CN108240847A - 一种具有通信功能的光按钮和具有光按钮的智能水表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有通信功能的光按钮，光按钮包括微处理器、第一控制电路和光发射器，微处理器通过第一控制电路与光发射器电性连接，光发射器通过发射光信号向外部终端传递数据；光按钮还包括第二控制电路和光接收器，光接收器通过第二控制电路与光接收模块电性连接，光接收器通过接收外部终端的光信号获取数据；本发明还公开了一种具有光按钮的智能水表，本发明的光按钮直接封装于密封的智能水表中，通过光信号实现与外界的近距离通信。
Description
技术领域
本发明涉及智能控制领域，尤其涉及一种具有通信功能的光按钮和具有光按钮的智能水表。
背景技术
目前随着智能水表2.0产品的蓬勃发展，人机交互需求也越来越多，不仅需要显示，还需要用户操作；而且随着智慧水务的快速发展，智能水表2.0产品的通信要求也是越来越普及，成为其必备功能。
由于IP68的高防护要求对人机交互接口提出了更高的要求，不能采用通常的按钮按键。目前常用的用户操作方式有：机械式的按键按钮、电容感应式的触摸按钮、磁感应的干簧管和霍尔器件等，这些按键都有各自的优缺点。机械式要达到IP68防护比较困难，电容式在潮湿环境下应用比较麻烦，磁感应式的干簧管容易极化或碎，磁感应式的霍尔器件功耗较高，且上述按键方式都没有通信功能，因而要满足光按钮存在一些难题需要克服。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供了一种具有通信功能的光按钮，实现智能水表与外界近距离的数据交互。
本发明的目的之二在于提供一种具有光按钮的智能水表，实现智能水表与外界近距离的数据交互。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种具有通信功能的光按钮，所述光按钮包括微处理器、第一控制电路和光发射器，所述微处理器通过所述第一控制电路与光发射器电性连接，所述光发射器通过发射光信号向外部终端传递数据；所述光按钮还包括第二控制电路和光接收器，所述光接收器通过所述第二控制电路与光接收模块电性连接，所述光接收器通过接收外部终端的光信号获取数据。
进一步地，所述光按钮还包括电源和第三控制电路，所述电源通过所述第三控制电路与微处理器电性连接，所述第三控制电路与第一控制电路和第二控制电路电性连接并控制所述第一控制电路和第二控制电路与电源之间的连接通断。
进一步地，所述第一控制电路包括三极管Q4、电阻R4和电阻R5，所述光发射器包括发光二极管D1，所述电阻R4的一端通过第三控制电路与电源电性连接，电阻R4的另一端通过发光二极管D1连接于三极管Q4的发射极，所述三极管Q4的基极通过R5连接于微处理器的P3端口，三极管Q4的集电极接地。
进一步地，所述第二控制电路包括三极管Q3、电阻R2和电阻R3，所述光接收管包括光敏三极管Q2，所述电阻R3的一端通过第三控制电路与电源电性连接，电阻R3的另一端通过光敏三极管Q2连接于三极管Q3的基极，所述电阻R2的一端连接于第三控制电路和电阻R3之间，电阻R2的另一端连接于三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，微处理器的P2端口连接于电阻R2与三极管Q3的集电极之间。
进一步地，所述第三控制电路包括三极管Q1和电阻R1，三极管Q1的基极通过电阻R1与微处理器的P1端口相连，三极管Q1的发射极与电源电性连接，三极管Q1的集电极与第一控制电路和第二控制电路电性连接。
进一步地，所述光敏三极管Q2通过接收外界的光信号实现微处理器的数据获取。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种具有光按钮的智能水表，所述智能水表包括上面所述的光按钮，所述智能水表包括主控单元，所述主控单元与所述光按钮的微处理器通过串行端口进行数据交互。
相比于现有技术的不足，本发明的有益效果是：本发明的光按钮直接封装于密封的智能水表中，通过光信号实现与外界的近距离通信。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明的电路原理图。
