CN103869738B - 一种无源抄表计数装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无源抄表计数装置，包括单片机间歇工作控制装置、非电池储电器件、充电电源、总线、切换电路和总线器件，非电池储电器件电连接在总线与单片机间歇工作控制装置之间，非电池储电器件用于为单片机间歇工作控制装置提供电源，切换电路分别与总线、非电池储电器件和总线器件电连接，切换电路用于实现总线与总线器件的导通或总线与非电池储电器件的导通，充电电源与总线电连接，充电电源用于为非电池储电器件充电，单片机间歇工作控制装置用于完成计数工作，突破性地解决了现有技术中计数装置长期需要电池、电源供电工作的状况，且本发明中计数装置采用的非电池储存器件体积小、寿命长、工作稳定、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种计数装置，尤其是，适用于水、电、气、热表等计量仪表的计数装置或类似控制装置，具体的说，涉及一种无源抄表计数装置，属于电子技术领域。
背景技术
现有各种计量仪表的传感计数装置，一般是采用单片机采集计量传感信号的方式，如：中国专利20220531067.4、201110267269.2、201020544489.6中的所述，这些方式都是让单片机长期处于通电工作的状态，然后采集来自于传感器的脉冲或开关信号，无论信号来不来、什么时候来，单片机都要保持通电开机状态，由此带来了干扰、耗电、整机故障等问题。为了解决以上问题，本发明人设计了一种用于实现单片机间歇工作的控制装置，专利号为201320369068.8，所述控制装置采用单片机间歇工作的方式，使除本计数装置计数瞬间通电工作外，其余绝大部分时间都处于断电状态，整机耗电量大大降低，用纽扣电池即可长期供电工作，较好地解决了以上问题。但这一电路仍需要电池部件支持其工作，仍然存在着电池寿命、电池故障、电池更换的限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种无源抄表计数装置，采用非电池储电器件替代电池，使整个计数装置在没有电池的状况下正常工作，由于计数装置采用单片机间歇工作，且电路功耗极低，非电池储电器件的微小电量即可供给电路长期工作，突破性地解决了现有技术中计数装置长期需要电池、电源供电工作的状况，且本发明中计数装置采用的非电池储存器件体积小、寿命长、工作稳定、成本低。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述计数装置包括电连接的单片机间歇工作控制装置、非电池储电器件、充电电源、总线、切换电路和总线器件；
所述非电池储电器件的输入端与总线电连接，非电池储电器件的输出端与单片机间歇工作控制装置电连接，非电池储电器件用于为单片机间歇工作控制装置提供电源；
所述切换电路分别与总线、非电池储电器件和总线器件电连接，切换电路用于实现总线与总线器件的导通或总线与非电池储电器件的导通；
所述充电电源与总线电连接，充电电源用于为非电池储电器件充电；
所述单片机间歇工作控制装置用于完成计数工作。
一种优化方案，所述单片机间歇工作控制装置包括水表传感开关、开关电路、关机电路和计数电路；
所述水表传感开关与开关电路电连接，水表传感开关用于提供开关信号以控制开关电路的通断；
所述开关电路与计数电路电连接，开关电路用于实现将水表传感开关的开关信号传递至计数电路；
所述计数电路与关机电路电连接，计数电路用于完成计数工作并在完成计数后将信号传递至关机电路；
所述关机电路与开关电路电连接，关机电路用于控制开关电路的关闭。
另一种优化方案，所述非电池储电器件包括并联的超级电容C2和电池BAT，电池BAT串联有二极管D5，超级电容C2的正极与充电电源电连接，超级电容C2的负极接地，电池BAT的负极接地，电池BAT的正极与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极与超级电容C2的正极连接。
再一种优化方案，所述开关电路与非电池储电器件电连接，开关电路的负载电流小于0.1μA。
进一步的优化方案，所述开关电路包括稳压器U4、三极管Q5和三极管Q6，稳压器U4的输入端与三极管Q5的集电极连接，稳压器U4的输出端接电源，三极管Q5的发射极与二极管D5的阴极连接，三极管Q5的发射极与三极管Q5的基极之间连接有电阻R9，三极管Q5的基极与三极管Q6的集电极之间连接有电阻R10，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极经电阻R13接地，三极管Q6的基极与三极管Q5的集电极之间连接有电阻R12，电阻R12连接有二极管D6，三极管Q6的集电极与水表传感开关之间连接有电阻R11。
