CN104714623A - 一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表及处理方法，包括：表壳和安装在表壳中的计量单元，所述计量单元设置有一个与无线互联网连接的控制器，多个开机信号通过活门电路控制电源管理电路实现控制器电源的通断；本发明使用了电源管理电路实现了真正意义上的、物理的断开电池向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电，使用装有本发明控制器的水、热、气表电池的更换周期可以提高到10年。

Description

一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表及处理方法

技术领域

本发明涉及水电气热表，特别涉及一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表及处理方法。

背景技术

随着互联网技术分发展，涉及到每家每户的水表、气表都采用了由微处理器芯片控制的远程计量控制，信息传递需要通过射频，这样就要为每一块表提供电源，从安全方便的角度出发，目前都是采用电池供电，然而电池的电量是有限的，如果微处理器处于长期的工作状态，由于微处理器和射频部分是主要的耗电器件，长期使用势必影响电池的使用时间，经常更换电池会对使用者带来不便，为了延长电池的使用寿命在软件编制的过程中，当处理器不忙时利用处理器“看门狗”的功能使用睡眠状态减少器件的用电量，从而达到延长电池寿命的目的，但即便这样睡眠状态的微处理器的用电量还是在毫安级，还是没有达到人们所预期的10年更换电池的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表及处理方法技术方案，通过控制一个电源开关器件，在处理器不工作时彻底的切断处理器的供电，实现延长电池使用时间的目的。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表，包括：表壳和安装在表壳中的计量单元，所述计量单元设置有一个与无线互联网连接的控制器，所述控制器包括有一个微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路，一个电池电源向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电；在电池电源与微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路之间设置有一个实现电源通断的电源管理电路，电源管理电路的电源输入连接电池电源，电源管理电路的电源输出连接微处理器电源输入端和无线互联网连接接口电路以及显示电路，电源管理电路的控制端连接第一或门电路的输出，所述第一或门电路至少有两个输入端，其中，所述第一或门电路的第一输入端连接微处理器的电源维持信号输出端，其中，所述第一或门电路的第二输入端通过第二或门电路的多个输入端分别连接多个要求开机的输入信号，所述微处理器设置有开机信号接收电路，开机信号接收电路连接所述多个要求开机的输入信号，所述电池电源不间断向第一或门电路、第二或门电路提供电源。

方案进一步是：所述要求开机的输入信号包括一个定时开机信号，所述定时开机信号源自于一个可编程时钟电路，所述可编程时钟电路的电源直接连接电池电源，可编程时钟电路的编程数据线连接至微处理器的数据输出端，单稳电路输出同时连接至微处理器，所述定时开机信号有效至少保持6秒钟。

方案进一步是：所述多个要求开机的输入信号还包括开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号和计量触发信号。

方案进一步是：所述开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号和计量触发信号分别通过开关与第二或门电路的输入端连接，其中开关的一个触点与电池电源连接，开关的另一个触点连接一个单稳电路，单稳电路输出连接第二或门电路的输入端，所述单稳电路的单稳时间至少是6秒钟。

方案进一步是：所述第一或门电路的另一个输入端与第二或门电路的输出端之间设置有一个延时保持电路，延时保持电路的延时时间是3至4秒钟。

方案进一步是：所述第一或门电路的输出还作为触发信号连接一个微处理器二次启动的延时复位电路，延时复位电路的输出作为微处理器的复位信号连接至微处理器的复位端，所述微处理器的电源维持信号输出作为延时复位电路的复位信号连接至延时复位电路的复位端，所述延时复位电路的延时时间是2秒。

方案进一步是：所述控制器还包括一个电池电压的亏电测量电路，亏电测量电路的亏电信号线连接至微处理器的信号输入端，亏电测量电路通过一个LED灯输出一个报警信号显示在表壳上。

基于上述低功耗水、热、气表的低功耗实现方法：所述表包括：表壳和安装在表壳中的计量单元，所述计量单元设置有一个与无线互联网连接的控制器，所述控制器包括有一个微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路，一个电池电源通过电源管理电路向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电，所述电源管理电路的控制端连接第一或门电路的输出，所述第一或门电路的一个输入端连接微处理器的电源维持信号输出端，所述第一或门电路的另一个输入端通过第二或门电路的多个输入端分别连接多个要求开机的输入信号；有一个开机的输入信号触发了所述电源管理电路将电源连接至微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路，微处理器启动工作；其中，所述低功耗实现方法的步骤是：

第一步：输出一个保持信号到所述电源管理电路的控制端，保持电源向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电；

第二步：采集开机的输入信号，判断开机类型，根据类型转入相应的处理程序处理；

第三步：当处理程序完成后，输出一个停止供电信号到电源管理电路的控制端，电源停止向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电。

