CN102810226B - 低功耗高精度热量表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低功耗高精度热量表。现有的热量表精度一般为国家2-3级标准，且存在耗能高问题。本发明中的韦根信号采集模块采集管道中的流量信息，输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块采集分别采集进水温度和回水温度，输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；按键控制模块的输出端、液晶显示模块的输入端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接。存储模块、阀门控制模块、读写卡模块和红外通信模块分别与MCU处理控制模块的I/O口信号连接。本发明对两个PT1000测温传感器不需要参数匹配要求，可以提高效率，提高精度。采用Cortex-M3内核设计的32位单片机后，功耗更低。

Description

低功耗高精度热量表

技术领域

本发明属于仪器仪表技术领域，涉及一种低功耗高精度热量表。

背景技术

21世纪初,国家建设部等八部委提出了新的热量计量方法，对供暖比较集中的城市使用单户热量计费的制度，但是直到今天，热量表并没有大面积普及开来，究其原因主要有两个方面：首先热量计量的测量精确低，第二是热量表的核心—计算器电路功耗过大。热量表的使用寿命不长。现在国内热量表一般都采用美国MSP430CPU作计算器电路，而计算器电路是热量表的核心，它在静态时功耗需要10-20μA，一般工作状态时功耗要达到40-50μA。且CJ-128-2007标准规定，采用一节一次性锂电池寿命必须大于6年。很多热量表厂家的精度只能达到国家2-3级标准，部分厂家即使出厂时能达到2级标准精度，过了几年后，由于电池本身损耗和计算器功耗过高等原因，电子电路无法在欠压下正常工作。从而导致计量精度无法保证准确。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，采用了国际上首次公布最新的、处理功能最强、速度最快、功耗最低的挪威“小壁虎”MCU--EFM32微处理器芯片，发明了低功耗高精度热量表的计算器电路。适用于超声波和预付费热量表。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

低功耗高精度热量表包括电源模块、按键控制模块、存储模块、阀门控制模块、读写卡模块、红外通信模块、MCU处理控制模块、韦根信号采集模块、温度测量模块和液晶显示模块。

韦根信号采集模块采集管道中的流量信息，韦根信号采集模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块采集分别采集进水温度和回水温度；按键控制模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；液晶显示模块的输入端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块、存储模块、阀门控制模块、读写卡模块和红外通信模块分别与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；电源模块为按键控制模块、阀门控制模块、读写卡模块、MCU处理控制模块和韦根信号采集模块提供电源。

所述的电源模块包括稳压模块和掉电检测模块，外部输入的电压经稳压模块后输出3.0V电压，当外部输入的电压低于2.0V时，掉电检测模块发送信号给MCU处理控制模块。

所述的稳压模块包括第一接插件J1、第一二极管D1、法拉电容E1、第一电解电容E2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、稳压芯片U2。

第一接插件J1的1脚接地、第一二极管D1的阳极通过第一接插件J1的2脚接外部输入电压；第一二极管D1的阴极分别与法拉电容E1的正极、稳压芯片U2的3脚连接，稳压芯片U2的2脚接第一电解电容E2的正极，该脚输出3.0V电压；法拉电容E1的负极、稳压芯片U2的1脚、第一电解电容E2的负极均接地。

第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6并联在第二稳压芯片U2的2脚和地之间；所述的稳压芯片U2型号为BL8064-3.0。

所述的掉电检测模块包括掉电检测芯片U3，掉电检测芯片U3的2脚接外部输入的电压，掉电检测芯片U3的3脚接地，掉电检测芯片U3的1脚接MCU芯片U1的13脚；所述的掉电检测芯片U3的型号为BL8506-2.0。

所述的阀门控制模块包括第二接插件J2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第七电容C7和第八电容C8。

第一电阻R1的一端与MCU芯片U1的19脚连接，第一电阻R1的另一端分别与第一MOS管Q1的栅极、第三MOS管Q3的栅极连接。

第二电阻R2的一端与MCU芯片U1的32脚连接，第二电阻R2的另一端分别与第二MOS管Q2的栅极、第四MOS管Q4的栅极连接。

第三MOS管Q3的源极、第四MOS管Q4的源极接地，第三MOS管Q3的漏极与第一MOS管Q1的漏极连接，第四MOS管Q4的漏极与第二MOS管Q2的漏极连接；第一MOS管Q1的源极分别与第二MOS管Q2的源极、第五MOS管Q5的源极、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端连接，第五电阻R5的另一端通过第二接插件J2的3脚与MCU芯片U1的28脚连接，第六电阻R6的另一端通过第二接插件J2的2脚与MCU芯片U1的29脚连接。

第五MOS管Q5的栅极与第四电阻R4的一端连接，第五MOS管Q5的漏极、第三电阻R3的一端均接3.0V电压，第四电阻R4的另一端、第三电阻R3的另一端、第七电容C7的一端均与MCU芯片U1的18脚连接，第七电容C7的另一端接地。

第八电容C8的一端与第三MOS管Q3的漏极、第一MOS管Q1的漏极连接，第八电容C8的另一端与第四MOS管Q4的漏极、第二MOS管Q2的漏极连接；第三MOS管Q3的漏极、第一MOS管Q1的漏极通过第二接插件J2的5脚还与直流电机的一个输入端连接，第四MOS管Q4的漏极、第二MOS管Q2的漏极通过第二接插件J2的4脚还与直流电机的另一个输入端连接，第二接插件J2的1脚接地，所述的直流电机用于驱动阀门的开关，其型号为RF-300。