再进一步的优化方案，所述非电池储电器件与充电电源之间电连接有充电电路；
所述充电电路包括稳压器U3、电容C1和二极管D4，电容C1的一端与稳压器U3的输入端连接，电容C1的另一端接地，稳压器U3的输出端与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极与非电池储电器件电连接。
更进一步的优化方案，所述关机电路包括三极管Q7，三极管Q7的集电极与开关电路电连接，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极经电阻R14接计数电路，三极管Q7电连接有电阻R15，电阻R15的一端连接在三极管Q7的基极和电阻R14之间，电阻R15的另一端接地。
一种优化方案，所述切换电路包括桥式整流电路QL、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、二极管D1和稳压二极管D2，桥式整流电路QL的阴极连接端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与稳压二极管D2的阴极连接，稳压二极管D2的阳极连接有电阻R3，电阻R3经电阻R4接地，电阻R4连接在三极管Q1的基极与三极管Q1的发射极之间，三极管Q1的集电极经电阻R5与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极与二极管D1的阳极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q2的基极之间连接有电阻R6，三极管Q2的集电极与总线器件电连接，三极管Q3的发射极与三极管Q2的发射极连接，三极管Q3的基极与三极管Q2的基极连接，三极管Q3的集电极经电阻R7接地，三极管Q4的发射极与三极管Q3的发射极连接，三极管Q4的基极与三极管Q3的集电极连接，三极管Q4的集电极与充电电路电连接。
另一种优化方案，所述充电电源为总线自身的电源、外部电池、电源适配器或光能电池。
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：采用超级电容为单片机间歇工作控制装置提供电源，超级电容连接有充电电路，充电电路用于为超级电容充电，超级电容并联有电池，电池用于保证首次抄表的需求，同时，电池还作为备用电源，一旦充电电路出现故障，可以防止数据丢失，提高计数装置的可靠性，超级电容连接有开关电路，开关电路分别与水表传感开关、关机电路和计数电路电连接，水表传感开关用于控制开关电路的通断，当水表传感开关闭合时，开关电路导通，超级电容为计数电路提供电源，计数电路完成计数后，将信号传递至关机电路，关机电路用于控制开关电路关闭，所述计数装置实现零耗电状态，且计数过程中，开关电路的负载电流小于0.1μA，有效保证了超级电容为计数电路提供电源的可行性，且所需超级电容体积小、易于实现。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
附图1是本发明实施例中计数装置的电气原理框图；
附图2是本发明实施例中计数装置的电气原理图；
图中，
1-充电电源，2-充电电路，3-非电池储电器件，4-水表传感开关，5-开关电路，6-关机电路，7-计数电路，8-总线器件，9-切换电路，10-总线。
具体实施方式
实施例，如图1所示，一种无源抄表计数装置，包括充电电源1、充电电路2、非电池储电器件3、水表传感开关4、开关电路5、关机电路6、计数电路7、总线器件8、切换电路9和总线10，充电电源1通过总线10与切换电路9电连接，切换电路9分别与充电电路2和总线器件8电连接，切换电路9用于实现总线10与充电电路2或总线器件8的连通，总线器件8与计数电路7电连接，当外部主机与总线10电连接时，切换电路9连通总线10与总线器件8，当充电电源1与总线10电连接时，切换电路9连通充电电路2与总线10，充电电路2与非电池储电器件3电连接，充电电路2用于为非电池储电器件3充电，非电池储电器件3与开关电路5电连接，非电池储电器件3用于为开关电路5提供电源，开关电路5分别与水表传感开关4、关机电路6和计数电路7电连接，水表传感开关4用于接通开关电路5，当水表传感开关4闭合时，开关电路5导通，非电池储电器件3为计数电路7提供电源，计数电路7完成计数后，将信号传递至关机电路6，关机电路6用于控制开关电路5关闭，所述抄表计数装置实现零耗电状态。
