CN103033228B - 一种二线制流量检测电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种不使用软件而是全部采用硬件逻辑控制的集成电路芯片作为核心控制部件，供电线与通讯线合二为一的流量检测电子装置，包括供电电源、时钟电路、上电复位电路、输入滤波保护电路、备用电池、二极管、电源滤波电解电容器、输入电阻、输入接口、两只干簧管、流量检测专用集成电路、干簧管滤波电路、门控电路、测线电路、电池检测电路以及通讯接收和发送电路；其中，时钟电路、上电复位电路、输入滤波保护电路、干簧管滤波电路、门控电路、测线电路、电池检测电路以及通讯接收和发送电路分别与流量检测专用集成电路相接，且干簧管滤波电路还与两只干簧管相接，电池检测电路还与供电电源相接，通讯接收和发送电路还与输入端相接。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测液体或气体流量的电子装置，特别提供一种采用专用芯片的二线制流量检测电子装置。
背景技术
随着电子信息技术的快速发展，许多传统的流量检测仪表通过增加电子装置，实现了仪表的信息化和智能化。例如，用于千家万户的水表，在表针上加装磁铁，并在该表针附近安装两只干簧管，即可提取水流量信息，在此基础上增加流量检测电子装置就可以做成各种智能化的水表。如卡式水表、无线电测控水表、有线测控水表等。目前，这类水表电子装置的核心部件几乎都采用单片计算机芯片，通过硬件和软件实现对水表信息的采集、处理、并实现各种管理功能。由于软件运行也存在失效的问题，虽然在大部分单片机中都配置了看门狗电路，但软件程序跑飞的故障并不能彻底根除。如果能用专用集成电路芯片——全部采用硬件逻辑控制的专用芯片，作为流量检测电子装置的核心部件，则可避免软件失效的问题，大大提高这类电子装置的运行可靠性。
另一方面，在有线测控水表中，如果能将通讯线与供电线合并使用，将连接线减少到两根，则可大大降低这种电子装置的施工难度和施工成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种不使用软件，而是全部采用硬件逻辑控制的专用集成电路芯片作为核心控制部件，供电线与通讯线合二为一的流量检测电子装置。
本发明具体提供了一种二线制流量检测电子装置，所述电子装置包括供电电源VCC、时钟电路、上电复位电路、输入滤波保护电路、备用电池B、二极管DB、电源滤波电解电容器E、输入电阻RI、输入接口JIN以及两只干簧管，即1#干簧管和2#干簧管，其特征是：所述电子装置还包括流量检测专用集成电路、干簧管滤波电路、门控电路、测线电路、电池检测电路以及通讯接收和发送电路；
其中，时钟电路、上电复位电路、输入滤波保护电路、干簧管滤波电路、门控电路、测线电路、电池检测电路以及通讯接收和发送电路分别与流量检测专用集成电路相接，且干簧管滤波电路还与两只干簧管相接，电池检测电路还与供电电源VCC相接，通讯接收和发送电路还与输入端VI相接。
本发明所述二线制流量检测电子装置，其特征是：流量检测专用集成电路是整个电子装置的控制核心，用于记录和存储流量数据，检测整个电子装置的工作状态，并根据工作状态发出控制信号，接收通讯指令，并根据通讯指令发送回复信号；
干簧管滤波电路用于滤除干簧管发出的异常信号，并把有用的流量信号发送给流量检测专用集成电路；
门控电路用于收到通讯指令后产生一个时间延迟信号，经此时间延迟后流量检测专用集成电路将接收指令的门关闭，同时将发送信号的门打开，并根据收到指令发送流量数据或电子装置的工作状态信号；
测线电路用于检测供电和通讯线路是否正常，当线路发生异常时电子装置自动转入电池供电状态，流量检测专用集成电路将对线路的异常情况做出记录并存储线路异常的信息；
电池检测电路用于电池供电时检测电池电压是否偏低，如果偏低，流量检测专用集成电路会记录该状态并存储该信息；
通讯接收和发送电路用于接收通讯指令，并根据通讯指令发送电子装置记录的流量数据和工作状态信息。
在上述结构的电路中，流量检测专用集成电路是由本发明专利申请人所研制的专用集成电路芯片，型号为DX0601，已另行申报发明专利，发明名称为“流量检测专用集成电路”。其特征是：所述流量检测专用集成电路包括流量异常解锁单元U1，指令接收单元U2，电机驱动控制单元U3，磁干扰及拆表检测单元U4，通讯线路检测单元U5，电机过载检测单元U6，电池电压检测单元U7，计数开关故障检测及脉冲产生单元U8，流量计数单元U9，系统时钟选择单元U10和数据发送单元U11；
