CN106781054A - 一种低功耗智能射频卡水表系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低功耗智能射频卡水表系统，包括水表及射频卡，所述射频卡上嵌有射频模块及至少一个磁钢；射频板包括触发干簧管、射频板读写电路及射频板读写卡接口电路；主板包括电源、单片机、触发干簧管信号检测电路、主板读写电路及主板读写卡接口电路；磁钢使触发干簧管产生触发信号；射频板读写电路通过射频板读写卡接口电路、主板读写卡接口电路与单片机连接；触发干簧管的输出信号通过触发干簧管信号检测电路送入单片机；主板读写卡接口电路的电源端口通过电子开关与电源连接；单片机根据触发干簧管的输出信号控制电子开关的通断；单片机采集水表本体发出的脉冲计量信号。本发明具有触发供电过程及检测供电过程，极大的降低了电路的功耗。

Description

一种低功耗智能射频卡水表系统

技术领域

本发明属于智能水表系统领域，尤其属于一种低功耗智能射频卡水表系统。

背景技术

射频卡作为一种新兴的技术，具有无接触触点，防水，不用插卡，不易损坏等特点，正在被越来越多的行业应用。智能水表和居民生活息息相关,传统的插卡式水表具有多种弊端，如具有机械触点，易损坏，防水性差等。所以，更多生产厂家逐渐倾向于使用射频卡作为水表数据传输的介质。

智能水表在使用过程中，出现的故障问题主要为流量传感器损坏、黑屏、表盘冻坏、电池问题等等，其中电池问题占了很大的比例，好多用户的水表使用2～3年就要更换电池，给用户造成麻烦，带来一定的经济损失。黑屏、更换电池一方面是由于电池质量、容量的因素影响，另一方面是系统电路设计问题，导致功耗较大，电池早期失效。

智能水表使用锂电池作为电源,由于电池容量有限，要求系统必须以低功耗运行，因此智能水表的低功耗设计是研制成功与否的关键因素。智能水表中电池的使用年限一直是的关键难题，如何使电池使用更长的时间，既是用户的需求，也是生产厂家研究的方向。

发明内容

为了解决水表功耗问题，延长电池使用年限，本发明提供了一种低功耗智能射频卡水表系统，具有触发供电过程及检测供电过程，极大的降低了电路的功耗。

本发明的技术解决方案是提供一种低功耗智能射频卡水表系统，包括水表及射频卡，所述水表包括主板、射频板与水表本体；其特别之处在于：

上述射频卡上嵌有射频模块及至少一个磁钢；

上述射频板包括触发干簧管、射频板读写电路及射频板读写卡接口电路；

上述主板包括电源、单片机、触发干簧管信号检测电路、主板读写电路及主板读写卡接口电路；

上述磁钢使触发干簧管产生触发信号；

上述射频板读写电路通过射频板读写卡接口电路、主板读写卡接口电路与单片机连接；

触发干簧管的输出信号通过触发干簧管信号检测电路送入单片机；

上述主板读写卡接口电路的电源端口通过电子开关与电源连接；单片机根据触发干簧管的输出信号控制电子开关的通断；

上述单片机采集水表本体发出的脉冲计量信号。

为了降低采集脉冲时的功耗，本发明低功耗智能射频卡水表系统还包括脉冲采集电路，上述脉冲采集电路包括两个采样电阻，上述两个采样电阻的一端分别与水表本体中两个干簧管的输出端以及单片机的两个信号检测端口相连，上述两个采样电阻的另一端均与单片机的供电端口连接。

上述电子开关为三极管，源极接电源，栅极接单片机控制端口，漏极接主板读写卡接口电路的电源端。

水表系统的MCU采用MSP430系列单片机，此单片机具有五种不同深度的低功耗休眠模式。在低功耗模式3时，即LPM3，功耗仅为1μA。外部信号使用中断模式输入单片机，若无中断信号，则MCU处于休眠模式。同时MCU片上资源丰富，减少了外配芯片及电路的数量，降低了系统功耗。

上述射频板读写电路的主芯片采用复旦微电子公司的FM17522芯片。该芯片是针对“三表”应用推出的一款低电压、低功耗、低成本、体积小的非接触式读写芯片。单片机通过SPI连接方式与射频IC卡读写电路进行连接，通过读写FM17522内部寄存器与射频卡进行通信。

优选的，上述射频卡为M1卡。

本发明的有益效果是：

1、本发明增加了触发供电电路，微控制器通过判断触发信号，控制电源模块给射频卡数据读写模块供电，没有触发信号时，不给射频卡数据读写模块供电，极大程度降低功耗；

2、本发明采用单片机I/O端口给流量传感器的脉冲采集电路供电，如果检测无脉冲信号，则停止供电；

3、本发明电路设计上采用低功耗的元器件，充分利用单片机低功耗特性，使单片机长期工作在低功耗模式下，保证了整个系统处于极低的功耗，从而延长了电池使用寿命，理论寿命可达12年。

