CN107993357A - 一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，涉及智能燃气表电子技术领域，包括两个智能燃气表，每个智能燃气表均包括：包括第一数据传输模块、第二数据传输模块、电源模块、低电压检测模块、时钟电路模块、MCU控制模块、控制阀驱动模块和控制阀；本发明防止了在用户长期未实用智能燃气表的情况下，内置电源，即锂电池处于睡眠状态，当锂电池长时间处于低电流工作，它的电压低于一定的阈值时，MCU控制模块发送信号给控制阀驱动模块以控制控制阀的打开，对锂电池进行唤醒，同时，本发明解决了现有的智能燃气表内部的数据传输模块在通常存在着信号的传输盲点，导致燃气公司无法读取到燃气表内部的数据，无法精确地对燃气表进行监控的问题。

Description

一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统

技术领域

本发明涉及智能燃气表电子技术领域，尤其涉及一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统。

背景技术

普通家用膜式燃气表，由于其收费难、抄表人员人工成本高、偷盗气无法真正实现监控，这给燃气公司不断的增加了经营成本，也给运营管理带来许多麻烦，于是从1995年开始，各种智能燃气表逐渐面市，以期来解决燃气公司经营中遇到的头疼的问题。IC卡表、CPU卡智能燃气表、有线远传燃气表、无线远传燃气表、网络型红外数传燃气表等品种相继出现。目前国内的智能燃气表主要有IC卡智能燃气表、CPU卡智能燃气表、射频卡智能燃气表、直读式远传燃气表(有线远传表)以及无线远传燃气表等这几大类。随着人们生活水平和生活质量的提高，现代化家庭所需要的智能化产品需求，将促使智能燃气表朝着安全性、可靠性、智能方便性方向发展。

智能燃气表通过数据传输模块和燃气公司的数据中心进行连接的，燃气公司可以直接远程对智能燃气表进行数据统计，智能燃气表的内部设置有双电源，一个锂电池和一个碱性电池。但是，通常智能燃气表的数据传输不到燃气公司的数据中心，除去智能燃气表损坏以外，原因主要有以下两个：

第一，对于普通家庭来说，如果遇到家里长时间没有的状况，智能燃气表在安装后，选择的锂电池通常为锂亚电池，锂亚电池存在滞后性，如果一段时间不使用，智能燃气表长期处于待机状态，不对外进行放电，锂电池提供的电流就会减小，内部的锂电池内部的电量就会逐渐衰减，由于数据传输模块是通过锂电池供电，锂电池的电流如果减小，数据传输模块就无法将数据传输给燃气公司的数据中心，导致无法统计此智能燃气表的数据。

第二，现有的智能燃气表安装在普通家庭后，燃气表内部的数据传输模块在通常存在着信号的传输盲点，导致传输信号不稳定，目前使用的传输模块为GPRS通信模块，GPRS通信的数据传输速率为171.2kbps，由于GPRS通信依赖于通讯基站，如果信号强度太低，GPRS数据传输模块将无法和基站之间进行较好的通信，导致燃气公司无法读取到燃气表内部的数据，无法精确地对燃气表进行监控。

发明内容

本发明的目的在于：从背景技术中可以看到现有的智能燃气表存在这两个问题：(1)智能燃气表在长期不使用的情况下，内置电源内部的锂电池内部的电量就会逐渐衰减，再次使用智能燃气表时，锂电池提供的电流就会减小，数据传输模块就无法将数据传输给燃气公司的数据中心；(2)数据传输模块在通常存在着信号的传输盲点，导致传输信号不稳定，GPRS数据传输模块将无法和基站之间进行较好的通信，导致燃气公司无法读取到燃气表内部的数据；为了解决这两个问题，本发明提供一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统。

本发明的技术方案如下：

一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，包括两个智能燃气表，所述的两个智能燃气表安装在不同的位置，且两个智能燃气表之间的距离在方圆7000米之内；每个智能燃气表均包括：

第一数据传输模块，用于与燃气公司进行远程燃气表数据信息传输、向MCU控制模块传输燃气表数据和通信信号强度信息，并用于接收MCU控制模块传输的燃气表数据信息。

第二数据传输模块，用于接收另一智能燃气表传输燃气表数据信息，且向MCU控制模块传输和接收燃气表数据信息。

电源模块，用于为其他模块提供电流；包括碱性电池和锂电池，锂电池为所述数据传输模块提供电源。

低电压检测模块，用于检测电源模块的电压情况，并将检测结果发送给MCU控制模块。

时钟电路模块，用于发出时钟信号给MCU控制模块。

MCU控制模块，用于发出锯齿波信号给控制阀驱动模块，用于分别对第一数据传输模块和第二数据传输模块接收和发送燃气表数据信息，用于接收第一数据传输模块的通信信号强度信息，还用于通过信号强度信息对第一数据传输模块进行开关控制。