如图2所示，所述充电电源1包括电源SBAT和二极管D3，电源SBAT的正极与二极管D3的阳极连接，二极管D3的阴极接总线10的正极，电源SBAT的负极接总线10的负极。
所述切换电路9包括桥式整流电路QL，桥式整流电路QL的阳极连接端接地，桥式整流电路QL的阴极连接端与总线器件8电连接，桥式整流电路QL的阳极、阴极连接端中的一个经电阻R1连接在总线10的负极，桥式整流电路QL的阳极、阴极连接端中的另一个经电阻R2连接在总线10的正极。
所述桥式整流电路QL与总线器件8之间连接有三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、二极管D1和稳压二极管D2，桥式整流电路QL的阴极连接端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与稳压二极管D2的阴极连接，稳压二极管D2的阳极连接有电阻R3，电阻R3经电阻R4接地，电阻R4连接在三极管Q1的基极与三极管Q1的发射极之间，三极管Q1的集电极经电阻R5与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极与二极管D1的阳极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q2的基极之间连接有电阻R6，三极管Q2的集电极与总线器件8电连接，三极管Q3的发射极与三极管Q2的发射极连接，三极管Q3的基极与三极管Q2的基极连接，三极管Q3的集电极经电阻R7接地，三极管Q4的发射极与三极管Q3的发射极连接，三极管Q4的基极与三极管Q3的集电极连接，三极管Q4的集电极与充电电路2电连接。
所述总线器件8包括收发器集成芯片U2，收发器集成芯片U2的型号为TSS721A，所述收发器集成芯片U2的输入端VB与三极管Q2的集电极连接，收发器集成芯片U2的逻辑电平调节端BAT接电源VCC，收发器集成芯片U2的调制电流调节输入端RIS经电阻R17接地，收发器集成芯片U2的采样电容连接端SC经电容C4接地，收发器集成芯片U2的接地端GND接地，收发器集成芯片U2的供电电容接入端STC经电容C5接地，收发器集成芯片U2的电流调节输入端RIDD经电阻R18接地，收发器集成芯片U2的数据输出端TX和收发器集成芯片U2的数据输入端RX与计数电路7电连接，收发器集成芯片U2的稳压输出端VDD分别与计数电路7和开关电路5电连接。
所述充电电路2包括稳压器U3、电容C1和二极管D4，稳压器U3的型号为HT7560，电容C1的一端通过电阻R8与三极管Q4的集电极连接，电容C1的另一端接地，稳压器U3的输入端连接在电容C1与电阻R8之间，稳压器U3的接地端接地，稳压器U3的输出端与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极与非电池储电器件3电连接。
所述非电池储电器件3的输入端与充电电路2电连接，非电池储电器件3的输出端与开关电路5电连接，非电池储电器件3包括并联的超级电容C2和电池BAT，电池BAT串联有二极管D5，超级电容C2的正极与二极管D4的阴极连接，超级电容C2的负极接地，电池BAT的负极接地，电池BAT的正极与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极与开关电路5连接。
所述开关电路5包括稳压器U4、三极管Q5和三极管Q6，稳压器U4的型号为HT7530，稳压器U4的输入端与三极管Q5的集电极连接，稳压器U4的接地端接地，稳压器U4的输出端用作计数电路7的电源，三极管Q5的发射极与二极管D5的阴极连接，三极管Q5的发射极与三极管Q5的基极之间连接有电阻R9，三极管Q5的基极与三极管Q6的集电极之间连接有电阻R10，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极经电阻R13接地，三极管Q6的基极与三极管Q5的集电极之间连接有电阻R12，电阻R12与收发器集成芯片U2的稳压输出端VDD之间连接有二极管D6。
所述水表传感开关4用于采集开关信号，每接收一个开关信号水表传感开关4闭合一次，本实施例水表传感开关4为干簧管开关K，干簧管开关K的一端接地，干簧管开关K的另一端与三极管Q6的集电极之间连接有电阻R11。
所述关机电路6包括三极管Q7，三极管Q7的集电极与三极管Q6的基极连接，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极经电阻R14接计数电路7，三极管Q7电连接有电阻R15，电阻R15的一端连接在三极管Q7的基极和电阻R14之间，电阻R15的另一端接地。