方案进一步是：所述步骤进一步包括：当处理程序执行的是通过通讯网络进行数据交换的程序时，在数据交换完成后至少3分钟后输出一个停止供电信号到电源管理电路的控制端。

方案进一步是：所述步骤还包括一个判断电池是否需要更换的步骤，当检测到电池亏电的信息后，向通讯网络发送一个更换电池的信息。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明使用了电源管理电路实现了真正意义上的、物理的断开电池向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电，开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号和计量触发信号在除了使用单稳电路外，还可以用RC充放电电路，本发明为了节省用电去掉了开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号和计量触发信号防抖动电路中的整形电路，用RC充放电电路，合理设置的参数解决了防抖动，并且同时利用放电时间常数的设置解决了微处理器的迟后采样；本发明同时设置的二次启动电路，是第一次启动失败后可以有再次启动的机会，提高了微处理器工作的可靠性，所述方法有效地利用了开机的时间及时的处理数据，并且一旦完成处理快速将电源切断。使用装有本发明控制器的水、热、气表，电池的更换周期可以提高到10年。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1 是本发明控制器逻辑框图；

图2是本发明开机的输入信号通过单稳的延迟逻辑图；

图3是本发明开机的输入信号通过RC电路的延迟逻辑图；

图4是两个或门之间带有延时保持电路的本发明控制器逻辑框图

图5是带有二次启动逻辑框图的本发明控制器逻辑框图；

图6是带有亏电测量电路的本发明控制器逻辑框图。

具体实施方式

实施例1：

一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表，包括：表壳和安装在表壳中的计量单元，所述计量单元设置有一个与无线互联网及通讯网络连接的控制器，如图1所示，所述控制器包括有一个微处理器1、无线通讯互联网连接的接口电路2、显示电路3、第一或门电路4和第二或门电路5；微处理器分别连接接口电路以及显示电路，显示电路中的显示器是液晶显示器设置在表壳的表面；一个电池电源6向微处理器和无线互联网连接的接口电路以及显示电路供电；在电池电源与微处理器和无线互联网连接的接口电路以及显示电路之间设置有一个控制电源通断的电源管理电路7，电源管理电路的电源输入连接电池电源，电源管理电路的电源输出连接微处理器电源输入端和无线互联网连接的接口电路以及显示电路，电源管理电路的控制端连接所述第一或门电路的输出，所述第一或门电路至少有两个输入端，其中，所述第一或门电路的第一输入端连接微处理器的电源维持信号输出端101；所述第一或门电路的第二输入端连接所述第二或门电路的输出端，所述第二或门电路的多个输入端分别连接多个要求开机的输入信号8中的一个，所述微处理器设置有由多路数据输入端102组成的开机信号接收电路，开机信号接收电路连接所述多个要求开机的输入信号，所述电池电源不间断向第一或门电路、第二或门电路提供电源，当有开机信号输入时，第一或门电路触发电源管理电路接通电源，微处理器启动后输出一个维持信号保持电源管理电路接通电源直至撤销维持信号。

实施中的微处理器是一种单片机（MCU）；电源管理电路是型号为MCP1826的电源管理芯片，其控制端是PEN脚。

实施例中，如图1所示，所述要求开机的输入信号包括一个定时开机信号801，所述定时开机信号源自于一个可编程时钟电路9，所述可编程时钟电路的电源直接连接电池电源，可编程时钟电路的编程数据线连接至微处理器的数据输出端，所述定时开机信号有效至少要保持6秒钟；实施例中所述的可编程时钟电路是型号为SD2068的时钟电路，时钟电路的中断输出（/INT）作为定时开机信号输出，时钟电路的SCL和SDA脚作为编程输入连接微处理器。

实施例中：所述多个要求开机的输入信号的来源还包括开盖报警信号802、手动开机信号803、泄漏报警信号804和计量触发信号805。其中开盖报警信号是通过在表壳的底壳与盖之间设置的霍尔开关传感器获得的开关信号，所述泄漏报警信号是通过设置的气味传感器（气表）或者湿度传感器（水表）或者温度传感器（热表）获得的开关信号，所述手动开机信号是通过在表壳上设置的一个按钮开关获得的开关信号，所述的计量触发信号也是通过在表壳上设置的一个按钮开关获得的开关信号。