其中，流量异常解锁单元U1用于流量检测异常时，向电机驱动控制单元U3发出关闭阀门的电机驱动信号并接收排除异常后的解锁信号；
指令接收单元U2用于接收来自外部的通讯指令，并根据指令向其它单元发出执行信号；
电机驱动控制单元U3用于驱动关闭或打开阀门的电机；
磁干扰及拆表检测单元U4用于检测外部异常磁场干扰流量检测干簧管的工作情况，并检测防拆表开关的工作情况，如发现异常，则向电机驱动控制单元U3发出关闭阀门的电机驱动信号，并记录异常状态；
通讯线路检测单元U5用于检测通讯线是否正常，如发现线路故障，则记录故障状态；
电机过载检测单元U6检测关闭和打开阀门时电机电流是否过载，如发现过载，则立即向电机驱动控制单元U3发出停止电机工作的信号，并记录过载状态；
电池电压检测单元U7用于检测备用电池电压是否正常，如发现电池电压偏低，则记录偏低状态；
计数开关故障检测及脉冲产生单元U8用于检测计数开关工作是否正常并产生计数脉冲，如发现计数开关工作异常，则记录异常状态；
流量计数单元U9用于流量计数，当外部指令发送流量数据时，则将数据转送数据发送单元U11，用于数据发送；
系统时钟选择单元U10用于系统时钟的产生和选择；
数据发送单元U11用于数据发送。
本发明所述二线制流量检测电子装置，其特征是：所述流量检测专用集成电路的流量异常解锁单元U1、指令接收单元U2、电机驱动控制单元U3、磁干扰及拆表检测单元U4、通讯线路检测单元U5、电机过载检测单元U6、电池电压检测单元U7、计数开关故障检测及脉冲产生单元U8、流量计数单元U9与系统时钟选择单元U10这十者之间相互连接；指令接收单元U2，系统时钟选择单元U10，数据发送单元U11这三者之间相互连接。
本发明所述二线制流量检测电子装置，没有运行软件，全部采用硬件逻辑控制，具有很高的长期运行可靠性，能够避免出现在流量检测电子装置中使用单片机存在的问题。又由于采用供电线与通讯线合并使用的二线制结构，为施工提供了便利，并降低了施工成本。因而具有显著的技术进步。可广泛用于液体或气体流量的测量，如水表、气表等仪表之中。
附图说明
图1本发明流量检测电子装置组成原理框图。
图2本发明流量检测电子装置电路原理图。
图3本流量检测专用集成电路的组成原理框图。
图4为流量检测专用集成电路的组成结构框图。
图5为流量异常解锁单元U1的逻辑电路图。
图6为指令接收单元U2的逻辑电路图。
图7为电机驱动控制单元U3的逻辑电路图。
图8为磁干扰及拆表检测单元U4的逻辑电路图。
图9为通讯线路检测单元U5的逻辑电路图。
图10为电机过载检测单元U6的逻辑电路图。
图11为电池电压检测单元U7的逻辑电路图。
图12为计数开关故障检测及脉冲产生单元U8的逻辑电路图。
图13为流量计数单元U9的逻辑电路图。
图14为系统时钟选择单元U10的逻辑电路图。
图15为数据发送单元U11的逻辑电路图。
图16为图6U2单元中JCNT24的逻辑电路图。
图17为图12U8单元中GHG的逻辑电路图。
图18为图13U9单元中ADD16的逻辑电路图。
图19为图14U10单元中ADD8的逻辑电路图。
图20为图15U11单元中SUB8（共有3个）的逻辑电路图。
图21为流量检测专用集成电路的封装和引脚尺寸图。
具体实施方式
实施例1
由图1可知，在本发明的组成原理中，包括两只干簧管，即1#干簧管和2#干簧管，还包括时钟电路、上电复位、输入滤波保护、备用电池B和二极管DB、电源滤波电解电容器E、输入电阻RI、输入接口JIN、流量检测专用集成电路、干簧管滤波电路、门控电路、测线电路、电池检测电路以及通讯接收和发送电路；其中时钟电路、上电复位电路与流量检测专用集成电路相接，干簧管滤波电路与两只干簧管相接，还与流量检测专用集成电路相接，门控电路与流量检测专用集成电路相接，测线电路与流量检测专用集成电路相接，电池检测电路与流量检测专用集成电路相接，还与供电电源VCC相接，通讯接收和发送电路与流量检测专用集成电路相接，还与输入端VI相接。
图2是本实施例的电路原理图。R1，R2，C1组成时钟电路；R3，C2组成上电复位电路；R5，R7，C4组成1#干簧管滤波电路；R4，R6，C3组成2#干簧管滤波电路；R8，C5组成门控电路；R9，C6组成测线电路；R10，R11，R12，C7，NB组成电池检测电路；R13，R14，NI组成通讯接收和发送电路；R15，TVS，C8组成输入滤波保护电路；输入接口JIN为二线接口，即是通讯接口，也是供电接口；RI为输入保护电阻；E为电源滤波电解电容器；B为备用电池，与二极管DB共同组成备用供电电路。
