CN105509820A - 一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统，主要由霍尔元件，信号处理单元，单片机，以及显示器组成；其特征在于：在信号处理单元与单片机之间还串接有三线性缓冲驱动电路，所述三线性缓冲驱动电路由缓冲电路，以及输入端与缓冲电路的输出端相连接、输出端与单片机相连接的集成驱动电路组成；所述霍尔元件由均与信号处理单元相连接的霍尔传感器a和霍尔传感器b组成。本发明通过控制系统能精确的对流经水管的水流量测量，从而有效的确保了智能水表计量准确、计量显示清楚，有效的提高了抄表员读表的准确性。

Description

一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统

技术领域

本发明涉及一种机电设备技术领域，具体是指一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统。

背景技术

生活中，水表主要用来记录自来水用水量的仪表，传统的机械式水表装在水管上，通过表上指针或字轮的转动显示通过的水流量。现有的旋翼式机械计数水表，都有一个弊病，就是读表不方便，不直观，指针型的水表时有指针错位的现象，从而造成误读数值。而直读式虽然有所改进，但也有在跳字时出现半个字的情况出现，机械水表的盘面进水生锈或有水雾后，计量显示不清楚，抄表员读表困难。因此，生产出一种能解决计量不准确、计量显示不清楚等问题的水表，便成为了现在的当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中水表计量不准确、计量显示不清楚等问题，给抄表员造成了读表困难的缺陷，本发明提供一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统。

本发明通过以下技术方案来实现：一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统，主要由霍尔元件，与霍尔元件相连接的信号处理单元，与信号处理单元相连接的单片机，与单片机相连接的显示器，以及串接在信号处理单元与单片机之间的三线性缓冲驱动电路组成。

所述三线性缓冲驱动电路由缓冲电路，以及输入端与缓冲电路的输出端相连接、输出端与单片机相连接的集成驱动电路组成；所述霍尔元件由均与信号处理单元相连接的霍尔传感器a和霍尔传感器b组成；所述信号处理单元由均与霍尔传感器a和霍尔传感器b分别相连接的三端信号放大电路，以及输入端与三端信号放大电路相连接、输出端与缓冲电路的输入端相连接的低通滤波电路组成。所述三端信号放大电路由信号接收电路，以及输入端与信号接收电路的输出端相连接、输出端与低通滤波电路相连接的信号放大电路组成。

所述缓冲电路由三极管VT6，三极管VT7，P极经电阻R19后与三极管VT7的发射极相连接、N极经电阻R22后与三极管VT6的发射极相连接的二极管D9，P极顺次经电阻R18和极性电容C11后与三极管VT7的集电极相连接、N极经电阻R21后与三极管VT6的基极相连接的二极管D10，以及正极与二极管D10的P极相连接、负极经电阻R20后与二极管D9的N极相连接的极性电容C12组成；所述三极管VT7的基极作为缓冲电路的输入端，所述三极管VT6的集电极和二极管D10的N极共同形成缓冲电路的输出端。

所述集成驱动电路由时基芯片U，电感线圈L，负极与时基芯片U的IN管脚相连接、正极经电阻R23后与时基芯片U的SE管脚相连接的极性电容C13，正极经电阻R24后与极性电容C13的正极相连接、负极顺次经电阻R25和电阻R26后与时基芯片U的LX管脚相连接的极性电容C14，正极与时基芯片U的DAJ管脚相连接、负极作为集成驱动电路的输出端的极性电容C15，以及P极与时基芯片U的SE管脚相连接、N极顺次经电阻R27和二极管D12以及电感L后与极性电容C15的负极相连接的二极管D11组成；所述时基芯片U的GND管脚与三极管CVT6的集电极相连接后并接地，所述极性电容C13的正极与二极管D10的N极相连接。