因此，作为一个优选方案，实施例中：如图2所示，所述开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号和计量触发信号是分别通过开关与第二或门电路的多个输入端连接，为了保证开机后微处理器能够检测到开机信号的类别，所以，其中开关的一个触点与电池电源连接，开关的另一个触点连接一个单稳电路806，单稳电路输出连接第二或门电路的输入端，单稳电路输出同时连接至微处理器，所述单稳电路的单稳时间至少是6秒钟，单稳电路始终连接电源。 单稳电路的作用是：开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号和计量触发信号一旦触发单稳电路，单稳电路即刻有一个输出电平信号，本实施例为输出高电平，这时，不管输入端的开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号电平为高或低，输出的高电平延迟6秒钟后就会自动变低电平，这样就有效解决了当一个信号长时间保持有效时，同时又来了另一个信号就无法处理的问题。为了节省电源，通常的情况下一旦开机，运行程序的设置是运行十几秒钟后就会关机，计量脉冲的间隔设计为小于6秒钟。单稳电路输出连接微处理器的输入信号采集这样就避免了计量脉冲（通常为15s的高电平，甚至流量刚好到高电平的位置，没有流量时，则会一直保持高电平）长时间保持高电平时，如果此时的手动开机信号一直保持高电平，在下次开机时，会把该高电平当做计量脉冲又一次计量的情况的发生。

为了防止信号的抖动，作为另一个优选方案：如图3所示，所述开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号和计量触发信号是分别通过开关与第二或门电路的多个输入端连接，为了保证开机后微处理器能够检测到开机信号的类别，所以，其中开关的一个触点与电池电源连接，开关的另一个触点连接一个阻容充放电电路；这里的阻容充放电电路起两个作用，其一是由R1、R2和C1组成的充电电路形成的防抖动作用，阻容充放电电路的电容作为要求开机的输入信号连接至第二或门电路的输入端；其二是由R2和C1组成的放电延时电路，保证开机的输入信号有效至少保持6秒钟；因此，所述阻容充放电电路的放电时间常数至少是6秒钟，但该电路存在上述不使用单稳出现的问题，但此电路具有进一步节省电源的作用，当出现两种信号同时出现的几率不大的情况下可以考虑。

实施例中：如图4所示，所述第一或门电路的另一个输入端与第二或门电路的输出端之间设置有一个延时保持电路9，延时保持电路的延时时间是3至4秒钟；其目的是保持开机时间控制在一个标准的时间段内，并且小于要求开机的输入信号保持的时间，便于调试过程中对于要求开机的输入信号保持的时间的调整，保证微处理器对开机信号采样的可靠性。

实施例中：为了进一步保证开机的可靠性，如图5所示，所述第一或门电路的输出还作为触发信号连接一个微处理器二次启动的延时复位电路10，延时复位电路的输出作为微处理器的复位信号连接至微处理器的复位端，所述微处理器的电源维持信号输出作为延时复位电路的复位信号连接至延时复位电路的复位端（即将延时复位电路锁住），所述延时复位电路的延时时间是2至3秒。当微处理器第一次启动时间超出2秒时，延时复位电路发出一个复位信号至微处理器，使微处理器具有再次启动的功能，为电路增加了一层可靠性；一旦启动成功，微处理器输出的维持信号连接至延时复位电路的复位端将延时复位电路锁住不再发出信号，保证了电路工作的可靠性。

实施例中：如图6所示，为了保证电源电池工作的有效性，所述控制器还包括一个电池电压的亏电测量电路11，亏电测量电路的亏电信号线连接至微处理器的信号输入端，并且输出一个报警信号通过LED灯12显示在表壳上。实施例中亏电测量电路使用的是型号为S-80845CNUA的器件。

实施例2：

基于实施例1所述低功耗水、热、气表的低功耗实现方法：所述表包括：表壳和安装在表壳中的计量单元，所述计量单元设置有一个与无线互联网连接的控制器，所述控制器包括有一个微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路，一个电池电源通过电源管理电路向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电，所述电源管理电路的控制端连接第一或门电路的输出，所述第一或门电路的一个输入端连接微处理器的电源维持信号输出端，所述第一或门电路的另一个输入端通过第二或门电路的输入端连接多个要求开机的输入信号；有一个开机的输入信号触发了所述电源管理电路将电源连接至微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路，微处理器启动工作；其中，所述低功耗实现方法的步骤是：

第一步：输出一个保持信号到所述电源管理电路的控制端，保持电源向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电；

第二步：采集开机的输入信号，判断开机类型，根据相关类型转入相应的处理程序处理；

第三步：当处理程序完成后，输出一个停止供电信号到电源管理电路的控制端，电源停止向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电。