控制阀驱动模块，用于控制天然气控制阀的打开或关闭。

控制阀，用于控制燃气表的燃气通道的通断。

进一步地，所述第一数据传输模块为NB-IOT模块或GPRS模块，所述第二数据传输模块为LORA模块。

具体地，所述GPRS模块包括依次相连的SIM卡U1、第三芯片U3和天线AT1，第三芯片U3为SIM900系列芯片。

具体地，所述LORA模块包括低中频收发器U5、调制电路和无线信号收发单元，所述低中频收发器U5为SX1278系列芯片。

具体地，所述MCU控制模块采用第四单片机U4，所述第四单片机U4为STM8l052系列单片机，所述第四单片机U4的OSC32_O引脚和OSC32_I引脚与所述时钟电路模块连接，所述F_CLOSE引脚和F_OPEN引脚与控制阀驱动模块连接

进一步地，所述LORA模块还设有电流检测电路一，用于检测LORA模块工作时的电流，并将结果发送给所述MCU控制模块。

进一步地，所述控制阀驱动模块包括阀门电流检测电路二。

采用上述方案后，本发明的有益效果在于：

(1)本发明防止了在用户长期未实用智能燃气表的情况下，内置电源(即锂电池)处于睡眠状态，当锂电池长时间处于低电流工作，它的电压低于一定的阈值时，MCU控制模块发送信号给控制阀驱动模块以控制控制阀的打开，对锂电池进行唤醒，保证了智能燃气表与燃气公司数据中心之间的正常数据传输，方便随时统计此智能燃气表的数据，使燃气表的使用更加方便。

(2)本发明的每一个智能燃气表中存在两个通信模块，在安装两个智能燃气表时，可以选择将两个智能燃气表分别安装在用户A和用户B的家里，两个家庭的智能燃气表可以相互辅助，从而使得两个用户的智能燃气表与燃气公司之间都进行更好的数据传输；也可以选择将其中一个智能燃气表安装在用户A家里，另一个燃气表安装在小区楼顶等其他信号较强的位置；应当了解到，采用本发明的智能燃气表系统只是较为理想地解决了传统的GPRS模块存在盲点的问题，不能排除存在两个燃气表的GPRS都具有盲点的情况，但相较于原来的情况，本发明已经很好地解决了这个问题。

(3)本发明在控制阀驱动模块和LORA模块中均设有相应的电流检测电路，并将电流检测的结果发送到MCU控制模块，MCU控制模块根据电流检测电路反馈的电流大小来调整LORA控制阀驱动模块和LORA模块相应的电流大小，使得LORA控制阀驱动模块和LORA模块的电流在一个稳定的值或者稳定的范围内，这样可以使得控制阀打开的大小更加稳定，不浪费多余的电，也不存在控制阀打不开的情况，有利于功率的稳定性，同样，也保证了LORA模块的工作频率和传输功率的稳定性。

附图说明

图1为本发明的模块结构示意图；

图2为本发明的第一数据传输模块的电路图；

图3为本发明的第二数据传输模块的电路图；

图4为本发明的电源模块与低电压检测模块的电路图；

图5为本发明的时钟电路模块和MCU控制模块的电路图；

图6为本发明的控制阀驱动模块的电路图；

图中标记：1-第一数据传输模块，2-第二数据传输模块，3-电源模块，4-低电压检测模块，5-时钟电路模块，6-MCU控制模块，7-控制阀驱动模块，8-控制阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例的一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，包括两个智能燃气表，所述的两个智能燃气表安装在不同的位置，且两个智能燃气表之间的距离在方圆公里之内；第一数据传输模块1和第二数据传输模块2均与MCU控制模块6相连。每个智能燃气表均包括：