所述信号接收电路由三极管VT1，三极管VT4，P极与三极管VT1的集电极相连接、N极经电阻R2后和三极管VT1的基极共同形成信号接收电路的输入端的二极管D1，正极顺次经电阻R4和二极管D2以及电阻R8后与三极管VT4的基极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接的极性电容C3，负极与极性电容C3的正极相连接、正极顺次经电阻R1和极性电容C1后与三极管VT1的基极相连接的极性电容C2，以及P极经电阻R5后与三极管VT1的发射极相连接、N极经极性电容C4后与三极管VT4的集电极相连接的二极管D3组成；所述三极管VT1的发射极和三极管VT4的发射极共同形成信号接收电路的输出端，所述信号接收电路的输入端作为三端信号放大电路的输入端分别与霍尔传感器a和霍尔传感器b相连接。

所述信号放大电路由放大器P1，三极管VT2，三极管VT3，一端与三极管VT4的发射极相连接、另一端与放大器P1的正极相连接的电阻R9，P极与三极管VT2的发射极相连接、N极经电阻R3后与三极管VT3的基极相连接的二极管D4，正极与放大器P1的负极相连接、负极与三极管VT3的发射极相连接的极性电容C5，P极经电阻R6后与三极管VT3的集电极相连接、N极与放大器P1的输出端相连接的二极管D5，以及一端与放大器P1的输出端相连接、另一端作为信号放大电路的输出端的电阻R7组成；所述三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极相连接、其集电极接地；所述三极管VT3的集电极接地。

所述低通滤波电路由放大器P2，放大器P3，三极管VT5，P极经电阻R11后与放大器P2的正极相连接、N极顺次经电阻R10和电阻R7后与放大器P1的输出端相连接的二极管D6，正极与二极管D6的P极相连接、负极经电阻R12后接地的极性电容C6，N极经电阻R13后与放大器P2的正极相连接、P极与三极管VT5的集电极相连接的二极管D7，负极与三极管VT5的发射极相连接、正极与放大器P3的正极相连接的极性电容C8，N极经电阻R15后与三极管VT5的基极相连接、P极顺次经电阻R16和极性电容C9后与放大器P3的输出端相连接的二极管D8，正极经电阻R14后与二极管D8的N极相连接、负极与二极管D7的N极相连接的极性电容C7，一端与放大器P2的负极相连接、另一端接地的电阻R17，以及负极与放大器P3的负极相连接、正极经电阻R18后接地的极性电容C10组成；所述放大器P3的正极与放大器P2的输出端相连接、其输出端与三极管VT7的基极相连接。

进一步地，所述显示器为高清液晶显示器。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)本发明的三线性缓冲驱动电路的集成驱动电路，能够减小漏感，而缓冲电路还能吸收高电压尖峰，因此，该三线性缓冲驱动电路能输出稳定的电流信号，确保了霍尔元件对水表的流量所测量的信息能准确的传输给单片机，从而提高了本智能电子水表测量的准确性。

(2)本发明的信号处理单元由三端信号放大电路和低通滤波电路组成，其中三端信号放大电路能够对霍尔元件所采集的信息有效的进行放大，并将该信息转换为电流信号；而低通滤波电路则将该放大后的电流信号进行抗低频负载处理，从而能有效的提高了本智能电子水表测量的准确性。

(3)本发明通过采用两个霍尔传感器多次采样，更加精确的对流经水管的水流量测量，从而确保了本控制系统的测量的准确性。

(4)本发明的显示器采用液晶显示器，显示效果更好，方便抄表员读表。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图。

图2为本发明的三端信号放大电路的电路结构示意图。

图3为本发明的低通滤波电路的电路结构示意图。

图4为本发明三线性缓冲驱动电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明主要由霍尔元件，与霍尔元件相连接的信号处理单元，与信号处理单元相连接的单片机，与单片机相连接的显示器，以及串接在信号处理单元与单片机之间的三线性缓冲驱动电路组成。所述信号处理单元由三端信号放大电路，以及低通滤波电路组成。所述三线性缓冲驱动电路由相互连接的缓冲电路和集成驱动电路组成；所述信号处理单元由相互连接的三端信号放大电路和低通滤波电路组成；所述霍尔传感器a和霍尔传感器b分别与三端信号放大电路相连接，所述低通滤波电路则与缓冲电路相连接，所述集成驱动电路则与单片机相连接。