所述的韦根信号采集模块包括第三接插件J3、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第一三极管Q6和第二三极管Q7。

第三接插件J3的1脚接地，第九电容C9的一端、第八电阻R8的一端、第十一电容C11的一端通过第三接插件J3的2脚与韦根传感器的一个输出端连接。

第八电阻R8的另一端接地，第九电容C9的另一端分别与第七电阻R7的一端，第一三极管Q6的基极连接，第七电阻R7的另一端、第一三极管Q6的发射极接3.0V电压；第一三极管Q6的集电极分别与第九电阻R9的一端、第十电容C10的一端、MCU芯片U1的38脚连接，第九电阻R9的另一端、第十电容C10的另一端接地。

第十一电容C11的另一端分别与第二三极管Q7的基极、第十一电阻R11的一端连接，第二三极管Q7的发射极、第十一电阻R11的另一端均接地，第二三极管Q7的集电极、第十电阻R10的一端、第十二电容C12的一端与MCU芯片U1的37脚连接，第十电阻R10的另一端接3.0V电压，第十二电容C12的另一端接地。

所述的温度测量模块包括第四接插件J4、第五接插件J5、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第二电解电容E3。

第四接插件J4的1脚和2脚分别与进水口处的铂电阻PT1000的输出端连接，第五接插件J5的1脚和2脚分别与回水口处的铂电阻PT1000的输出端连接；第四接插件J4的2脚还与MCU芯片U1的46脚连接，第五接插件J5的1脚还与MCU芯片U1的47脚连接，第四接插件J4的1脚还分别与第五接插件J5的2脚、第十二电阻R12的一端、第十三电阻R13的一端、第二电解电容E3的正极连接，第十二电阻R12的另一端接MCU芯片U1的22脚，第十三电阻R13的另一端接MCU芯片U1的36脚，第二电解电容E3的负极接地。

所述的按键控制模块包括按键K1和第十四电阻R14，按键K1的一端、第十四电阻R14的一端与MCU芯片U1的21脚连接，按键K1的另一端接地，第十四电阻R14的另一端接3.0V电压。

所述的存储模块包括存储芯片U4、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第十三电容C13。

存储芯片U4的1脚、2脚、3脚和4脚接地，存储芯片U4的5脚、第十六电阻R16的一端与MCU芯片U1的34脚连接，存储芯片U4的6脚、第十五电阻R15的一端与MCU芯片U1的35脚连接，存储芯片U4的7脚、第十三电容C13的一端接地，存储芯片U4的8脚、第十三电容C13的另一端、第十五电阻R15的另一端、第十六电阻R16的另一端均与MCU芯片U1的31脚连接；所述的存储芯片U4的型号为24C16。所述的液晶显示模块选用4×23共92段的LCD。

所述的MCU处理控制模块包括MCU芯片U1、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、晶振Y1和JTAG接口J7。

第十五电容C15的一端、晶振Y1的一端与MCU芯片U1的15脚连接，第十六电容C16的一端、晶振Y1的另一端与MCU芯片U1的16脚连接，第十五电容C15的另一端、第十六电容C16的另一端接地，第十四电容C14的一端与MCU芯片U1的40脚连接，第十四电容C14的另一端接地，JTAG接口J7的1脚接3.0V电压，4脚接MCU芯片U1的48脚，6脚接MCU芯片U1的20脚，7脚接MCU芯片U1的49脚，9脚接MCU芯片U1的50脚，8脚和10脚接地，其它脚悬空；所述的MCU芯片U1的型号为EFM32TG840F32。

所述的红外通信模块包括红外接收头U5、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第十七电容C16、第三三极管Q8、第四三极管Q9和红外发送管D2，红外接收头U5的1脚接第二十二电阻R22的一端，红外接收头U5的3脚、第二十二电阻R22的另一端和第十七电容C16的一端均与MCU芯片U1的33脚连接，第十七电容C16的另一端接地，红外接收头U5的2脚接地；所述的红外接收头U5的型号为HS-0038。

第十七电阻R17的一端、第十八电阻R18的一端均与MCU芯片U1的24脚连接，第十七电阻R17的另一端、第三三极管Q8的发射极均与MCU芯片U1的33脚连接，第十八电阻R18的另一端与第三三极管Q8的基极连接。

第十九电阻R19的一端、第二十电阻R20的一端均与MCU芯片U1的30脚连接，第十九电阻R19的另一端与第四三极管Q9的基极连接，第二十电阻R20的另一端与MCU芯片U1的33脚连接，第四三极管Q9的发射极连接与第三三极管Q8的集电极连接，第四三极管Q9的集电极与第二十一电阻R21的一端连接，第二十一电阻R21的另一端与红外发送管D2的阳极连接，红外发送管D2的阴极接地。

所述的读写卡模块包括刷卡电源检测模块、分频模块、刷卡感应模块和信号放大模块，刷卡电源检测模块为其它模块供电，分频模块提供基准频率信号给刷卡感应模块，刷卡感应模块接信号放大模块。

所述的刷卡电源检测模块包括第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第二十四电容C24和第六MOS管Q13，第三十三电阻R33的一端、第三十四电阻R34的一端、第二十四电容C24的一端均与MCU芯片U1的17脚连接，第二十四电容C24的另一端接地，第三十三电阻R33的另一端和第六MOS管Q13的源极与3.0V电压连接。