图2中，流量检测专用集成电路DX0601是整个电子装置的控制核心，采用DX0601型专用集成电路，其组成原理框图如图3所示，包括流量异常解锁单元U1，指令接收单元U2，电机驱动控制单元U3，磁干扰及拆表检测单元U4，通讯线路检测单元U5，电机过载检测单元U6，电池电压检测单元U7，计数开关故障检测及脉冲产生单元U8，流量计数单元U9，系统时钟选择单元U10和数据发送单元U11；其中流量异常解锁单元U1、指令接收单元U2、电机驱动控制单元U3、磁干扰及拆表检测单元U4、通讯线路检测单元U5、电机过载检测单元U6、电池电压检测单元U7、计数开关故障检测及脉冲产生单元U8、流量计数单元U9与系统时钟选择单元U10这十者之间相互连接；指令接收单元U2，系统时钟选择单元U10，数据发送单元U11这三者之间相互连接。流量检测专用集成电路中暂时不使用的一些引脚可以悬空，未定义内部空着没有使用的引脚如第2引脚用字符NC标注。
流量异常解锁单元U1用于流量检测异常时，向电机驱动控制单元U3发出关闭阀门的电机驱动信号并接收排除异常后的解锁信号，它与21引脚UNLOCK，17引脚RESET相接（如图4所示）；指令接收单元U2用于接收来自外部的通讯指令，并根据指令向其它单元发出执行信号，它与11引脚CMDCP，12引脚GT，9引脚ENCP相接；电机驱动控制单元U3用于驱动关闭或打开阀门的电机，它与17引脚RESET，24引脚NSW1，26引脚NSW0，29引脚VB，28引脚OPEN，30引脚NOPEN，32引脚CLOSE，33引脚NCLOSE相接；磁干扰及拆表检测单元U4用于检测外部异常磁场干扰流量检测干簧管的工作情况并检测防拆表开关的工作情况，如发现异常，则向电机驱动控制单元U3发出关闭阀门的电机驱动信号，并记录异常状态，它与46引脚G1B，47引脚G1，44引脚G2B，45引脚G2，37引脚GC，39引脚HGB，41引脚HG，17引脚RESET相接；通讯线路检测单元U5用于检测通讯线是否正常，如发现线路故障，则记录故障状态，它与11引脚CMDCP，17引脚RESET，13引脚WIRE相接；电机过载检测单元U6检测关闭和打开阀门时电机电流是否过载，如发现过载，则立即向电机驱动控制单元U3发出停止电机工作的信号，并记录过载状态，它与34引脚MOTEB，36引脚MOTE，17引脚RESET相接；电池电压检测单元U7用于检测备用电池电压是否正常，如发现电池电压偏低，则记录偏低状态，它与23引脚VBE，17引脚RESET相接；计数开关故障检测及脉冲产生单元U8用于检测计数开关工作是否正常并产生计数脉冲，如发现计数开关工作异常，则记录异常状态，它与46引脚G1B，47引脚G1，44引脚G2B，45引脚G2，37引脚GC，24引脚NSW1，17引脚RESET相接；流量计数单元U9用于流量计数，当外部指令发送流量数据时，则将数据转送数据发送单元U11，用于数据发送，它与17引脚RESET相接；系统时钟选择单元U10用于系统时钟的产生和选择，它与1引脚SEL，7引脚CLK1，5引脚CLK2，3引脚CLK3，9引脚ENCP相接；数据发送单元U11用于数据发送，它与17引脚RESET，9引脚ENCP，15引脚CPOUT，24引脚NSW1，26引脚NSW0相接。
各单元的逻辑电路图如图5~15所示，图16~20是部分单元元件的逻辑电路图，图21为该专用集成电路的封装和引脚尺寸图。
该装置工作过程如下：当1#干簧管和2#干簧管各闭合一次后，流量检测专用集成电路内部记录一个流量单位，当外部控制设备向本电子装置发来通讯信号后，（通讯信号为一串约定的脉冲），这些信号通过电阻R14进入流量检测专用集成电路的CMDCP端口，流量检测专用集成电路根据通讯信号的指令，经过一个门控GT时间延时后，通过CPOUT端口发出回复信号，这些回复信号可以是流量信号，也可以是本电子装置的工作状态信号。当外部的二根连线出现断线故障时，测线电路的WIRE端电平发生变化，这时整个电子装置由备用电池B通过二极管DB向电源端VCC供电，由于整个装置的耗电量可以控制在十个微安之内，备用电池B的容量不需要太大，在备用电池B供电时，通过电池检测电路的输出电压VBE，可以判断电池的电压是正常还是偏低。