实施时，霍尔传感器a和霍尔传感器b设置在电子水表叶轮的上方不同位置，用于采集叶轮的转速并输出相应的脉冲信号给三端信号放大电路，其显示器和信号处理单元以及单片机设置在同一块电路板上，在实施时本发明可采用锂电池给各元器件供电。电子水表的叶轮上方设置有托盘，电路板固定在托盘的上方，在托盘上设有用于与外罩配合的卡扣，外罩将电路板罩住从而防止电路板进水，外罩顶部采用透明塑料制成，方便抄表人员查看显示器。而本发明中的显示器为高清液晶显示器，确保了抄表人员读数的方便及准确。

如图2所示，所述三端信号放大电路由信号接收电路和信号放大电路组成；所述信号接收电路由三极管VT1，三极管VT4，电阻R1，电阻R2，电阻R4，电阻R5，电阻R8，极性电容C2，极性电容C3，极性电容C4，二极管D1，二极管D2，以及二极管D3组成。

连接时，二极管D1的P极与三极管VT1的集电极相连接、N极经电阻R2后和三极管VT1的基极共同形成信号接收电路的输入端。极性电容C3的正极顺次经电阻R4和二极管D2以及电阻R8后与三极管VT4的基极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接。极性电容C2的负极与极性电容C3的正极相连接、正极顺次经电阻R1和极性电容C1后与三极管VT1的基极相连接。二极管D3的P极经电阻R5后与三极管VT1的发射极相连接、N极经极性电容C4后与三极管VT4的集电极相连接。

所述三极管VT1的发射极和三极管VT4的发射极共同形成信号接收电路的输出端并与信号放大电路相连接，所述信号接收电路的输入端作为三端信号放大电路的输入端分别与霍尔传感器a和霍尔传感器b相连接。

所述信号接收电路实施时，在电路设计和工艺上使用了具有正温度系数的电阻R1和电阻R2以及三极管VT1与具有负温度系数的三极管VT4和二极管D1以及二极管D2互相补偿，从而保证信号不受输入电压波动的影响。

同时，所述信号放大电路由放大器P1，三极管VT2，三极管VT3，电阻R3，电阻R6，电阻R7，电阻R9，二极管D4，二极管D5，以及极性电容C5组成。

连接时，电阻R9的一端与三极管VT4的发射极相连接、另一端与放大器P1的正极相连接。二极管D4的P极与三极管VT2的发射极相连接、N极经电阻R3后与三极管VT3的基极相连接。极性电容C5的正极与放大器P1的负极相连接、负极与三极管VT3的发射极相连接。二极管D5的P极经电阻R6后与三极管VT3的集电极相连接、N极与放大器P1的输出端相连接。电阻R7一端与放大器P1的输出端相连接、另一端作为信号放大电路的输出端与低通滤波电路相连接。所述三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极相连接、其集电极接地；所述三极管VT3的集电极接地。

如图3所示，所述低通滤波电路由放大器P2，放大器P3，三极管VT5，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，二极管D6，二极管D7，二极管D8，极性电容C6，极性电容C7，极性电容C8，极性电容C9，以及极性电容C10组成。

连接时，二极管D6的P极经电阻R11后与放大器P2的正极相连接、N极顺次经电阻R10和电阻R7后与放大器P1的输出端相连接。极性电容C6正极与二极管D6的P极相连接、负极经电阻R12后接地。二极管D7的N极经电阻R13后与放大器P2的正极相连接、P极与三极管VT5的集电极相连接。极性电容C8的负极与三极管VT5的发射极相连接、正极与放大器P3的正极相连接。

其中，二极管D8的N极经电阻R15后与三极管VT5的基极相连接、P极顺次经电阻R16和极性电容C9后与放大器P3的输出端相连接。极性电容C7的正极经电阻R14后与二极管D8的N极相连接、负极与二极管D7的N极相连接。电阻R17的一端与放大器P2的负极相连接、另一端接地。极性电容C10的负极与放大器P3的负极相连接、正极经电阻R18后接地。所述放大器P3的正极与放大器P2的输出端相连接、其输出端与三极管VT7的基极相连接。