所述的分频模块包括分频芯片U6、第五三极管Q10、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第十八电容C18、第十九电容C19和晶振Y2。

分频芯片U6的4脚与分频芯片U6的12脚连接，分频芯片U6的5脚分别与第五三极管Q10的发射极、第二十四电阻R24的一端连接，第五三极管Q10的基极与第二十三电阻R23的一端连接，第二十三电阻R23的另一端与MCU芯片U1的14脚连接，第五三极管Q10的集电极接地；分频芯片U6的10脚分别与晶振Y2的一端、第二十五电阻R25的一端、第十八电容C18的一端连接，分频芯片U6的11脚分别与晶振Y2的另一端、第二十五电阻R25的一端、第十九电容C19的一端连接，第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端接地，分频芯片U6的16脚与刷卡电源检测模块中的第六MOS管Q13的漏极连接，分频芯片U6的其它脚悬空，所述的分频芯片U6的型号为74HC4060。

所述的刷卡感应模块包括第六三极管Q11、第七三极管Q12、电感L1、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十七电容C27、第二十六电阻R26和第二二极管D3；第六三极管Q11的基极、第七三极管Q12的基极均与分频模块中的第二十四电阻R24的另一端连接，第六三极管Q11的集电极与刷卡电源检测模块中的第六MOS管Q13的漏极连接，第六三极管Q11的发射极、第七三极管Q12的发射极与电感L1的一端连接，第七三极管Q12的集电极、第二十一电容C21的一端、第二十六电阻R26的一端、第二十七电容C27的一端接地，电感L1的另一端分别与第二十电容C20的一端、第二二极管D3的阳极连接，第二十电容C20的另一端与第二十一电容C21的另一端连接；第二二极管D3的阴极分别与第二十六电阻R26的另一端、第二十七电容C27的另一端、第二十二电容C22的一端连接。

所述的信号放大模块包括信号放大芯片U7、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32和第二十三电容C23，信号放大芯片U7的1脚与第二十三电容C23的一端连接，信号放大芯片U7的2脚分别与第二十七电阻R27的一端、第二十八电阻R28的一端、第二十九电阻R29的一端连接，第二十七电阻R27的另一端、信号放大芯片U7的3脚与刷卡感应模块中的第二十二电容C22的另一端连接，信号放大芯片U7的4脚、第二十九电阻R29的另一端接地；信号放大芯片U7的5脚分别与第二十三电容C23的另一端、第三十电阻R30的一端连接，信号放大芯片U7的6脚分别与第三十电阻R30的另一端、第三十一电阻R31的一端、第三十二电阻R32的一端连接，第三十二电阻R32的另一端接地；信号放大模块的7脚与2脚连接并作为信号放大模块的输出端，第二十八电阻R28的另一端、信号放大模块的8脚和第三十一电阻R31的另一端均与刷卡电源检测模块中的第六MOS管Q13的漏极连接，所述的信号放大芯片U7的型号为LM358。

本发明的有益效果：

温度检测处理对两个PT1000测温传感器不需要参数匹配要求，可以减低时耗和成本，提高效率，提高精度，达到了国家1级表的准确度。

采用Cortex-M3内核设计的32位单片机后，比传统的430单片机处理能力更强,功耗更低,低功耗模式下唤醒时间更短，大大减低了电路的功耗，静态工作电流小于4μA，一般工作电流小于12μA.延长了电池的使用寿命，达到节能效果。

充值方式改变，本发明在热量表预付费卡上通过账费分离方式，使用户费用更加安全可靠，达到了保护消费者的利益。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中电源模块电路图；

图3为本发明中阀门控制模块电路图；

图4为本发明中韦根信号采集模块电路图；

图5为本发明中温度测量模块电路图；

图6为本发明中按键控制模块电路图；

图7为本发明中存储模块电路图；

图8为本发明中液晶显示模块电路图；

图9为本发明中MCU处理控制模块电路图；

图10为本发明中红外通信模块电路图；

图11为本发明中读写卡模块模块电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例包括电源模块1、按键控制模块2、存储模块3、阀门控制模块4、读写卡模块5、红外通信模块6、MCU处理控制模块7、韦根信号采集模块8、温度测量模块9和液晶显示模块10。

韦根信号采集模块采集管道中的流量信息，韦根信号采集模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块采集分别采集进水温度和回水温度；按键控制模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；液晶显示模块的输入端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块、存储模块、阀门控制模块、读写卡模块和红外通信模块分别与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；电源模块为按键控制模块、阀门控制模块、读写卡模块、MCU处理控制模块和韦根信号采集模块提供电源。

如图2所示，电源模块包括稳压模块和掉电检测模块，外部输入的电压经稳压模块后输出3.0V电压，当外部输入的电压低于2.0V时，掉电检测模块发送信号给MCU处理控制模块。

所述的稳压模块包括第一接插件J1、第一二极管D1、法拉电容E1、第一电解电容E2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、稳压芯片U2。

第一接插件J1的1脚接地、第一二极管D1的阳极通过第一接插件J1的2脚接外部输入电压；第一二极管D1的阴极分别与法拉电容E1的正极、稳压芯片U2的3脚连接，稳压芯片U2的2脚接第一电解电容E2的正极，该脚输出3.0V电压；法拉电容E1的负极、稳压芯片U2的1脚、第一电解电容E2的负极均接地。

