CN109612544A - 一种可被动切换供电的燃气表 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种可被动切换供电的燃气表，包含控制单元、或门、通信单元、频压转换器、线性放大电路、电压比较电路与电源控制电路，通信单元包含串口，并与控制单元通信连接；或门的其中一路输入与控制单元的输出端连接，或门的另一路输入与通信单元的串口端连接，或门的输出端与频压转换器的输入端连接，频压转换器的输出端与线性放大电路的输入端连接，线性放大电路的输出端与电压比较电路的输入端连接，电压比较电路的输出端与电源控制电路的输入端连接；电源控制电路至少包含两路不同电压的供电输出端，以提供燃气表用电部件供电。实现对设备工作和空闲时的电压进行调节，降低了设备消耗，节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及燃气表领域，具体涉及一种可被动切换供电的燃气表。
背景技术
随着社会经济的快速发展，燃气表的使用已变成人们日常生活必不可少的一部分，但在燃气表的日常使用中就会发现许多问题，现有的燃气表技术领域中，没使用燃气时，设备就会断开与燃气表计量系统的连接，当计量系统要工作时，需要由设备主动发起网络通信，与系统重新建立连接，每次的重新联网、重新连接或建立PDN连接，都会造成较大的功耗，造成了很多不必要的浪费。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种降低功耗、可被动切换供电的燃气表。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种可被动切换供电的燃气表，包含控制单元、或门、通信单元、频压转换器、线性放大电路、电压比较电路与电源控制电路，通信单元包含串口，并与控制单元通信连接；或门的其中一路输入与控制单元的输出端连接，或门的另一路输入与通信单元的串口端连接，或门的输出端与频压转换器的输入端连接，频压转换器的输出端与线性放大电路的输入端连接，线性放大电路的输出端与电压比较电路的输入端连接，电压比较电路的输出端与电源控制电路的输入端连接；电源控制电路至少包含两路不同电压的供电输出端，以提供燃气表用电部件供电。
进一步的，所述电压比较电路包含运算放大器P1和参考电压模块，所述运算放大器P1的同向输入端连接电阻R1，电阻R1的另一端与电阻R3、电阻R4的连接端相连，电阻R3的另一端与线性放大电路的输出端VIN连接，电阻R4的另一端接地，运算放大器P1的反向输入端经电阻R2连接参考电压模块的输出端。
进一步的，所述参考电压模块包含可控精密稳压源T1、电阻R5、电阻R6、电阻R7；所述可控精密稳压电源T1为TL431，其参考极与阳极之间设有电阻R5，电阻R5与可控精密稳压电源T1的阳极相连接地，可控精密稳压电源T1的参考极还经电阻R6、电阻R7连接到VDD供电端，电阻R7与电阻R6的连接端与可控精密稳压电源T1的阴极相连；可控精密稳压电源T1的阴极经电阻R8、电阻R9连接至参考地端；可控精密稳压电源T1的阴极作为参考电压模块的输出端。
进一步的，所述电源控制电路包含第一PNP开关电路、第二PNP开关电路、NPN开关电路以及开关电源芯片S1，运算放大器P1的输出端与第二PNP开关电路的控制端、NPN开关电路的控制端对应连接；第二PNP开关电路的发射极端对应连接至VDD供电端，集电极端与开关电源芯片S1的VIN1连接端相接；NPN开关电路的集电极端对应连接到第一PNP开关电路的控制端，NPN开关电路的发射极端对应连接到GND参考地端。
进一步的，所述第一PNP开关电路包含PNP三极管Q1，PNP三极管Q1的集电极与电阻R12连接，电阻R12的另一端与VBAT供电端连接，PNP三极管Q1的基极与发射极之间设有电阻R10，电阻R10与PNP三极管Q1的发射极连接后与电容C1和接入VDD供电端的连接端相连，电容C1的另一端接地，PNP三极管Q1的基极与电阻R10连接后与电阻R15连接。