第一数据传输模块1，用于与燃气公司进行远程燃气表数据信息传输、向MCU控制模块6传输燃气表数据和通信信号强度信息，并用于接收MCU控制模块6传输的燃气表数据信息；第一数据传输模块1为NB-IOT模块或GPRS模块。第一数据传输模块1包括依次相连的SIM卡U1、第三芯片U3和天线AT1，SIM卡U1为SIM900系列。具体地，SIM卡U1的VPP接口连接第三芯片U3的SIM_DATA接口，SIM卡U1的RST接口连接第三芯片U3的SIM_RST接口，SIM卡U1的CLK接口连接第三芯片U3的CLK_RST接口；第三芯片U3的RF_ANT接口连接天线AT1。

第二数据传输模块2，用于接收另一智能燃气表传输燃气表数据信息，且向MCU控制模块6传输和接收燃气表数据信息，此处的另一个智能燃气表包括表示该系统中两个燃气表中的另一个；第二数据传输模块2为LORA模块；两个内置LORA模块之间进行数据传递也需要通过基站、Sever和云进行传递，本实施例中两个LORA模块之间是进行ID号绑定的，具体的两个内置LORA模块之间的数据通信原为本领域技术人员公知的技术，在此不作过多说明。LORA模块包括低中频收发器U5、调制电路和无线信号收发单元，所述低中频收发器U5为SX1278系列芯片。低中频收发器U5的1接口、27接口、23接口、24接口和25接口连接调制电路的输入端，无线信号收发单元包括芯片U6，芯片U6为AS179系列芯片；第六芯片U6的RF1接口和RF2接口连接调制电路的输出端，第六芯片U6的Vctr1接口连接并联的电阻R16和电容C26，电容C26接地，Vctr2接口连接并联的R15和C25，C25接地，第六芯片U6的RFCOM接口连接电容C23，电容C23另一端连接天线AT2。

所述LORA模块还设有电流检测电路一，用于检测LORA模块工作时的电流，并将结果发送给所述MCU控制模块。电流检测电路一包括芯片U6，芯片U6为LM391系列。芯片U6的1接口连接电阻R14后连接电源VCC，8接口连接电源VCC，2接口连接并联的电阻R15和R22，R15的另一端连接电源VCC，R22的另一端连接接地，4接口、5接口和6接口分别接地，3接口连接并联的R18和电容C25，R18的另一端分别连接电阻R20和低中频收发器U5的15接口、21接口、22接口、23接口、26接口，电阻R20的另一端接地。芯片U6的1接口作为输出OUT2，连接到MCU控制模块6的18接口(即OUT2接口)。MUC控制模块6在接收到LORA模块的工作电流后，会和先前设定的阈值进行比较，然后控制电源模块3对LORA模块提供的电流在阈值左右，从而保证了LORA模块发生频率和传输功率的稳定性。

电源模块3，用于为其他模块提供电流；低电压检测模块4，用于检测电源模块3的电压情况，并将检测结果发送给MCU控制模块6；电源模块3包括碱性电池J1和锂电池J2，电源模块3与低电压检测模块4相连接，碱性电池J1和锂电池J2的正极连接二极管D1和二极管D3，二极管D2和二级管D3的输出端依次连接二极管D2和第二芯片U2的输入端，第二芯片U2的输出端连接；低电压检测模块4连接第二单片机U4的BATA_AD接口，第二芯片U2为MD5333系列芯片。

时钟电路模块5，用于发出时钟信号给MCU控制模块6；MCU控制模块6，用于发出锯齿波信号或矩形波信号给控制阀驱动模块7，用于分别对第一数据传输模块1和第二数据传输模块2接收和发送燃气表数据信息，用于接收第一数据传输模块1的通信信号强度信息，还用于通过信号强度信息对第一数据传输模块1进行开关控制；MCU控制模块6为第四单片机U4控制，第四单片机U4为STM8l052系列单片机。所述第四单片机U4的OSC32_O引脚和OSC32_I引脚与所述时钟电路模块5连接，所述F_CLOSE引脚和F_OPEN引脚与控制阀驱动模块7连接；第四单片机U4的TE接口与无线信号收发单元的TE接口连接，第四单片机U4的RE接口与无线信号收发单元的RE接口连接。第三芯片U3的SIM_IXD连接第四单片机U4的接口，第三芯片U3的SIM_RXD接口连接第四单片机U4的接口，第三芯片U3的VDD EST接口连接第四单片机U4的接口，第三芯片U3的PWRKEY接口连接第四单片机U4的接口，第三芯片U3连接第四单片机U4的的STATUS接口。第四单片机U4的48接口连接低中频收发器U5的8接口，第四单片机U4的47接口连接低中频收发器U5的9接口。