第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6并联在第二稳压芯片U2的2脚和地之间；所述的稳压芯片U2型号为BL8064-3.0。

所述的掉电检测模块包括掉电检测芯片U3，掉电检测芯片U3的2脚接外部输入的电压，掉电检测芯片U3的3脚接地，掉电检测芯片U3的1脚接MCU芯片U1的13脚；所述的掉电检测芯片U3的型号为BL8506-2.0。

如图3所示，阀门控制模块包括第二接插件J2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第七电容C7和第八电容C8。

第一电阻R1的一端与MCU芯片U1的19脚连接，第一电阻R1的另一端分别与第一MOS管Q1的栅极、第三MOS管Q3的栅极连接。

第二电阻R2的一端与MCU芯片U1的32脚连接，第二电阻R2的另一端分别与第二MOS管Q2的栅极、第四MOS管Q4的栅极连接。

第三MOS管Q3的源极、第四MOS管Q4的源极接地，第三MOS管Q3的漏极与第一MOS管Q1的漏极连接，第四MOS管Q4的漏极与第二MOS管Q2的漏极连接；第一MOS管Q1的源极分别与第二MOS管Q2的源极、第五MOS管Q5的源极、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端连接，第五电阻R5的另一端通过第二接插件J2的3脚与MCU芯片U1的28脚连接，第六电阻R6的另一端通过第二接插件J2的2脚与MCU芯片U1的29脚连接。

第五MOS管Q5的栅极与第四电阻R4的一端连接，第五MOS管Q5的漏极、第三电阻R3的一端均接3.0V电压，第四电阻R4的另一端、第三电阻R3的另一端、第七电容C7的一端均与MCU芯片U1的18脚连接，第七电容C7的另一端接地。

第八电容C8的一端与第三MOS管Q3的漏极、第一MOS管Q1的漏极连接，第八电容C8的另一端与第四MOS管Q4的漏极、第二MOS管Q2的漏极连接；第三MOS管Q3的漏极、第一MOS管Q1的漏极通过第二接插件J2的5脚还与直流电机的一个输入端连接，第四MOS管Q4的漏极、第二MOS管Q2的漏极通过第二接插件J2的4脚还与直流电机的另一个输入端连接，第二接插件J2的1脚接地，所述的直流电机用于驱动阀门的开关，其型号为RF-300。

如图4所示，韦根信号采集模块包括第三接插件J3、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第一三极管Q6和第二三极管Q7。

第三接插件J3的1脚接地，第九电容C9的一端、第八电阻R8的一端、第十一电容C11的一端通过第三接插件J3的2脚与韦根传感器的一个输出端连接。

第八电阻R8的另一端接地，第九电容C9的另一端分别与第七电阻R7的一端，第一三极管Q6的基极连接，第七电阻R7的另一端、第一三极管Q6的发射极接3.0V电压；第一三极管Q6的集电极分别与第九电阻R9的一端、第十电容C10的一端、MCU芯片U1的38脚连接，第九电阻R9的另一端、第十电容C10的另一端接地。

第十一电容C11的另一端分别与第二三极管Q7的基极、第十一电阻R11的一端连接，第二三极管Q7的发射极、第十一电阻R11的另一端均接地，第二三极管Q7的集电极、第十电阻R10的一端、第十二电容C12的一端与MCU芯片U1的37脚连接，第十电阻R10的另一端接3.0V电压，第十二电容C12的另一端接地。

如图5所示，温度测量模块包括第四接插件J4、第五接插件J5、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第二电解电容E3。

第四接插件J4的1脚和2脚分别与进水口处的铂电阻PT1000的输出端连接，第五接插件J5的1脚和2脚分别与回水口处的铂电阻PT1000的输出端连接；第四接插件J4的2脚还与MCU芯片U1的46脚连接，第五接插件J5的1脚还与MCU芯片U1的47脚连接，第四接插件J4的1脚还分别与第五接插件J5的2脚、第十二电阻R12的一端、第十三电阻R13的一端、第二电解电容E3的正极连接，第十二电阻R12的另一端接MCU芯片U1的22脚，第十三电阻R13的另一端接MCU芯片U1的36脚，第二电解电容E3的负极接地。

在铂电阻PT1000使用前，需要对其进行温度修正，修正成恒温槽相同的温度，分别修正传感器低温和高温，做出每个传感器的温度和阻值的对应关系，得出高精度的测量温度，这样能使该表达到1级表水准。

热表测量使用时，单片机定时测量PT1000的值，然后将测量值带入修正好的温度--阻值函数关系里，计算出温度，得出进水和回水的真实温度差值，供计算热量使用。

两个铂电阻PT1000在硬件电路上设计成使用相同的充放电电解电容E3，使用相同的放电比对电阻，保证两个PT1000有相同的放电电路。MCU芯片U1自带高精度度恒流源，矫正温度时，将两个PT1000放置在相同的恒温槽中，分别对两个铂电阻PT1000充电。充电电容E3充电达到设定的充电电压值时，比较器正端获得中断信号，MCU芯片U1控制停止充电，并记录充电时间，此时MCU芯片U1控制放电电阻开始放电，当放电电容E3电压低于设定的放电电压值时，比较器正端获得中断信号，MCU芯片U1控制停止放电，并记录充电时间。放电电阻选用高精度电阻，通过比对充电放电时间，计算出放电电阻，选用高精度固定阻值电阻，通过比对充电放电时间和固定电阻的比例，计算出PT1000的阻值，其主要过程是先充电一次，用电阻R13放电一次，对比出PT1000的值，然后再充电一次，用电阻R12放一次，对比出PT1000的值，最后两个值再求平均值，作为真实值，计算出PT1000的值后，再根据阻值得出温度值。