进一步的，所述NPN开关电路包含NPN三极管Q2，所述NPN三极管Q2的集电极与电阻R15的另一端连接，所述NPN三极管Q2的基极和发射极之间设有电阻R13，NPN三极管Q2的发射极和电阻R13相连后接地，NPN三极管Q2的基极和电阻R13相连后与电阻R14连接，电阻R14的另一端与电阻R11连接，电阻R11与运算放大器P1的供电端连接后与VDD供电端连接。
进一步的，所述第二PNP开关电路包含PNP三极管Q3，PNP三极管Q3的基极与运算放大器P1的输出端连接，其连接端与电阻R16连接，电阻R16的另一端与PNP三极管Q3的发射极连接后与接入VDD供电端和电容C2连接，电容C2的另一端接地，PNP三极管Q3的集电极与开关电源芯片S1的VIN1连接端相接。
进一步的，所述开关电源芯片S1的电压输入端VIN1与工作输入端RUN1连接后与电容C3的正极连接，其连接端与PNP三极管Q3的集电极相连，电容C3的负极与开关电源芯片S1的接地端GND1相连后接地，开关电源芯片S1的开关端SW1与电感L1连接，开关电源芯片S1的电压输出端VOUT1与电阻R17连接后与电阻R18和电容C5的连接端相连，电阻R17的另一端接地，电阻R18与电容C5的另一端相连后与电感L1的另一端连接，其连接后与电容C4的正极和VBAT供电端的连接端连接，电容C4的负极接地。
进一步的，还包含非门F1与发光二级光Q4，所述非门F1的输入端与电阻R8、R9的连接端连接，非门F1的输出端连接发光二极管Q4的正极，发光二极管的负极经电阻R19连接至参考地端。
本发明的工作原理是：当控制单元与通信单元通信时，信号电平通过或门传输到频压转换器，相比未通信时，频压转换器经线性放大器输出的电压更大，不同的频率区间对应不同的电压区间，根据电压比较器的判断，实现自动供电的转换。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：实现对设备工作和空闲时的电压进行调节，当设备不工作时，调节电平使设备处于休眠模式，近乎关机状态，可大幅度省电，会减少天线、射频、信令处理等的功耗消耗，当设备需要通信时，通过调调节电平与系统重新建立连接，设备从休眠到工作时状态转换的时间比设备重新建立通信的时间更少，降低了设备重新建立连接等所消耗的功耗，节约了成本。
附图说明
图1为本发明实施例电路结构示意图，
图2为本发明实施例电压比较电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明提出了一种可被动切换供电的燃气表，包含控制单元、或门、通信单元、频压转换器、线性放大电路、电压比较电路与电源控制电路，通信单元包含串口，并与控制单元通信连接；或门的其中一路输入与控制单元的输出端连接，或门的另一路输入与通信单元的串口端连接，或门的输出端与频压转换器的输入端连接，频压转换器的输出端与线性放大电路的输入端连接，线性放大电路的输出端与电压比较电路的输入端连接，电压比较电路的输出端与电源控制电路的输入端连接；电源控制电路至少包含两路不同电压的供电输出端，以提供燃气表用电部件供电。本发明适用于那些反应迟钝，通常由设备主动发起网络通信的物联网场景，燃气表工作由于电池供电不需要太高的实时性，燃气表不工作时处于待机休眠状态，通过监控通信状态切换供电状态使燃气表工作，不需要重新组网，其实平均功耗换算下来，要比每次的重新联网、重新连接，要省电得多。
所述电压比较电路包含运算放大器P1和参考电压模块，所述运算放大器P1的同向输入端连接电阻R1，电阻R1的另一端与电阻R3、电阻R4的连接端相连，电阻R3的另一端与线性放大电路的输出端VIN连接，电阻R4的另一端接地，运算放大器P1的反向输入端经电阻R2连接参考电压模块的输出端。运算放大器P1用于将信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，对输出电平进行调节，实现自动供电的转换,并且不干扰相邻通道的通信。
所述参考电压模块包含可控精密稳压源T1、电阻R5、电阻R6、电阻R7；所述可控精密稳压电源T1为TL431，其参考极与阳极之间设有电阻R5，电阻R5与可控精密稳压电源T1的阳极相连接地，可控精密稳压电源T1的参考极还经电阻R6、电阻R7连接到VDD供电端，电阻R7与电阻R6的连接端与可控精密稳压电源T1的阴极相连；可控精密稳压电源T1的阴极经电阻R8、电阻R9连接至参考地端；可控精密稳压电源T1的阴极作为参考电压模块的输出端。通过可控精密稳压电源T1提高输出电压质量，对导通电压进行控制，对设备工作时或工作状态转换时的电压起稳压作用，使设备运行更稳定。