控制阀驱动模块7，用于控制天然气控制阀8的打开或关闭。控制阀8，用于控制燃气表的燃气通道的通断。如图6所示，所述控制阀驱动模块7包括：三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、三极管T5、三极管T6，其中，MCU控制模块6中的第四单片机U4的33接口(即F-CLOSE接口)连接电阻R13后作为三极管T4的基极输入，MCU控制模块6中的第四单片机U4的32接口(即F-OPEN接口)连接电阻R12后作为三极管T3的基极输入，三极管T3的集电极连接电阻R4后连接三极管T1的基极，三极管T3的发射极连接VSS1，三极管T1的发射极连接VCC，三极管T1的集电极连接电阻R25以及三极管T6的集电极，电阻R25的另一端连接三极管T5的基极，三极管T5的发射极连接VSS1，三极管T5的发射极连接电机J4的F_1端以及电阻R27的一端，电机J4F_2端连接三极管T6的集电极；三极管T4的集电极连接电阻R26后连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极连接VCC，三极管T5的集电极连接R27和三极管T2的集电极共同连接电阻R27的一端，电阻R27的另一端连接三极管T6的基极，三极管的T4的发射极以及三极管T6的发射机共同连接阀门电流检测电路二。电流检测电路二包括芯片U7，芯片U7为LM391系列。芯片U7的1接口连接电阻R16连接三极管T7的发射极，芯片U7的2接口连接并联的电阻R17和电阻R23，电阻R17的另一端、芯片U7的8接口以及电阻R16的另一端共同连接三极管T7的集电极，三极管T7的发射极连接VCC，三极管T7的基极连接电阻R30，电阻R30的另一端连接三极管T8的集电极，三极管T8的发射极接地，三组R23的另一端接地，芯片U7的4接口、5接口和6接口均接地，芯片U7的3接口连接并联的电阻R19和电容C26，电阻R19的一端与电阻R21的有单连接三极管T4以及三极管T6的发射极，电阻R21的另一端接地，三极管T8的基极连接电阻R31的一端，电阻R31的另一端连接并联的二极管D8和二极管D9的正向输出端，二极管D8的正向输入端连接MCU控制模块6中的芯片U4的33接口(即F-CLOSE接口)；二极管D9的正向输入端连接MCU控制模块6中的芯片U4的32接口(即F-OPEN接口)。MUC控制模块6在接收到控制阀驱动模块7的工作电流后，会和先前设定的阈值进行比较，然后控制电源模块3对控制阀驱动模块7提供的电流在阈值左右，从而保证了控制阀(即电机J4)的稳定性。

后连接电源VCC，8接口连接电源VCC，2接口连接并联的电阻R15和R22，R15的另一端连接电源VCC，R22的另一端连接接地，4接口、5接口和6接口分别接地，3接口连接并联的R18和电容C25，R18的另一端分别连接电阻R20和低中频收发器U5的15接口、21接口、22接口、23接口、26接口，电阻R20的另一端接地。芯片U6的1接口作为输出OUT2，连接到MCU控制模块6的18接口(即OUT2接口)。

在背景技术中已经提到，智能燃气表中的锂电池是使用的锂亚电池，在用户长期不使用锂电池的过程中，锂亚电池存在后性，如果一段时间不使用，智能燃气表长期处于待机状态，不对外进行放电，锂电池提供的电流就会减小，内部的锂电池内部的电量就会逐渐衰减，本发明中的低电压检测模块4会对电池模块的电量发生检测，低电压检测模块4和MCU控制模块6连接如果电压低于一定阈值，在时钟电路模块5的作用下，MCU控制模块6将每隔一段时间发送锯齿波信号给控制阀驱动模块7，控制阀驱动模块7以控制控制阀8的打开或关闭，在实际的设置中，锯齿波信号的周期可以自行设定，在设定控制阀8的打开过程中，控制阀8并不需要百分之百的打开，只需要打开一部分即可，因为只需要保证燃气表在工作，让锂电池脱离长期睡眠的状态即可。