如图6所示，按键控制模块包括按键K1和第十四电阻R14，按键K1的一端、第十四电阻R14的一端与MCU芯片U1的21脚连接，按键K1的另一端接地，第十四电阻R14的另一端接3.0V电压。

如图7和图8所示，存储模块包括存储芯片U4、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第十三电容C13。

存储芯片U4的1脚、2脚、3脚和4脚接地，存储芯片U4的5脚、第十六电阻R16的一端与MCU芯片U1的34脚连接，存储芯片U4的6脚、第十五电阻R15的一端与MCU芯片U1的35脚连接，存储芯片U4的7脚、第十三电容C13的一端接地，存储芯片U4的8脚、第十三电容C13的另一端、第十五电阻R15的另一端、第十六电阻R16的另一端均与MCU芯片U1的31脚连接；所述的存储芯片U4的型号为24C16。所述的液晶显示模块选用4×23共92段的LCD。

如图9所示，MCU处理控制模块包括MCU芯片U1、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、晶振Y1和JTAG接口J7。

第十五电容C15的一端、晶振Y1的一端与MCU芯片U1的15脚连接，第十六电容C16的一端、晶振Y1的另一端与MCU芯片U1的16脚连接，第十五电容C15的另一端、第十六电容C16的另一端接地，第十四电容C14的一端与MCU芯片U1的40脚连接，第十四电容C14的另一端接地，JTAG接口J7的1脚接3.0V电压，4脚接MCU芯片U1的48脚，6脚接MCU芯片U1的20脚，7脚接MCU芯片U1的49脚，9脚接MCU芯片U1的50脚，8脚和10脚接地，其它脚悬空；MCU芯片U1的型号为EFM32TG840F32，参见图8。

如图10所示，红外通信模块包括红外接收头U5、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第十七电容C16、第三三极管Q8、第四三极管Q9和红外发送管D2，红外接收头U5的1脚接第二十二电阻R22的一端，红外接收头U5的3脚、第二十二电阻R22的另一端和第十七电容C16的一端均与MCU芯片U1的33脚连接，第十七电容C16的另一端接地，红外接收头U5的2脚接地；所述的红外接收头U5的型号为HS-0038。

第十七电阻R17的一端、第十八电阻R18的一端均与MCU芯片U1的24脚连接，第十七电阻R17的另一端、第三三极管Q8的发射极均与MCU芯片U1的33脚连接，第十八电阻R18的另一端与第三三极管Q8的基极连接。

第十九电阻R19的一端、第二十电阻R20的一端均与MCU芯片U1的30脚连接，第十九电阻R19的另一端与第四三极管Q9的基极连接，第二十电阻R20的另一端与MCU芯片U1的33脚连接，第四三极管Q9的发射极连接与第三三极管Q8的集电极连接，第四三极管Q9的集电极与第二十一电阻R21的一端连接，第二十一电阻R21的另一端与红外发送管D2的阳极连接，红外发送管D2的阴极接地。

如图11所示，读写卡模块包括刷卡电源检测模块、分频模块、刷卡感应模块和信号放大模块，刷卡电源检测模块为其它模块供电，分频模块提供基准频率信号给刷卡感应模块，刷卡感应模块接信号放大模块。

所述的刷卡电源检测模块包括第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第二十四电容C24和第六MOS管Q13，第三十三电阻R33的一端、第三十四电阻R34的一端、第二十四电容C24的一端均与MCU芯片U1的17脚连接，第二十四电容C24的另一端接地，第三十三电阻R33的另一端和第六MOS管Q13的源极与3.0V电压连接。

所述的分频模块包括分频芯片U6、第五三极管Q10、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第十八电容C18、第十九电容C19和晶振Y2。

分频芯片U6的4脚与分频芯片U6的12脚连接，分频芯片U6的5脚分别与第五三极管Q10的发射极、第二十四电阻R24的一端连接，第五三极管Q10的基极与第二十三电阻R23的一端连接，第二十三电阻R23的另一端与MCU芯片U1的14脚连接，第五三极管Q10的集电极接地；分频芯片U6的10脚分别与晶振Y2的一端、第二十五电阻R25的一端、第十八电容C18的一端连接，分频芯片U6的11脚分别与晶振Y2的另一端、第二十五电阻R25的一端、第十九电容C19的一端连接，第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端接地，分频芯片U6的16脚与刷卡电源检测模块中的第六MOS管Q13的漏极连接，分频芯片U6的其它脚悬空，所述的分频芯片U6的型号为74HC4060。

所述的刷卡感应模块包括第六三极管Q11、第七三极管Q12、电感L1、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十七电容C27、第二十六电阻R26和第二二极管D3；第六三极管Q11的基极、第七三极管Q12的基极均与分频模块中的第二十四电阻R24的另一端连接，第六三极管Q11的集电极与刷卡电源检测模块中的第六MOS管Q13的漏极连接，第六三极管Q11的发射极、第七三极管Q12的发射极与电感L1的一端连接，第七三极管Q12的集电极、第二十一电容C21的一端、第二十六电阻R26的一端、第二十七电容C27的一端接地，电感L1的另一端分别与第二十电容C20的一端、第二二极管D3的阳极连接，第二十电容C20的另一端与第二十一电容C21的另一端连接；第二二极管D3的阴极分别与第二十六电阻R26的另一端、第二十七电容C27的另一端、第二十二电容C22的一端连接。