如图4所示，所述三线性缓冲驱动电路由缓冲电路和集成驱动电路组成。进一步，所述缓冲电路由三极管VT6，三极管VT7，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，二极管D9，二极管D10，极性电容C11，以及极性电容C12组成。

连接时，二极管D9的P极经电阻R19后与三极管VT7的发射极相连接、N极经电阻R22后与三极管VT6的发射极相连接。二极管D10的P极顺次经电阻R18和极性电容C11后与三极管VT7的集电极相连接、N极经电阻R21后与三极管VT6的基极相连接。极性电容C12的正极与二极管D10的P极相连接、负极经电阻R20后与二极管D9的N极相连接。所述三极管VT7的基极作为缓冲电路的输入端，所述三极管VT6的集电极和二极管D10的N极共同形成缓冲电路的输出端并与集成驱动电路相连接。

同时，所述集成驱动电路由时基芯片U，电阻R23，电阻R24，电阻R25，电阻R26，电阻R27，极性电容C13，极性电容C14，极性电容C15，二极管D11，以及二极管D12组成。

连接时，极性电容C13的负极与时基芯片U的IN管脚相连接、正极经电阻R23后与时基芯片U的SE管脚相连接。极性电容C14的正极经电阻R24后与极性电容C13的正极相连接、负极顺次经电阻R25和电阻R26后与时基芯片U的LX管脚相连接。极性电容C15的正极与时基芯片U的DAJ管脚相连接、负极作为集成驱动电路的输出端。二极管D11的P极与时基芯片U的SE管脚相连接、N极顺次经电阻R27和二极管D12以及电感L后与极性电容C15的负极相连接。

所述时基芯片U的GND管脚与三极管CVT6的集电极相连接后并接地，所述极性电容C13的正极与二极管D10的N极相连接，所述极性电容C15的负极作为集成驱动电路的输出端并与单片机相连接。

实施时，该三线性缓冲驱动电路中的三极管VT7用于接收信号处理单元传来的信号，然后经三极管VT7的集电极和发射极输出后，由三极管VT6、二极管D10、二极管D9和极性电容C12等元件组成的缓冲电路，将该信号转换为可控信号，传输给集成驱动电路的集成芯片U，经集成芯片U进行信号静噪后，该集成芯片U的SE管脚和LX管脚输出稳定的驱动信号于单片机。从而确保了本控制系统的计量准确度。

本智能电子水表控制系统的工作原理如下：将水表接入水管，用水时水经水管流出，水流经电子水表，电子水表中的叶轮转动，设置在叶轮上方的霍尔传感器a和霍尔传感器b采集到叶轮的转速并输出相应的脉冲信号，脉冲信号经三端信号放大电路进行整流放大处理后传输给低通滤波电路进行滤波处理。其低通滤波电路将滤波处理后的脉冲信号传输给三线性缓冲驱动电路，该电路能将该电流信号稳定的输出，以确保霍尔元件对水表的流量所测量的信息能准确的传输给与其相连接的单片机。该单片机将接收到的信号进行数码换算，并将换算出来的数码值通过液晶显示器来显示流经电子水表的水流量。本发明采用两个霍尔传感器进行多次采样，更加精确的将流经水管的水流量测量出来，确保了本智能电子水表的准确性。

如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims (7)