图中：1、第一控制电路；2、第二控制电路；3、第三控制电路。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一：
一种具有通信功能的光按钮，封装于智能水表中并作为智能水表与用户进行数据交互的控制设备，如图1所示，光按钮包括微处理器、第一控制电路和光发射器，微处理器与智能水表电性连接，微处理器通过第一控制电路与光发射器电性连接，光发射器通过发射光信号向外部终端传递数据；光按钮还包括第二控制电路和光接收器，光接收器通过第二控制电路与光接收模块电性连接，光接收器通过接收外部终端的光信号获取数据。
其中，光发射器和光接收器可以为独立的器件，也可为收发一体的器件。
光按钮进行通信功能时的原理为：当向外部终端输出数据时，外部终端需要存在光接收器，光按钮通过光发射模块发出光信号至外部终端的光接收器，达到数据的输出；同理，当用户对光按钮输入指令时，需要存在光发射器，用户通过光发射器发出光信号至光接收模块实现数据的接收，其中外部终端可以是手掌机或电脑，对于所述的光信号，不限定光线的频谱，可以是红外线或其他频率的光谱。
由于光发射器和光接收器在系统中处于持续工作的状态，为了降低能耗，光按钮还包括电源和第三控制电路，电源通过第三控制电路与微处理器电性连接，第三控制电路与第一控制电路和第二控制电路电性连接并控制第一控制电路和第二控制电路与电源之间的连接通断。
其中，第三控制电路可以切断其他控制电路的电源提供，以达到不消耗电源电流的目的，进而降低能耗；而且根据控制需要，微处理器的控制信号P1，可以采用频率较高，占空比比较高的周期信号进行控制，可以将平均电流消耗大大降低,其中占空比为70％-90％之间为最佳。
如图2所示，第一控制电路包括三极管Q4、电阻R4和电阻R5，光发射器包括发光二极管D1，电阻R4的一端通过第三控制电路与电源电性连接，电阻R4的另一端通过发光二极管D1连接于三极管Q4的发射极，三极管Q4的基极通过R5连接于微处理器的P3端口，三极管Q4的集电极接地。
第二控制电路包括三极管Q3、电阻R2和电阻R3，光接收管包括光敏三极管Q2，电阻R3的一端通过第三控制电路与电源电性连接，电阻R3的另一端通过光敏三极管Q2连接于三极管Q3的基极，电阻R2的一端连接于第三控制电路和电阻R3之间，电阻R2的另一端连接于三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，微处理器的P2端口连接于电阻R2与三极管Q3的集电极之间。
第三控制电路包括三极管Q1和电阻R1，三极管Q1的基极通过电阻R1与微处理器的P1端口相连，三极管Q1的发射极与电源电性连接，三极管Q1的集电极与第一控制电路和第二控制电路电性连接。
其中，三极管Q1、Q3、Q4，不限定为NPN或PNN晶体管，可以采用MOS管、晶体管或集成电路等，针对不同的三极管会产生不同的驱动电路。
当光按钮不进行光通信的功能时，它还可实现按钮的功能，进行参数的设置等；通过微处理器控制总的电源提供，根据需求进行控制。平时提供一定频率的低占空比的控制信号，调制频率为1k-10kHZ,该频率也可作为光发射的调制频率，当系统不进行双向通信时，可以通过判断第二控制电路输出到微处理器的信号进行判断外部光线的变化，用于判断是否有按钮操作，并根据状态来确定按钮的操作，比如短按、长按、单击、双击等。通信时，可以对第三控制电路进行控制，也可以不进行控制，第一控制电路和第二控制电路，分别实现通信的输入和输出。
光按钮实现按钮功能的工作原理为：微控制器输出一定频率的控制信号给第三控制电路3，当高电平时，电阻R1将三极管Q1的基极拉高，三极管Q1截止，第三控制电路3不输出；当低电平时，电阻R1将三极管Q1的基极拉低，三极管Q1导通，第三控制电路3输出电压；当外部用手指或其他器物盖住光敏三极管Q2的窗口，类似于手指按在按钮上，挡住了光敏三极管Q2的光线接收，如果此时第三控制电路3不输出，则第二控制电路输出低电平，如果此时第三控制电路输出电压，则第二控制电路2输出低电平；当外部不遮挡光敏三极管Q2窗口，且此时第三控制电路输出电压时，第二控制电路输出高电平，通过与微控制器的输出进行判断，可以确认当前是否按钮按下；通过对按下时长的判断可以分类，比如超过一定时间，定义为短按，而超过一定时间，则定义为长按；还可以设定在一定时间内，按钮状态变化的次数来区分单击和双击；同样也可以设置其他分类方法，这些方法定义了按钮的操作，进而确定按钮的功能，通过这些按钮的功能，用户可以实现不同的交互，比如设置参数、读取参数、读取数据等。