所述的信号放大模块包括信号放大芯片U7、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32和第二十三电容C23，信号放大芯片U7的1脚与第二十三电容C23的一端连接，信号放大芯片U7的2脚分别与第二十七电阻R27的一端、第二十八电阻R28的一端、第二十九电阻R29的一端连接，第二十七电阻R27的另一端、信号放大芯片U7的3脚与刷卡感应模块中的第二十二电容C22的另一端连接，信号放大芯片U7的4脚、第二十九电阻R29的另一端接地；信号放大芯片U7的5脚分别与第二十三电容C23的另一端、第三十电阻R30的一端连接，信号放大芯片U7的6脚分别与第三十电阻R30的另一端、第三十一电阻R31的一端、第三十二电阻R32的一端连接，第三十二电阻R32的另一端接地；信号放大模块的7脚与2脚连接并作为信号放大模块的输出端，第二十八电阻R28的另一端、信号放大模块的8脚和第三十一电阻R31的另一端均与刷卡电源检测模块中的第六MOS管Q13的漏极连接，所述的信号放大芯片U7的型号为LM358。

本发明的工作过程为：系统上电后先通过稳压模块后输出3.0V电压，当外部输入的电压低于2.0V时，掉电检测模块发送信号给MCU处理控制模块，MCU处理控制模块通过液晶显示模块发出低电压警告。在电压正常情况下，系统进行初始化，读取表内预付费信息，存储模块中的表具信息并进行显示。完成上述工作后，该表进入计量状态，通过韦根信号采集模块、温度测量模块分别读取流量信号和两个温度信号，根据上述三个信号计量热量如下：

其中Q表示系统释放或吸收的热量，单位为J；q _m 表示流经热能表的水的质量流量，单位为kg/h ；q _v 表示流经热能表的水的体积流量，单位为m³/h；ρ 表示流经热能表的水的密度，单位为kg/m³ ；Δh表示在热交换系统进口和出口温度下水的焓值差，单位为J/kg；τ表示时间，单位为h。根据累积得到的热量，自动扣除账户上的费用，当账户上的费用为零时，通过阀门控制模块驱动直流电机关闭管道。

该表还设置按键控制模块，用来实现表功能的切换，主要有启动读写卡程序、红外通信程序，分别由读写卡模块和红外通信模块来实现。在平时这两个模块分别处于休眠状态，经权威机构检测，静态功耗3-4微安，一般工作状态下功耗10-12微安，比美国430芯片不论在静态或工作状态下功耗都低3/4。这样一节2.5Ah一次性锂电池正常工作寿命可大于十年以上，有效地保证了表具的低功耗。当按键控制模块检测到有按键信号时，启动相应的读写卡模块和红外通信模块，读写卡模块感知外界的预付费卡，然后将预付费卡的信息读入，经MCU处理控制模块处理后，再将卡内信息的状态要写回卡里面，用户的预付费卡只存储用户的信息,不存储用户的交易金额,当用户需要充值时由热能公司通过Mbus方式直接充值,通过这种账费分离方式，避免了当用户卡丢失时,热量表的余额不会丢失,只需要补办一张卡即可，达到了保护消费者的利益。而红外通信模块主要是实现表具的遥控功能。

上述具体实施方式用来解释本发明，而不是对发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种低功耗高精度热量表，包括电源模块、按键控制模块、存储模块、阀门控制模块、读写卡模块、红外通信模块、MCU处理控制模块、韦根信号采集模块、温度测量模块和液晶显示模块，其特征在于：韦根信号采集模块采集管道中的流量信息，韦根信号采集模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块分别采集进水温度和回水温度；按键控制模块的输出端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；液晶显示模块的输入端与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；温度测量模块、存储模块、阀门控制模块、读写卡模块和红外通信模块分别与MCU处理控制模块的I/O口信号连接；电源模块为按键控制模块、阀门控制模块、读写卡模块、MCU处理控制模块和韦根信号采集模块提供电源；

所述的MCU处理控制模块包括MCU芯片U1、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、晶振Y1和JTAG接口J7；

第十五电容C15的一端、晶振Y1的一端与MCU芯片U1的15脚连接，第十六电容C16的一端、晶振Y1的另一端与MCU芯片U1的16脚连接，第十五电容C15的另一端、第十六电容C16的另一端接地，第十四电容C14的一端与MCU芯片U1的40脚连接，第十四电容C14的另一端接地，JTAG接口J7的1脚接3.0V电压，4脚接MCU芯片U1的48脚，6脚接MCU芯片U1的20脚，7脚接MCU芯片U1的49脚，9脚接MCU芯片U1的50脚，8脚和10脚接地，其它脚悬空；所述的MCU芯片U1的型号为EFM32TG840F32；液晶显示模块选用4×23共92段的LCD。

2.根据权利要求1所述的低功耗高精度热量表，其特征在于：所述的电源模块包括稳压模块和掉电检测模块，外部输入的电压经稳压模块后输出3.0V电压，当外部输入的电压低于2.0V时，掉电检测模块发送信号给MCU处理控制模块；

