电路连接至射频三极管KST10MTF的基极。射频三极管KST10MTF的发射极接地。射频三极管KST10MTF的集电极的一路经电容C40、C42直接与射频端模拟开关U8的第二输出口相连；另一路则通过波型整形电路分别连接至双极性三极管BC847PN的第二集电极上和电源输出端口RX_PWR上。双极性三极管BC847PN的第二发射极、第二基极和第一集电极经过滤波反馈电路连接至电源输入端口3V3。双极性三极管BC847PN的第一发射极接地。双极性三极管BC847PN的第一基极经电阻R28连接在RF收发器的第二控制端RF_TXC_GDO2上。上述RF收发器的第二控制端RF_TXC_GDO2一路经过电阻R36与射频端模拟开关U8的第二控制端相连，另一路则经过电阻R13及电容C28构成的第三RC滤波电路连接在天线端模拟开关U7的第二控制端上。

天线匹配电路采用双T型匹配电路，即包括电感L16及电容C49、C50构成的第一阻抗匹配电路；以及电感L16、L17及电容C50、C51、C52构成的第二阻抗匹配电路。第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的作用均是滤波和隔离高频信号，通过参数选择来实现最大限度的滤波和隔离。

RF模块的传输和控制功能采用433Mhz频段，实现的近距离的无线控制和传输，它不但可以接入智能家居无线管理网关，以实现家庭式集中管理的模式，而且燃气公司也可以借助RF模式对燃气表的访问。

为了实现预付费无线智能燃气表的多种通信模式，所述嵌入式处理器上还接有WIFI模块和EVDO模块。

WIFI(Wireless Fidelity无线收发)模块，采用的2.4GHz的频段进行无线数据的收发。该WIFI模块包括无线收发芯片及其外围电路，其中无线收发芯片的时钟由外部晶振及电容组成的振荡电路提供。本实用新型的WIFI模块采用的是LBWA18HEPZ模块，它是一个IEEE标准的WLAN 802.11b/g模块，该模块内部集成了WLAN芯片、电擦除存储器、低压差线性温压器、驱动及功率放大器、晶振、不平衡变压器和单刀双掷开关该模块内部结构。该模块中应用的88W8686SOC芯片是一个低成本、低功耗、集成了MAC/基带/射频/IEEE802.11a/b/g无线系统的高集成度的单片解决方案，载荷速率适合802.11a或者802.11g规定的6-54M bps，也可以满足802.11b所要求的1-11Mbps。无线收发芯片的VDD12、VDD18A、ANT_SEL_N端口分别通过电容对地藕合连接，目的是去除杂波干扰并选择天线极性输出。无线收发芯片的SCLK、MOSI、CSN、MISO与MCU SPI端连接，完成对WIFI模块的控制。无线收发芯片的TX2_OUTRX2_IN_ND之WIFI收发端分别通过电感和电容组成的2套天线发送匹配电路与无线收发天线相连，完成无线信号的收发。

EVDO模块是基于中国电信CDMA200网络的3G数据通信技术，中文名叫数据优化演进版本，该模块已经内置了分级收发天线。该EVDO模块的UIM_PWR、UIM_DATA、UIM_CLK、UIM_RST_N端口接到UIM卡插座，作为3G使用权限验证，EVDO模块的USB_D_N USB_D_P端口接至嵌入式处理器的USB接口，完成对EVDO模块的控制。该3G通信模块针对远距离大范围的监控管理模式，最适合以城市为范围经营的燃气公司。

Claims

1.预付费无线智能燃气表，包括电源、嵌入式处理器、计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元和显示单元，上述计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元和显示单元均与嵌入式处理器相连接；其特征在于：所述嵌入式处理器上还接有RF模块，该RF模块主要由RF收发器、功率放大电路、天线匹配电路和射频收发天线构成；其中功率放大电路包括信号接收前置放大电路、信号发射前置放大电路、以及2个四通道双级双掷的射频端模拟开关(U8)和天线端模拟开关(U7)，信号接收前置放大电路和信号发射前置放大电路分别并联在射频端模拟开关(U8)和天线端模拟开关(U7)的2组输出口之间，且射频端模拟开关(U8)的输入口连接RF收发器，天线端模拟开关(U7)的输入口则经过天线匹配电路与射频收发天线相连；射频端模拟开关(U8)和天线端模拟开关(U7)的2组控制端口分别相连。

2.根据权利要求1所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于：所述信号发射前置放大电路主要由电容(C22、C23)及电感(L7、L9)构成的平衡滤波电路；电感(L1)及电容(C19)构成的LC 谐振电路；射频放大晶体管(Q10)；电感(L17)及电容(C33、C100)构成的第一LC滤波电路；电感(L6)及电容(C35)构成的第二LC滤波电路；电容(C34、C36)构成的晶体管电源滤波电路；偏压电阻(R30、R38)；以及限流电阻(R44)构成；天线端模拟开关(U7)的第一输出口经过平衡滤波电路、LC谐振电路和第一LC滤波电路连接在射频放大晶体管(Q10)的漏极上；该射频放大晶体管(Q10)的漏极还分别与晶体管电源滤波电路和电源输出端(PA_PWR)连接，射频放大晶体管(Q10)的源极接地；射频放大晶体管(Q10)的栅极分为两路，一路经电容(C45)连接在射频端模拟开关(U8)的第一输出口上，另一路则经过第二LC滤波电路、偏压电阻和限流电阻分别连接在RF收发器的第一控制端(RF_TXC_GDO0)上；上述RF收发器的第一控制端(RF_TXC_GDO0)的一路经过电阻(R37)、及电容(C12、C15)构成的第一RC滤波电路与射频端模拟开关(U8)的第一控制端相连；另一路则经过电阻(R25)、及电容(C29)构成的第二RC滤波电路连接在天线端模拟开关(U7)的第一控制端上。

3.根据权利要求1所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于：所述信号前置接收电路主要由电感(L12)及电容(C37、C39)构成的滤波去耦电路；射频三极管(KST10MTF)；电阻(R34、R35)、电容(C42、C43、C87)及电感(L14)构成的波型整形电路；双极性三极管(BC847PN)；以及电阻(R26、R27)及电容(C30)和构成的滤波反馈电路的构成；天线端模拟开关(U7)中的第二输出口经过滤波去耦电路连接至射频三极管(KST10MTF)的基极；射频三极管(KST10MTF)的发射极接地；射频三极管(KST10MTF)的集电极的一路经电容(C40、C42)直接与射频端模拟开关(U8)的第二输出口相连，另一路则通过波型整形电路分别连接至双极性三极管(BC847PN)的第二集电极上和电源输出端口(RX_PWR)上；双极性三极管(BC847PN)的第二发射极、第二基极和第一集电极经过滤波反馈电路连接至电源输入端口(3V3)；双极性三极管(BC847PN)的第一发射极接地；双极性三极管(BC847PN)的第一基极经电阻(R28)连接在RF收发器的第二控制端(RF_TXC_GDO2)上；上述RF收发器的第二控制端(RF_TXC_GDO2)一路经过电阻(R36)与射频端模拟开关(U8)的第二控制端相连，另一路则经过电阻(R13)及电容(C28)构成的第三RC滤波电路连接在天线端模拟开关(U7)的第二控制端上。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于：所述天线匹配电路为双T型匹配电路。

5.根据权利要求1所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于：所述嵌入式处理器还接有一WIFI模块，且该WIFI模块与一无线收发天线相连。

6.根据权利要求1所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于：所述嵌入式处理器上还接有一EVDO模块，且EVDO模块内置有一分级收发天线。