另外，每一个智能燃气表中存在两个通信模块，NB-IOT/GPRS模块和LORA模块。在一定的信号强度范围内，智能燃气表A直接与燃气公司之间的数据通信是通过第一数据传输模块1，即NB-IOT模块或GPRS模块；第一数据传输模块1随时将数据信号和信号强度信息传递给MCU控制模块6，如果MCU模块接收到凹的信号强度范围低于了某一个阈值，比如，信号强度低于-90dB，MCU控制模块6将控制本智能燃气表A的第一数据传输模块1不再传输数据，然后MCU控制模块6将数据在传递给第二数据传输模块2，即LORA模块；此时，LORA模块将数据传输给与该LORA模块绑定的另一个燃气表B中的LORA模块，燃气表B中的LORA模块接收到模块燃气表A数据信息后，在将数据信息传输给燃气表B中的MCU控制模块6，MCU控制模块6再传输至燃气表B中的第一数据传输模块1，该第一数据传输模块1再将数据传递给燃气公司数据中心。如果燃气表A的第一数据传输模块1检测到信号强度高于-90dB，则燃气表A中数据信号直接通过第一数据传输模块1传递给燃气公司数据中心。

第二传输模块1的数据传输采用LORA模块，LORA的低功耗广域网，其穿透力强、信号稳定。在安装两个智能燃气表时，可以选择将两个智能燃气表分别安装在用户A和用户B的家里，两个家庭的智能燃气表可以相互辅助，从而使得两个用户的智能燃气表与燃气公司之间都进行更好的数据传输；第一传输模块采用GPRS模块时，其传输频段为900/1800/1900MHz，采用NB-IOT模块时，其传输频段为850/900/1800/1900MHz，LORA模块的传输频段为137-1020MHz，也可以选择将其中一个智能燃气表安装在用户A家里，另一个燃气表安装在小区楼顶等其他信号较强的位置；应当了解到，采用本发明的智能燃气表系统只是较为理想地解决了传统的GPRS模块存在盲点的问题，不能排除存在两个燃气表的GPRS都具有盲点的情况，但相较于原来的情况，本发明已经很好地解决了这个问题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，其特征在于，包括两个智能燃气表，所述的两个智能燃气表安装在不同的位置，且两个智能燃气表之间的距离在方圆7000米之内；每个智能燃气表均包括：

第一数据传输模块(1)，用于与燃气公司进行远程燃气表数据信息传输、向MCU控制模块(6)传输燃气表数据和通信信号强度信息，并用于接收MCU控制模块(6)传输的燃气表数据信息；

第二数据传输模块(2)，用于接收另一智能燃气表传输燃气表数据信息，且向MCU控制模块(6)传输和接收燃气表数据信息；

电源模块(3)，用于为其他模块提供电流；包括碱性电池和锂电池，锂电池为所述数据传输模块提供电源；

低电压检测模块(4)，用于检测电源模块(3)的电压情况，并将检测结果发送给MCU控制模块(6)；

时钟电路模块(5)，用于发出时钟信号给MCU控制模块(6)；

MCU控制模块(6)，用于发出锯齿波信号或矩形波信号给控制阀驱动模块(7)，用于分别对第一数据传输模块(1)和第二数据传输模块(2)接收和发送燃气表数据信息，用于接收第一数据传输模块(1)的通信信号强度信息，还用于通过信号强度信息对第一数据传输模块(1)进行开关控制；

控制阀驱动模块(7)，用于控制天然气控制阀(8)的打开或关闭；

控制阀(8)，用于控制燃气表的燃气通道的通断。

2.根据权利要求1所述的一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，其特征在于，所述第一数据传输模块(1)为NB-IOT模块或GPRS模块，所述第二数据传输模块(2)为LORA模块。

3.根据权利要求2所述的一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，其特征在于，所述GPRS模块包括依次相连的SIM卡U1、第三芯片U3和天线AT1，第三芯片U3为SIM900系列芯片。

4.根据权利要求1所述的一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，其特征在于，所述LORA模块包括低中频收发器U5、调制电路和无线信号收发单元，所述低中频收发器U5为SX1278系列芯片。

5.根据权利要求1所述的一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，其特征在于，所述MCU控制模块(6)采用第四单片机U4，所述第四单片机U4为STM8l052系列单片机，所述第四单片机U4的OSC32_O引脚和OSC32_I引脚与所述时钟电路模块(5)连接，所述F_CLOSE引脚和F_OPEN引脚与控制阀驱动模块(7)连接。

6.根据权利要求4所述的一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，其特征在于，所述LORA模块还设有电流检测电路一，用于检测LORA模块工作时的电流，并将结果发送给所述MCU控制模块(6)。

7.根据权利要求1所述的一种便于数据中心读取数据的智能燃气表系统，其特征在于，所述控制阀驱动模块(7)包括阀门电流检测电路二，用于检测阀门驱动模块(7)的输出电流，并将结果发送给所述MCU控制模块(6)。