所述的稳压模块包括第一接插件J1、第一二极管D1、法拉电容E1、第一电解电容E2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、稳压芯片U2；

第一接插件J1的1脚接地、第一二极管D1的阳极通过第一接插件J1的2脚接外部输入电压；第一二极管D1的阴极分别与法拉电容E1的正极、稳压芯片U2的3脚连接，稳压芯片U2的2脚接第一电解电容E2的正极，该脚输出3.0V电压；法拉电容E1的负极、稳压芯片U2的1脚、第一电解电容E2的负极均接地；第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6并联在第二稳压芯片U2的2脚和地之间；所述的稳压芯片U2型号为BL8064-3.0；

所述的掉电检测模块包括掉电检测芯片U3，掉电检测芯片U3的2脚接外部输入的电压，掉电检测芯片U3的3脚接地，掉电检测芯片U3的1脚接MCU芯片U1的13脚；所述的掉电检测芯片U3的型号为BL8506-2.0。

3.根据权利要求1所述的低功耗高精度热量表，其特征在于：所述的阀门控制模块包括第二接插件J2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第七电容C7和第八电容C8；

第一电阻R1的一端与MCU芯片U1的19脚连接，第一电阻R1的另一端分别与第一MOS管Q1的栅极、第三MOS管Q3的栅极连接；

第二电阻R2的一端与MCU芯片U1的32脚连接，第二电阻R2的另一端分别与第二MOS管Q2的栅极、第四MOS管Q4的栅极连接；

第三MOS管Q3的源极、第四MOS管Q4的源极接地，第三MOS管Q3的漏极与第一MOS管Q1的漏极连接，第四MOS管Q4的漏极与第二MOS管Q2的漏极连接；第一MOS管Q1的源极分别与第二MOS管Q2的源极、第五MOS管Q5的源极、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端连接，第五电阻R5的另一端通过第二接插件J2的3脚与MCU芯片U1的28脚连接，第六电阻R6的另一端通过第二接插件J2的2脚与MCU芯片U1的29脚连接；

第五MOS管Q5的栅极与第四电阻R4的一端连接，第五MOS管Q5的漏极、第三电阻R3的一端均接3.0V电压，第四电阻R4的另一端、第三电阻R3的另一端、第七电容C7的一端均与MCU芯片U1的18脚连接，第七电容C7的另一端接地；

第八电容C8的一端与第三MOS管Q3的漏极、第一MOS管Q1的漏极连接，第八电容C8的另一端与第四MOS管Q4的漏极、第二MOS管Q2的漏极连接；第三MOS管Q3的漏极、第一MOS管Q1的漏极通过第二接插件J2的5脚还与直流电机的一个输入端连接，第四MOS管Q4的漏极、第二MOS管Q2的漏极通过第二接插件J2的4脚还与直流电机的另一个输入端连接，第二接插件J2的1脚接地，所述的直流电机用于驱动阀门的开关，其型号为RF-300。

4.根据权利要求1所述的低功耗高精度热量表，其特征在于：

所述的韦根信号采集模块包括第三接插件J3、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第一三极管Q6和第二三极管Q7；

第三接插件J3的1脚接地，第九电容C9的一端、第八电阻R8的一端、第十一电容C11的一端通过第三接插件J3的2脚与韦根传感器的一个输出端连接；

第八电阻R8的另一端接地，第九电容C9的另一端分别与第七电阻R7的一端，第一三极管Q6的基极连接，第七电阻R7的另一端、第一三极管Q6的发射极接3.0V电压；第一三极管Q6的集电极分别与第九电阻R9的一端、第十电容C10的一端、MCU芯片U1的38脚连接，第九电阻R9的另一端、第十电容C10的另一端接地；

第十一电容C11的另一端分别与第二三极管Q7的基极、第十一电阻R11的一端连接，第二三极管Q7的发射极、第十一电阻R11的另一端均接地，第二三极管Q7的集电极、第十电阻R10的一端、第十二电容C12的一端与MCU芯片U1的37脚连接，第十电阻R10的另一端接3.0V电压，第十二电容C12的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的低功耗高精度热量表，其特征在于：

所述的温度测量模块包括第四接插件J4、第五接插件J5、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第二电解电容E3；

第四接插件J4的1脚和2脚分别与进水口处的铂电阻PT1000的输出端连接，第五接插件J5的1脚和2脚分别与回水口处的铂电阻PT1000的输出端连接；第四接插件J4的2脚还与MCU芯片U1的46脚连接，第五接插件J5的1脚还与MCU芯片U1的47脚连接，第四接插件J4的1脚还分别与第五接插件J5的2脚、第十二电阻R12的一端、第十三电阻R13的一端、第二电解电容E3的正极连接，第十二电阻R12的另一端接MCU芯片U1的22脚，第十三电阻R13的另一端接MCU芯片U1的36脚，第二电解电容E3的负极接地。

6.根据权利要求1所述的低功耗高精度热量表，其特征在于：

所述的按键控制模块包括按键K1和第十四电阻R14，按键K1的一端、第十四电阻R14的一端与MCU芯片U1的21脚连接，按键K1的另一端接地，第十四电阻R14的另一端接3.0V电压。