所述计数电路7包括电连接的单片机U1和三极管Q8，单片机U1的型号为C8051F300，单片机U1的串口通信接收口P05与收发器集成芯片U2的数据输出端TX连接，单片机U1的串口通信输出口P04与收发器集成芯片U2的数据输入端RX连接，单片机U1的正电源端VDD接电源，单片机U1的接地端GND接地，单片机U1的正电源端VDD与单片机U1的接地端GND之间连接有电容C3，单片机U1的复位端RSTCK接电源，单片机U1的输出口P02X1连接关机电路6，用于输出关机信号，单片机U1的输入口P06与三极管Q8电连接，用于识别当前状态是否为总线抄表状态，所述三极管Q8的集电极与单片机U1的输入口P06连接，三极管Q8的发射极接地，三极管Q8的基极经电阻R19与收发器集成芯片U2的稳压输出端VDD连接，电阻R19连接有电阻R20，电阻R20的一端连接在电阻R19和三极管Q8的基极之间，电阻R20的另一端接地。
为了保证超级电容C2的持续供电且体积小、使用方便，所述开关电路5的功耗必须足够小，开关电路5的负载电流应满足小于0.1μA。
每使用0.1方水，水表传感开关4闭合一次，按每户每月用水量10方计算，每个月水表传感开关4闭合100次，经计算，单片机U1的耗电量远小于超级电容C2的自漏电量，选用低漏电超级电容，可以存电四到五个月，所以一次充电，可以保证使用三个月，由于按规定每月一次抄表，所以此方案可以省掉电池。
但是电路中仍然存在一个电池BAT，由于从水表施工到住户有人，通常远超过三个月，况且也不会一入住就抄表充电，所以，即便是出厂将超级电容C2充满，仍不能保证首次抄表前超级电容C2仍然有电，电池BAT用于保证首次抄表的需求，同时，电池BAT还作为备用电源，一旦充电电路2出现故障，可以防止数据丢失。
所述切换电路9也可以采用其他的连接形式，只要可以实现总线10与总线器件8或总线10与非电池储电器件3的选择性导通即可。
所述超级电容C2也可以使用替他类型的非电池储电元器件替代，本发明采用非电池储电器件替代传统电池，在外部设备定期连接总线抄收数据时，通过来自总线上的电源为其充电，充电电源可以是总线自身的电源，也可以是外部电池、电源适配器或太阳能电池等。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明按照同样的原理，还可适应于电表、燃气表、热量表等计量和控制仪表，本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述计数装置包括电连接的单片机间歇工作控制装置、非电池储电器件（3）、充电电源（1）、总线（10）、切换电路（9）和总线器件（8）；
所述非电池储电器件（3）的输入端与总线（10）电连接，非电池储电器件（3）的输出端与单片机间歇工作控制装置电连接，非电池储电器件（3）用于为单片机间歇工作控制装置提供电源；
所述切换电路（9）分别与总线（10）、非电池储电器件（3）和总线器件（8）电连接，切换电路（9）用于实现总线（10）与总线器件（8）的导通或总线（10）与非电池储电器件（3）的导通；
所述充电电源（1）与总线（10）电连接，充电电源（1）用于为非电池储电器件（3）充电；
所述单片机间歇工作控制装置用于完成计数工作；
所述单片机间歇工作控制装置包括开关电路（5）；
所述开关电路（5）包括稳压器U4、三极管Q5和三极管Q6，稳压器U4的输入端与三极管Q5的集电极连接，稳压器U4的输出端接电源，三极管Q5的发射极连接有二极管D5的阴极，三极管Q5的发射极与三极管Q5的基极之间连接有电阻R9，三极管Q5的基极与三极管Q6的集电极之间连接有电阻R10，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极经电阻R13接地，三极管Q6的基极与三极管Q5的集电极之间连接有电阻R12，电阻R12连接有二极管D6，三极管Q6的集电极与水表传感开关（4）之间连接有电阻R11。
2.如权利要求1所述的一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述单片机间歇工作控制装置包括水表传感开关（4）、关机电路（6）和计数电路（7）；
所述水表传感开关（4）与开关电路（5）电连接，水表传感开关（4）用于提供开关信号以控制开关电路（5）的通断；
所述开关电路（5）与计数电路（7）电连接，开关电路（5）用于实现将水表传感开关（4）的开关信号传递至计数电路（7）；
所述计数电路（7）与关机电路（6）电连接，计数电路（7）用于完成计数工作并在完成计数后将信号传递至关机电路（6）；