同时，为了避免第二控制电路输出状态的混乱，微处理器先通过光按钮操作进入光通信模式，用于实现通信功能，通信结束后，一定时间后，自动返回光按钮模式，用于实现光按钮功能输出；当进入光通信模式，根据是否需要调制，确定第三控制电路3是否需要输入频率信号或状态信号，根据此时第一控制电路1和第二控制电路2的来实现通信功能，通常是采用异步串口通信，第一控制电路1作为异步串口通信的输出，第二控制电路2作为异步串口通信的输入。
微处理器的P2，既可以作为数字I/O口，也可以作为模拟输入接口，用于判断外界光线变化不明显时的状态检测，用于辅助准确判断按钮的当前状态。
本发明的光按钮可以有效解决目前智能水表的高防护、低功耗、通信、按钮等综合需求，且低成本低功耗低复杂度，简单易用，非常适合价格敏感、功耗要求高且需要人机交互和通信功能的智能水表产品的应用，同时本发明也适合在黑暗环境中工作，通过光接收器接收光发射器发射到用户手指反射回来的光实现按键功能。
实施例二：
本发明还公开了一种具有光按钮的智能水表，智能水表包括上面所述的光按钮，智能水表包括主控单元，主控单元与光按钮的微处理器通过串行端口进行数据交互。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种具有通信功能的光按钮，其特征在于：所述光按钮包括微处理器、第一控制电路和光发射器，所述微处理器通过所述第一控制电路与光发射器电性连接，所述光发射器通过发射光信号向外部终端传递数据；所述光按钮还包括第二控制电路和光接收器，所述光接收器通过所述第二控制电路与光接收模块电性连接，所述光接收器通过接收外部终端的光信号获取数据。
2.如权利要求1所述的具有通信功能的光按钮，其特征在于：所述光按钮还包括电源和第三控制电路，所述电源通过所述第三控制电路与微处理器电性连接，所述第三控制电路与第一控制电路和第二控制电路电性连接并控制所述第一控制电路和第二控制电路与电源之间的连接通断。
3.如权利要求2所述的具有通信功能的光按钮，其特征在于：所述第一控制电路包括三极管Q4、电阻R4和电阻R5，所述光发射器包括发光二极管D1，所述电阻R4的一端通过第三控制电路与电源电性连接，电阻R4的另一端通过发光二极管D1连接于三极管Q4的发射极，所述三极管Q4的基极通过R5连接于微处理器的P3端口，三极管Q4的集电极接地。
4.如权利要求3所述的具有通信功能的光按钮，其特征在于：所述第二控制电路包括三极管Q3、电阻R2和电阻R3，所述光接收管包括光敏三极管Q2，所述电阻R3的一端通过第三控制电路与电源电性连接，电阻R3的另一端通过光敏三极管Q2连接于三极管Q3的基极，所述电阻R2的一端连接于第三控制电路和电阻R3之间，电阻R2的另一端连接于三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，微处理器的P2端口连接于电阻R2与三极管Q3的集电极之间。
5.如权利要求4所述的具有通信功能的光按钮，其特征在于：所述第三控制电路包括三极管Q1和电阻R1，三极管Q1的基极通过电阻R1与微处理器的P1端口相连，三极管Q1的发射极与电源电性连接，三极管Q1的集电极与第一控制电路和第二控制电路电性连接。
6.如权利要求4所述的具有通信功能的光按钮，其特征在于：所述光敏三极管Q2通过接收外界的光信号实现微处理器的数据获取。
7.一种具有光按钮的智能水表，其特征在于：所述智能水表包括权利要求1-6所述的光按钮，所述智能水表包括主控单元，所述主控单元与所述光按钮的微处理器通过串行端口进行数据交互。
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