7.根据权利要求1所述的低功耗高精度热量表，其特征在于：

所述的存储模块包括存储芯片U4、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第十三电容C13；

存储芯片U4的1脚、2脚、3脚和4脚接地，存储芯片U4的5脚、第十六电阻R16的一端与MCU芯片U1的34脚连接，存储芯片U4的6脚、第十五电阻R15的一端与MCU芯片U1的35脚连接，存储芯片U4的7脚、第十三电容C13的一端接地，存储芯片U4的8脚、第十三电容C13的另一端、第十五电阻R15的另一端、第十六电阻R16的另一端均与MCU芯片U1的31脚连接；所述的存储芯片U4的型号为24C16。

8.根据权利要求1所述的低功耗高精度热量表，其特征在于：

所述的红外通信模块包括红外接收头U5、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第十七电容C17、第三三极管Q8、第四三极管Q9和红外发送管D2，红外接收头U5的1脚接第二十二电阻R22的一端，红外接收头U5的3脚、第二十二电阻R22的另一端和第十七电容C17的一端均与MCU芯片U1的33脚连接，第十七电容C17的另一端接地，红外接收头U5的2脚接地；所述的红外接收头U5的型号为HS-0038；

第十七电阻R17的一端、第十八电阻R18的一端均与MCU芯片U1的24脚连接，第十七电阻R17的另一端、第三三极管Q8的发射极均与MCU芯片U1的33脚连接，第十八电阻R18的另一端与第三三极管Q8的基极连接；

第十九电阻R19的一端、第二十电阻R20的一端均与MCU芯片U1的30脚连接，第十九电阻R19的另一端与第四三极管Q9的基极连接，第二十电阻R20的另一端与MCU芯片U1的33脚连接，第四三极管Q9的发射极连接与第三三极管Q8的集电极连接，第四三极管Q9的集电极与第二十一电阻R21的一端连接，第二十一电阻R21的另一端与红外发送管D2的阳极连接，红外发送管D2的阴极接地。

9.根据权利要求1所述的低功耗高精度热量表，其特征在于：

所述的读写卡模块包括刷卡电源检测模块、分频模块、刷卡感应模块和信号放大模块，刷卡电源检测模块为其它模块供电，分频模块提供基准频率信号给刷卡感应模块，刷卡感应模块接信号放大模块；

所述的刷卡电源检测模块包括第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第二十四电容C24和第六MOS管Q13，第三十三电阻R33的一端、第三十四电阻R34的一端、第二十四电容C24的一端均与MCU芯片U1的17脚连接，第二十四电容C24的另一端接地，第三十三电阻R33的另一端和第六MOS管Q13的源极与3.0V电压连接；

所述的分频模块包括分频芯片U6、第五三极管Q10、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第十八电容C18、第十九电容C19和晶振Y2；

分频芯片U6的4脚与分频芯片U6的12脚连接，分频芯片U6的5脚分别与第五三极管Q10的发射极、第二十四电阻R24的一端连接，第五三极管Q10的基极与第二十三电阻R23的一端连接，第二十三电阻R23的另一端与MCU芯片U1的14脚连接，第五三极管Q10的集电极接地；分频芯片U6的10脚分别与晶振Y2的一端、第二十五电阻R25的一端、第十八电容C18的一端连接，分频芯片U6的11脚分别与晶振Y2的另一端、第二十五电阻R25的一端、第十九电容C19的一端连接，第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端接地，分频芯片U6的16脚与刷卡电源检测模块中的第六MOS管Q13的漏极连接，分频芯片U6的其它脚悬空，所述的分频芯片U6的型号为74HC4060；

所述的刷卡感应模块包括第六三极管Q11、第七三极管Q12、电感L1、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十七电容C27、第二十六电阻R26和第二二极管D3；第六三极管Q11的基极、第七三极管Q12的基极均与分频模块中的第二十四电阻R24的另一端连接，第六三极管Q11的集电极与刷卡电源检测模块中的第六MOS管Q13的漏极连接，第六三极管Q11的发射极、第七三极管Q12的发射极与电感L1的一端连接，第七三极管Q12的集电极、第二十一电容C21的一端、第二十六电阻R26的一端、第二十七电容C27的一端接地，电感L1的另一端分别与第二十电容C20的一端、第二二极管D3的阳极连接，第二十电容C20的另一端与第二十一电容C21的另一端连接；第二二极管D3的阴极分别与第二十六电阻R26的另一端、第二十七电容C27的另一端、第二十二电容C22的一端连接；

所述的信号放大模块包括信号放大芯片U7、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32和第二十三电容C23，信号放大芯片U7的1脚与第二十三电容C23的一端连接，信号放大芯片U7的2脚分别与第二十七电阻R27的一端、第二十八电阻R28的一端、第二十九电阻R29的一端连接，第二十七电阻R27的另一端、信号放大芯片U7的3脚与刷卡感应模块中的第二十二电容C22的另一端连接，信号放大芯片U7的4脚、第二十九电阻R29的另一端接地；信号放大芯片U7的5脚分别与第二十三电容C23的另一端、第三十电阻R30的一端连接，信号放大芯片U7的6脚分别与第三十电阻R30的另一端、第三十一电阻R31的一端、第三十二电阻R32的一端连接，第三十二电阻R32的另一端接地；信号放大模块的7脚与2脚连接并作为信号放大模块的输出端，第二十八电阻R28的另一端、信号放大模块的8脚和第三十一电阻R31的另一端均与刷卡电源检测模块中的第六MOS管Q13的漏极连接，所述的信号放大芯片U7的型号为LM358。