所述关机电路（6）与开关电路（5）电连接，关机电路（6）用于控制开关电路（5）的关闭。
3.如权利要求1所述的一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述非电池储电器件（3）包括并联的超级电容C2和电池BAT，电池BAT串联有二极管D5，超级电容C2的正极与充电电源（1）电连接，超级电容C2的负极接地，电池BAT的负极接地，电池BAT的正极与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极与超级电容C2的正极连接。
4.如权利要求2所述的一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述开关电路（5）与非电池储电器件（3）电连接，开关电路（5）的负载电流小于0.1μA。
5.如权利要求4所述的一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述非电池储电器件（3）与充电电源（1）之间电连接有充电电路（2）；
所述充电电路（2）包括稳压器U3、电容C1和二极管D4，电容C1的一端与稳压器U3的输入端连接，电容C1的另一端接地，稳压器U3的输出端与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极与非电池储电器件（3）电连接。
6.如权利要求2或4或5所述的一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述关机电路（6）包括三极管Q7，三极管Q7的集电极与开关电路（5）电连接，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极经电阻R14接计数电路（7），三极管Q7电连接有电阻R15，电阻R15的一端连接在三极管Q7的基极和电阻R14之间，电阻R15的另一端接地。
7.如权利要求5所述的一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述切换电路（9）包括桥式整流电路QL、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、二极管D1和稳压二极管D2，桥式整流电路QL的阴极连接端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与稳压二极管D2的阴极连接，稳压二极管D2的阳极连接有电阻R3，电阻R3经电阻R4接地，电阻R4连接在三极管Q1的基极与三极管Q1的发射极之间，三极管Q1的集电极经电阻R5与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极与二极管D1的阳极连接，三极管Q2的发射极与三极管Q2的基极之间连接有电阻R6，三极管Q2的集电极与总线器件（8）电连接，三极管Q3的发射极与三极管Q2的发射极连接，三极管Q3的基极与三极管Q2的基极连接，三极管Q3的集电极经电阻R7接地，三极管Q4的发射极与三极管Q3的发射极连接，三极管Q4的基极与三极管Q3的集电极连接，三极管Q4的集电极与充电电路（2）电连接。
8.如权利要求1所述的一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述充电电源（1）为总线自身的电源、外部电池或电源适配器。
9.如权利要求1所述的一种无源抄表计数装置，其特征在于：所述充电电源（1）为光能电池。
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Denomination of invention: A passive meter reading and counting device Effective date of registration: 20220424 Granted publication date: 20160323 Pledgee: Qingzhou Shandong rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: SHANDONG WEIWEI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980004701 |
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