所述电源控制电路包含第一PNP开关电路、第二PNP开关电路、NPN开关电路以及开关电源芯片S1，运算放大器P1的输出端与第二PNP开关电路的控制端、NPN开关电路的控制端对应连接；第二PNP开关电路的发射极端对应连接至VDD供电端，集电极端与开关电源芯片S1的VIN1连接端相接；NPN开关电路的集电极端对应连接到第一PNP开关电路的控制端，NPN开关电路的发射极端对应连接到GND参考地端。通过运算放大器P1输出的高低电平来实现对开关电路的控制，使设备反应更快。
所述第一PNP开关电路包含PNP三极管Q1，PNP三极管Q1的集电极与电阻R12连接，电阻R12的另一端与VBAT供电端连接，PNP三极管Q1的基极与发射极之间设有电阻R10，电阻R10与PNP三极管Q1的发射极连接后与电容C1和接入VDD供电端的连接端相连，电容C1的另一端接地，PNP三极管Q1的基极与电阻R10连接后与电阻R15连接。三极管对电平转换效率高，使用和维修都很方便。
所述NPN开关电路包含NPN三极管Q2，所述NPN三极管Q2的集电极与电阻R15的另一端连接，所述NPN三极管Q2的基极和发射极之间设有电阻R13，NPN三极管Q2的发射极和电阻R13相连后接地，NPN三极管Q2的基极和电阻R13相连后与电阻R14连接，电阻R14的另一端与电阻R11连接，电阻R11与运算放大器P1的供电端连接后与VDD供电端连接。运算放大器P1输出高电平，NPN三极管Q2通，PNP三极管Q1通，切换供电状态使设备工作，不需要与系统重新建立连接，设备从休眠到工作时状态转换的时间比设备重新建立通信的时间更少，降低了设备重新建立连接等所消耗的功耗，节约了成本。
所述第二PNP开关电路包含PNP三极管Q3，PNP三极管Q3的基极与运算放大器P1的输出端连接，其连接端与电阻R16连接，电阻R16的另一端与PNP三极管Q3的发射极连接后与接入VDD供电端和电容C2连接，电容C2的另一端接地，PNP三极管Q3的集电极与开关电源芯片S1的VIN1连接端相接。运算放大器P1输出低电平，PNP三极管Q3通信，切换供电状态使设备处于休眠模式，近乎关机状态，可大幅度省电，会减少天线、射频、信令处理等的功耗消耗。
所述开关电源芯片S1的电压输入端VIN1与工作输入端RUN1连接后与电容C3的正极连接，开关电源芯片S1的型号为SGM6013，其连接端与PNP三极管Q3的集电极相连，电容C3的负极与开关电源芯片S1的接地端GND1相连后接地，开关电源芯片S1的开关端SW1与电感L1连接，开关电源芯片S1的电压输出端VOUT1与电阻R17连接后与电阻R18和电容C5的连接端相连，电阻R17的另一端接地，电阻R18与电容C5的另一端相连后与电感L1的另一端连接，其连接后与电容C4的正极和VBAT供电端的连接端连接，电容C4的负极接地。电源电压VBAT还连接到通信单元的供电端，通信时由于信号频率的影响，对应输出的电压较高，并经过电压比较器后输出高电压，触发三极管及开关芯片工作，电压升高，补充通信单元及其他用电部件的供电；开关电源芯片具有效率高、稳性好、体积小等优点，使整个装置控制更稳定。
还包含非门F1与发光二级光Q4，所述非门F1的输入端与电阻R8、R9的连接端连接，非门F1的输出端连接发光二极管Q4的正极，发光二极管的负极经电阻R19连接至参考地端。通过设置非门和发光二极管检查可控精密稳压电源T1的工作状态，当可控精密稳压电源T1的工作电压欠压时，发光二极管亮；通过参数设置，使得R8，R9组成电阻分压器的工作电压高于非门F1的阈值电压，且两者差值小于0.2V，以及时发现可控精密稳压电源T1的供电偏差。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种可被动切换供电的燃气表，其特征在于：包含控制单元、或门、通信单元、频压转换器、线性放大电路、电压比较电路与电源控制电路，通信单元包含串口，并与控制单元通信连接；或门的其中一路输入与控制单元的输出端连接，或门的另一路输入与通信单元的串口端连接，或门的输出端与频压转换器的输入端连接，频压转换器的输出端与线性放大电路的输入端连接，线性放大电路的输出端与电压比较电路的输入端连接，电压比较电路的输出端与电源控制电路的输入端连接；电源控制电路至少包含两路不同电压的供电输出端，以提供燃气表用电部件供电。