1.一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统，主要由霍尔元件，与霍尔元件相连接的信号处理单元，与信号处理单元相连接的单片机，以及与单片机相连接的显示器组成；所述霍尔元件由均与信号处理单元相连接的霍尔传感器a和霍尔传感器b组成；其特征在于：在信号处理单元与单片机之间还串接有三线性缓冲驱动电路，所述三线性缓冲驱动电路由缓冲电路，和输入端与缓冲电路的输出端相连接、输出端与单片机相连接的集成驱动电路组成；所述信号处理单元由与霍尔传感器a和霍尔传感器b分别相连接的三端信号放大电路，和输入端与三端信号放大电路相连接、输出端与缓冲电路的输入端相连接的低通滤波电路组成；所述三端信号放大电路由信号接收电路，以及输入端与信号接收电路的输出端相连接、输出端与低通滤波电路相连接的信号放大电路组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统，其特征在于，所述缓冲电路由三极管VT6，三极管VT7，P极经电阻R19后与三极管VT7的发射极相连接、N极经电阻R22后与三极管VT6的发射极相连接的二极管D9，P极顺次经电阻R18和极性电容C11后与三极管VT7的集电极相连接、N极经电阻R21后与三极管VT6的基极相连接的二极管D10，以及正极与二极管D10的P极相连接、负极经电阻R20后与二极管D9的N极相连接的极性电容C12组成；所述三极管VT7的基极作为缓冲电路的输入端，所述三极管VT6的集电极和二极管D10的N极共同形成缓冲电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统，其特征在于，所述集成驱动电路由时基芯片U，负极与时基芯片U的IN管脚相连接、正极经电阻R23后与时基芯片U的SE管脚相连接的极性电容C13，正极经电阻R24后与极性电容C13的正极相连接、负极顺次经电阻R25和电阻R26后与时基芯片U的LX管脚相连接的极性电容C14，正极与时基芯片U的DAJ管脚相连接、负极作为集成驱动电路的输出端的极性电容C15，以及P极与时基芯片U的SE管脚相连接、N极顺次经电阻R27和二极管D12以及电感L后与极性电容C15的负极相连接的二极管D11组成；所述时基芯片U的GND管脚与三极管CVT6的集电极相连接后并接地，所述极性电容C13的正极与二极管D10的N极相连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统，其特征在于，所述信号接收电路由三极管VT1，三极管VT4，P极与三极管VT1的集电极相连接、N极经电阻R2后和三极管VT1的基极共同形成信号接收电路的输入端的二极管D1，正极顺次经电阻R4和二极管D2以及电阻R8后与三极管VT4的基极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接的极性电容C3，负极与极性电容C3的正极相连接、正极顺次经电阻R1和极性电容C1后与三极管VT1的基极相连接的极性电容C2，以及P极经电阻R5后与三极管VT1的发射极相连接、N极经极性电容C4后与三极管VT4的集电极相连接的二极管D3组成；所述三极管VT1的发射极和三极管VT4的发射极共同形成信号接收电路的输出端，所述信号接收电路的输入端作为三端信号放大电路的输入端分别与霍尔传感器a和霍尔传感器b相连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统，其特征在于，所述信号放大电路由放大器P1，三极管VT2，三极管VT3，一端与三极管VT4的发射极相连接、另一端与放大器P1的正极相连接的电阻R9，P极与三极管VT2的发射极相连接、N极经电阻R3后与三极管VT3的基极相连接的二极管D4，正极与放大器P1的负极相连接、负极与三极管VT3的发射极相连接的极性电容C5，P极经电阻R6后与三极管VT3的集电极相连接、N极与放大器P1的输出端相连接的二极管D5，以及一端与放大器P1的输出端相连接、另一端作为信号放大电路的输出端的电阻R7组成；所述三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极相连接、其集电极接地；所述三极管VT3的集电极接地。

6.根据权利要求5所述的一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统，其特征在于，所述低通滤波电路由放大器P2，放大器P3，三极管VT5，P极经电阻R11后与放大器P2的正极相连接、N极顺次经电阻R10和电阻R7后与放大器P1的输出端相连接的二极管D6，正极与二极管D6的P极相连接、负极经电阻R12后接地的极性电容C6，N极经电阻R13后与放大器P2的正极相连接、P极与三极管VT5的集电极相连接的二极管D7，负极与三极管VT5的发射极相连接、正极与放大器P3的正极相连接的极性电容C8，N极经电阻R15后与三极管VT5的基极相连接、P极顺次经电阻R16和极性电容C9后与放大器P3的输出端相连接的二极管D8，正极经电阻R14后与二极管D8的N极相连接、负极与二极管D7的N极相连接的极性电容C7，一端与放大器P2的负极相连接、另一端接地的电阻R17，以及负极与放大器P3的负极相连接、正极经电阻R18后接地的极性电容C10组成；所述放大器P3的正极与放大器P2的输出端相连接、其输出端与三极管VT7的基极相连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于三线性缓冲驱动电路的智能电子水表控制系统，其特征在于，所述显示器为高清液晶显示器。