实施例中：所述步骤进一步包括：当处理程序执行的是通过通讯网络进行数据交换的程序时，在数据交换完成后至少3分钟后输出一个停止供电信号到电源管理电路的控制端。

实施例中：所述步骤还包括一个判断电池是否需要更换的步骤，但检测到需要跟换电池的信息后，向通讯网络发送一个更换电池的信息。

   上述实施例实现了真正意义上的、物理的断开电池向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电，为了节省用电去掉了防抖动电路中的整形电路，只是用了RC充放电电路，合理设置的参数解决了防抖动，并且同时利用放电时间常数的设置解决了微处理器的迟后采样；实施例同时设置的二次启动电路，是第一次启动失败后可以有再次启动的机会，提高了微处理器工作的可靠性，所述方法有效地利用了开机的时间及时的处理数据，并且一旦完成处理快速将电源切断。使用装有本发明控制器的水、热、气表，电池的更换周期可以提高到10年。

Claims (10)

1.一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表，包括：表壳和安装在表壳中的计量单元，所述计量单元设置有一个与无线互联网连接的控制器，所述控制器包括有一个微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路，一个电池电源向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电；在电池电源与微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路之间设置有一个实现电源通断的电源管理电路，电源管理电路的电源输入连接电池电源，电源管理电路的电源输出连接微处理器电源输入端和无线互联网连接接口电路以及显示电路，电源管理电路的控制端连接第一或门电路的输出，所述第一或门电路至少有两个输入端，其中，所述第一或门电路的第一输入端连接微处理器的电源维持信号输出端，其特征在于，所述第一或门电路的第二输入端通过第二或门电路的多个输入端分别连接多个要求开机的输入信号，所述微处理器设置有开机信号接收电路，开机信号接收电路连接所述多个要求开机的输入信号，所述电池电源不间断向第一或门电路、第二或门电路提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表，其特征在于，所述要求开机的输入信号包括一个定时开机信号，所述定时开机信号源自于一个可编程时钟电路，所述可编程时钟电路的电源直接连接电池电源，可编程时钟电路的编程数据线连接至微处理器的数据输出端，所述定时开机信号有效至少保持6秒钟。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表，其特征在于，所述多个要求开机的输入信号还包括开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号和计量触发信号。

4.根据权利要求3所述的一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表，其特征在于，所述开盖报警信号、手动开机信号、泄漏报警信号和计量触发信号分别通过开关与第二或门电路的输入端连接，其中开关的一个触点与电池电源连接，开关的另一个触点连接一个单稳电路，单稳电路输出连接第二或门电路的输入端，单稳电路输出同时连接至微处理器，所述单稳电路的单稳时间至少是6秒钟。

5.根据权利要求3所述的一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表，其特征在于，所述第一或门电路的另一个输入端与第二或门电路的输出端之间设置有一个延时保持电路，延时保持电路的延时时间是3至4秒钟。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表，其特征在于，所述第一或门电路的输出还作为触发信号连接一个微处理器二次启动的延时复位电路，延时复位电路的输出作为微处理器的复位信号连接至微处理器的复位端，所述微处理器的电源维持信号输出作为延时复位电路的复位信号连接至延时复位电路的复位端，所述延时复位电路的延时时间是2秒。

7.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯物联网的低功耗水、热、气表，其特征在于，所述控制器还包括一个电池电压的亏电测量电路，亏电测量电路的亏电信号线连接至微处理器的信号输入端，亏电测量电路通过一个LED灯输出一个报警信号显示在表壳上。

8.基于上述任一权利要求所述低功耗水、热、气表的低功耗实现方法：所述表包括：表壳和安装在表壳中的计量单元，所述计量单元设置有一个与无线互联网连接的控制器，所述控制器包括有一个微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路，一个电池电源通过电源管理电路向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电，所述电源管理电路的控制端连接第一或门电路的输出，所述第一或门电路的一个输入端连接微处理器的电源维持信号输出端，所述第一或门电路的另一个输入端通过第二或门电路的多个输入端分别连接多个要求开机的输入信号；有一个开机的输入信号触发了所述电源管理电路将电源连接至微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路，微处理器启动工作；其特征在于，所述低功耗实现方法的步骤是：

第一步：输出一个保持信号到所述电源管理电路的控制端，保持电源向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电；

第二步：采集开机的输入信号，判断开机类型，根据类型转入相应的处理程序处理；

第三步：当处理程序完成后，输出一个停止供电信号到电源管理电路的控制端，电源停止向微处理器和无线互联网连接接口电路以及显示电路供电。

9.根据权利要求8所述的低功耗实现方法，其特征在于，所述步骤进一步包括：当处理程序执行的是通过通讯网络进行数据交换的程序时，在数据交换完成后至少3分钟后输出一个停止供电信号到电源管理电路的控制端。

10.根据权利要求8所述的低功耗实现方法，其特征在于，所述步骤还包括一个判断电池是否需要更换的步骤，当检测到电池亏电的信息后，向通讯网络发送一个更换电池的信息。