在本实施例中，仅使用了DX0601型专用集成电路构成流量检测电子装置的最基本功能，还有一些功能，例如磁干扰检测，拆表检测，驱动开关阀门电机功能等并不是所有流量检测电子装置中都必须具备的，在实施例中没有列出。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种二线制流量检测电子装置，所述电子装置包括供电电源(VCC)、时钟电路、上电复位电路、输入滤波保护电路、备用电池(B)、二极管(DB)、电源滤波电解电容器(E)、输入电阻(RI)、输入接口(JIN)，其特征是：所述电子装置还包括两只干簧管，即1#干簧管和2#干簧管，流量检测专用集成电路、干簧管滤波电路、门控电路、测线电路、电池检测电路以及通讯接收和发送电路；
其中，时钟电路、上电复位电路、输入滤波保护电路、干簧管滤波电路、门控电路、测线电路、电池检测电路以及通讯接收和发送电路分别与流量检测专用集成电路相接，且干簧管滤波电路还与两只干簧管相接，电池检测电路还与供电电源(VCC)相接，通讯接收和发送电路还与输入端(VI)相接；流量检测专用集成电路是整个电子装置的控制核心，用于记录和存储流量数据，检测整个电子装置的工作状态，并根据工作状态发出控制信号，接收通讯指令，并根据通讯指令发送回复信号；
干簧管滤波电路用于滤除干簧管发出的异常信号，并把有用的流量信号发送给流量检测专用集成电路；
门控电路用于收到通讯指令后产生一个时间延迟信号，经此时间延迟后流量检测专用集成电路将接收指令的门关闭，同时将发送信号的门打开，并根据收到指令发送流量数据或电子装置的工作状态信号；
测线电路用于检测供电和通讯线路是否正常，当线路发生异常时电子装置自动转入电池供电状态，流量检测专用集成电路将对线路的异常情况做出记录并存储线路异常的信息；
电池检测电路用于电池供电时检测电池电压是否偏低，如果偏低，流量检测专用集成电路会记录该状态并存储该信息；
通讯接收和发送电路用于接收通讯指令，并根据通讯指令发送电子装置记录的流量数据和工作状态信息。
2.按照权利要求1所述二线制流量检测电子装置，其特征是：所述流量检测专用集成电路包括流量异常解锁单元(U1)，指令接收单元(U2)，电机驱动控制单元(U3)，磁干扰及拆表检测单元(U4)，通讯线路检测单元(U5)，电机过载检测单元(U6)，电池电压检测单元(U7)，计数开关故障检测及脉冲产生单元(U8)，流量计数单元(U9)，系统时钟选择单元(U10)和数据发送单元(U11)；
其中，流量异常解锁单元(U1)用于流量检测异常时，向电机驱动控制单元(U3)发出关闭阀门的电机驱动信号并接收排除异常后的解锁信号；
指令接收单元(U2)用于接收来自外部的通讯指令，并根据指令向其它单元发出执行信号；
电机驱动控制单元(U3)用于驱动关闭或打开阀门的电机；
磁干扰及拆表检测单元(U4)用于检测外部异常磁场干扰流量检测干簧管的工作情况，并检测防拆表开关的工作情况，如发现异常，则向电机驱动控制单元(U3)发出关闭阀门的电机驱动信号，并记录异常状态；
通讯线路检测单元(U5)用于检测通讯线是否正常，如发现线路故障，则记录故障状态；
电机过载检测单元(U6)检测关闭和打开阀门时电机电流是否过载，如发现过载，则立即向电机驱动控制单元(U3)发出停止电机工作的信号，并记录过载状态；
电池电压检测单元(U7)用于检测备用电池电压是否正常，如发现电池电压偏低，则记录偏低状态；
计数开关故障检测及脉冲产生单元(U8)用于检测计数开关工作是否正常并产生计数脉冲，如发现计数开关工作异常，则记录异常状态；
流量计数单元(U9)用于流量计数，当外部指令发送流量数据时，则将数据转送数据发送单元(U11)，用于数据发送；
系统时钟选择单元(U10)用于系统时钟的产生和选择；
数据发送单元(U11)用于数据发送。
3.按照权利要求2所述二线制流量检测电子装置，其特征是：所述流量检测专用集成电路的流量异常解锁单元(U1)、指令接收单元(U2)、电机驱动控制单元(U3)、磁干扰及拆表检测单元(U4)、通讯线路检测单元(U5)、电机过载检测单元(U6)、电池电压检测单元(U7)、计数开关故障检测及脉冲产生单元(U8)、流量计数单元(U9)与系统时钟选择单元(U10)这十者之间相互连接；指令接收单元(U2)，系统时钟选择单元(U10)，数据发送单元(U11)这三者之间相互连接。
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