4、本发明系统静态功耗约为3μA，动态功耗为30mA，考虑到电池效率和自放电，ER18505M电池可使用的年限为12年，远高于标准规定的6年。

附图说明

图1低功耗射频卡接口部分示意图；

图2射频卡接口电路；

图3脉冲采集电路；

图4主程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

本实施例中以M1型射频卡为例，M1型射频卡具有容量大，安全性好的特点。射频读写卡器无到位检测开关，一般需要持续供电才能检测射频卡的接近，然后进行数据的交换。M1卡的读写需要较大的电流，读写时电流可达(20～30)mA，对于使用锂电池进行供电的水表系统是很高的，若持续给射频板读写电路供电，则很短时间就会使电池电量耗尽。

本发明提供了一种低功耗智能水表系统，如图1所示，在智能水表的射频板的读写卡位置安装了触发干簧管，在智能水表的主板上设置了触发干簧管信号检测界面电路，采用触发模式，可实时检测触发干簧管信号。射频板读写电路通过射频板读写卡接口电路、主板读写卡接口电路与单片机连接；如图2所示，触发干簧管的输出信号通过触发干簧管信号检测电路送入单片机；主板读写卡接口电路的电源端口通过电子开关与电源连接；单片机根据触发干簧管的输出信号控制电子开关的通断；

M1卡片中嵌入磁钢，当卡片靠近水表读、写卡部分时，磁钢吸合触发干簧管，水表主板检测到触发干簧管的触发信号时，通过电子开关为射频卡读写卡电路供电，进行读写卡的操作。没有检测到射频卡靠近时，不给射频卡读写卡电路供电，极大程度降低功耗。

本发明流量传感器的脉冲采集电路使用单片机I/O端口进行供电，如图3所示，单片机P63端口给脉冲采集电路供电。每1s给公共端P63输出高电平，检测到脉冲采集端口有信号输入，直到脉冲完毕时，停止供电。若采用系统电源直接为模块供电时，增加的功耗约为1mA，达不到低功耗长期使用的要求。

本射频板读写电路采用复旦微电子公司的FM17522芯片作为主芯片，该芯片是针对“三表”应用推出的一款低电压、低功耗、低成本、体积小的非接触式读写芯片。单片机通过SPI连接方式与射频卡读写电路进行连接，通过读写FM17522内部寄存器与M1卡进行通信。

水表系统的MCU采用MSP430系列单片机，此单片机具有五种不同深度的低功耗休眠模式。在低功耗模式3时，即LPM3，功耗仅为1μA。外部信号使用中断模式输入单片机，若无中断信号，则MCU处于休眠模式。同时MCU片上资源丰富，减少了外配芯片及电路的数量，降低了系统功耗。

同时，软件设计了触发模式为射频IC读写卡供电的程序，卡接近程序，脉冲采集程序，保证了硬件功能的正常运行。

智能水表运行主程序流程图如图4所示，单片机在上电复位后将系统硬件初始化，如检测电池状态以及阀门是否到位，并从存储器读取各种系统运行参数并对表具状态管理，如读取水表常数、总用水量、水单价等数据，然后进入主循环程序。主循环程序首先使单片机进入低功耗休眠状态，直到有中断唤醒退出低功耗休眠模式继续执行程序，检测是否有脉冲、射频卡、历史信息和除垢信号到来，如果有执行相应处理程序，然后对表具状态管理，接着继续主循环进入低功耗休眠状态进行等待。从主程序流程图中可以看出，单片机大多数时间工作在低功耗休眠状态下，从而保证了单片机电路工作时所需较低功耗。

通过硬件、软件的共同调整，整个系统的静态功耗可达3μA，电池理论使用年限达十几年，解决了射频卡水表功耗高的难题。

Claims (6)

1.一种低功耗智能射频卡水表系统，包括水表及射频卡，所述水表包括主板、射频板与水表本体；其特征在于：

所述射频卡上嵌有射频模块及至少一个磁钢；

所述射频板包括触发干簧管、射频板读写电路及射频板读写卡接口电路；

所述主板包括电源、单片机、触发干簧管信号检测电路、主板读写电路及主板读写卡接口电路；

所述磁钢使触发干簧管产生触发信号；

所述射频板读写电路通过射频板读写卡接口电路、主板读写卡接口电路与单片机连接；

触发干簧管的输出信号通过触发干簧管信号检测电路送入单片机；

所述主板读写卡接口电路的电源端口通过电子开关与电源连接；单片机根据触发干簧管的输出信号控制电子开关的通断；

所述单片机采集水表本体发出的脉冲计量信号。

2.根据权利要求1所述的低功耗智能射频卡水表系统，其特征在于：

还包脉冲采集电路，所述脉冲采集电路包括两个采样电阻，所述两个采样电阻的一端分别与水表本体中两个干簧管的输出端以及单片机的两个信号检测端口相连，所述两个采样电阻的另一端均与单片机的供电端口连接。

3.根据权利要求1所述的低功耗智能射频卡水表系统，其特征在于：所述电子开关为三极管，源极接电源，栅极接单片机控制端口，漏极接主板读写卡接口电路的电源端。

4.根据权利要求1所述的低功耗智能射频卡水表系统，其特征在于：所述单片机采用MSP430系列。

5.根据权利要求1所述的低功耗智能射频卡水表系统，其特征在于：所述射频板读写电路的主芯片采用复旦微电子公司的FM17522芯片。

6.根据权利要求1所述的低功耗智能射频卡水表系统，其特征在于：所述射频卡为M1卡。