2.如权利要求1所述的一种可被动切换供电的燃气表，其特征在于：所述电压比较电路包含运算放大器P1和参考电压模块，所述运算放大器P1的同向输入端连接电阻R1，电阻R1的另一端与电阻R3、电阻R4的连接端相连，电阻R3的另一端与线性放大电路的输出端VIN连接，电阻R4的另一端接地，运算放大器P1的反向输入端经电阻R2连接参考电压模块的输出端。
3.如权利要求2所述的一种可被动切换供电的燃气表，其特征在于：所述参考电压模块包含可控精密稳压源T1、电阻R5、电阻R6、电阻R7；所述可控精密稳压电源T1为TL431，其参考极与阳极之间设有电阻R5，电阻R5与可控精密稳压电源T1的阳极相连接地，可控精密稳压电源T1的参考极还经电阻R6、电阻R7连接到VDD供电端，电阻R7与电阻R6的连接端与可控精密稳压电源T1的阴极相连；可控精密稳压电源T1的阴极经电阻R8、电阻R9连接至参考地端；可控精密稳压电源T1的阴极作为参考电压模块的输出端。
4.如权利要求1所述的一种可被动切换供电的燃气表，其特征在于：所述电源控制电路包含第一PNP开关电路、第二PNP开关电路、NPN开关电路以及开关电源芯片S1，运算放大器P1的输出端与第二PNP开关电路的控制端、NPN开关电路的控制端对应连接；第二PNP开关电路的发射极端对应连接至VDD供电端，集电极端与开关电源芯片S1的VIN1连接端相接；NPN开关电路的集电极端对应连接到第一PNP开关电路的控制端，NPN开关电路的发射极端对应连接到GND参考地端。
5.如权利要求4所述的一种可被动切换供电的燃气表，其特征在于：所述第一PNP开关电路包含PNP三极管Q1，PNP三极管Q1的集电极与电阻R12连接，电阻R12的另一端与VBAT供电端连接，PNP三极管Q1的基极与发射极之间设有电阻R10，电阻R10与PNP三极管Q1的发射极连接后与电容C1和接入VDD供电端的连接端相连，电容C1的另一端接地，PNP三极管Q1的基极与电阻R10连接后与电阻R15连接。
6.如权利要求4所述的一种可被动切换供电的燃气表，其特征在于：所述NPN开关电路包含NPN三极管Q2，所述NPN三极管Q2的集电极与电阻R15的另一端连接，所述NPN三极管Q2的基极和发射极之间设有电阻R13，NPN三极管Q2的发射极和电阻R13相连后接地，NPN三极管Q2的基极和电阻R13相连后与电阻R14连接，电阻R14的另一端与电阻R11连接，电阻R11与运算放大器P1的供电端连接后与VDD供电端连接。
7.如权利要求4所述的一种可被动切换供电的燃气表，其特征在于：所述第二PNP开关电路包含PNP三极管Q3，PNP三极管Q3的基极与运算放大器P1的输出端连接，其连接端与电阻R16连接，电阻R16的另一端与PNP三极管Q3的发射极连接后与接入VDD供电端和电容C2连接，电容C2的另一端接地，PNP三极管Q3的集电极与开关电源芯片S1的VIN1连接端相接。
8.如权利要求4所述的一种可被动切换供电的燃气表，其特征在于：所述开关电源芯片S1的电压输入端VIN1与工作输入端RUN1连接后与电容C3的正极连接，其连接端与PNP三极管Q3的集电极相连，电容C3的负极与开关电源芯片S1的接地端GND1相连后接地，开关电源芯片S1的开关端SW1与电感L1连接，开关电源芯片S1的电压输出端VOUT1与电阻R17连接后与电阻R18和电容C5的连接端相连，电阻R17的另一端接地，电阻R18与电容C5的另一端相连后与电感L1的另一端连接，其连接后与电容C4的正极和VBAT供电端的连接端连接，电容C4的负极接地。
9.如权利要求3所述的一种可被动切换供电的燃气表，其特征在于：还包含非门F1与发光二级光Q4，所述非门F1的输入端与电阻R8、R9的连接端连接，非门F1的输出端连接发光二极管Q4的正极，发光二极管的负极经电阻R19连接至参考地端。
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