CN110930681A

CN110930681A - 远程抄表主设备及远程抄表系统

Info

Publication number: CN110930681A
Application number: CN201911243608.6A
Authority: CN
Inventors: 刘柏罕; 贺达江; 米贤武; 丁黎明; 刘谋海; 黄利军; 陈灵曦; 宋宏彪
Original assignee: Huaihua University
Current assignee: Hunan Tpv Network Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2039-12-06
Also published as: CN110930681B

Abstract

本申请涉及一种远程抄表主设备及远程抄表系统，在远程抄表主设备中设置有电池直接对控制器和窄带物联网通信模组进行通电，不需要通过远程供电，能够适用取电困难的场合。并且通过电源使能控制电路能够对远程抄表主设备中其它器件的供电进行控制，在在远程抄表主设备没有抄读需求时关断电源输出，使得电源只对控制器和窄带物联网通信模组进行供电，有效地降低系统能耗。同时当远程抄表主设备通过控制器、发送控制电路以及接收控制电路等的作用下得到对应远程抄表从机的数据之后，通过窄带物联网通信模组直接将相关数据发送至外部主站设备进行进一步地分析处理，整个系统架构更为简单。与传统的MBUS主设备相比具有工作可靠性强的优点。

Description

远程抄表主设备及远程抄表系统

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种远程抄表主设备及远程抄表系统。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，对用户的用水、用电以及用气的管理也越来越朝着智能化发展。MBUS(远程抄表)总线是一种专门为消耗量计量仪表数据传输设计的主从式半双工传输总线，采用主叫/应答的方式通信，即只有处于中心地位的MBUS主设备发出询问后，MBUS从设备才能向主站传输数据，主设备对所挂的从设备进行轮询，获取各表计计量数据。主设备获取的数据，通过数据汇集终端，终端通过4G/2G网络远传至主站，进行相应的数据分析以及缴费信息汇总等。

然而，传统的MBUS主设备的运行需要远程供电，MBUS主设备需要对接收的电源进行处理，以满足MBUS主设备的供电要求，成本较高；并且针对一些取电困难的场景并不适用。同时，数据的传输需要经过中间设备汇集数据，通过4G/2G网络上传，系统架构繁琐，且功耗较高。因此，传统的MBUS主设备具有工作可靠性差的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对传统的MBUS主设备的工作可靠性差的问题，提供一种远程抄表主设备及远程抄表系统。

一种远程抄表主设备，所述设备包括：窄带物联网通信模组、控制器、电池、电源使能控制电路、比较器、发送控制电路和接收电路，所述窄带物联网通信模组用于与外部主站设备通信连接，所述窄带物联网通信模组连接所述控制器，所述窄带物联网通信模组和所述控制器分别连接所述电池，所述电源使能控制电路连接所述控制器，所述发送控制电路和所述比较器分别连接所述电源使能控制电路，所述发送控制电路连接所述控制器，所述比较器连接所述控制器，所述接收电路连接所述比较器，所述接收电路和所述发送控制电路分别通过传输总线连接对应的远程抄表从机。

在一个实施例中，所述电源使能控制电路包括电源使能电路和升压电路，所述电源使能电路连接所述升压电路，所述电源使能电路连接所述控制器，所述发送控制电路和所述比较器分别连接所述升压电路。

在一个实施例中，所述电源使能电路包括电阻R1、电阻R2和开关管T1，所述电阻R1的一端连接所述控制器，所述电阻R1的另一端连接所述电阻R2的一端和所述开关管T1的控制端，所述电阻R2的另一端连接电源和所述开关管T1的第一端，所述开关管T1的第二端连接所述升压电路。

在一个实施例中，所述升压电路为SY7302型芯片升压电路。

在一个实施例中，所述发送控制电路包括发送电路和发送使能电路，所述发送使能电路连接所述发送电路，所述控制器和所述电源使能控制电路分别连接所述发送电路，所述发送使能电路通过传输总线连接对应的远程抄表从机。

在一个实施例中，所述发送电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、开关管T2、开关管T3、开关管T4、开关管T5、二极管D1和稳压管，所述电阻R3的一端连接所述控制器，所述电阻R3的另一端连接所述电阻R4的一端和所述开关管T2的控制端，所述电阻R4的另一端连接所述开关管T2的第一端，所述开关管T2的第一端接地，所述开关管T2的第二端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接所述稳压管的第一端，所述稳压管的第二端接地，所述稳压管的第三端连接所述电阻R6的一端和所述开关管T3的控制端，所述电阻R6的另一端连接电源，所述开关管T3的第一端连接所述开关管T4的控制端，所述开关管T3的第二端连接所述开关管T4的第一端，所述开关管T4的第二端连接所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端，所述电阻R7的另一端连接所述稳压管的第一端、所述电阻R9的一端和所述电阻R10的一端，所述电阻R9的另一端连接所述稳压管的第二端，所述电阻R10的另一端连接所述控制器，所述电阻R8的另一端连接所述开关管T5的控制端和所述电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R8的一端连接所述开关管T5的第一端，所述开关管T5的第二端连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接所述发送使能电路。

在一个实施例中，所述发送使能电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、开关管T6和开关管T7，所述电阻R12的一端连接所述开关管T6的第一端和所述发送电路，所述电阻R12的另一端连接所述电阻R13的一端和所述开关管T6的控制端，所述电阻R13的另一端连接所述开关管T7的第一端，所述开关管T7的第二端接地，所述开关管T7的控制端连接所述电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端连接所述控制器，所述开关管T6的第二端连接所述电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端接地。

在一个实施例中，所述发送使能电路的数量为3个。

在一个实施例中，所述控制器为HC32L130F8UA型低功耗微控制单元控制器。

一种远程抄表系统，包括主站设备、远程抄表从机和上述的远程抄表主设备。

上述远程抄表主设备及远程抄表系统，在远程抄表主设备中设置有电池直接对控制器和窄带物联网通信模组进行通电，不需要通过远程供电，能够适用取电困难的场合。并且通过电源使能控制电路能够对远程抄表主设备中其它器件的供电进行控制，在在远程抄表主设备没有抄读需求时关断电源输出，使得电源只对控制器和窄带物联网通信模组进行供电，有效地降低系统能耗。同时当远程抄表主设备通过控制器、发送控制电路以及接收控制电路等的作用下得到对应远程抄表从机的数据之后，通过窄带物联网通信模组直接将相关数据发送至外部主站设备进行进一步地分析处理，整个系统架构更为简单。与传统的MBUS主设备相比具有工作可靠性强的优点。

附图说明

图1为一实施例中远程抄表主设备结构示意图；

图2为一实施例中控制器结构示意图；

图3为另一实施例中远程抄表主设备结构示意图；

图4为一实施例中电源使能电路结构示意图；

图5为一实施例中升压电路结构示意图；

图6为一实施例中发送电路结构示意图；

图7为一实施例中发送使能电路结构示意图；

图8为一实施例中接收电路结构示意图；

图9为一实施例中远程抄表系统结构示意图；

图10为另一实施例中远程抄表系统结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种远程抄表主设备，包括：窄带物联网通信模组10、控制器20、电池30、电源使能控制电路40、比较器50、发送控制电路60和接收电路70，窄带物联网通信模组10用于与外部主站设备通信连接，窄带物联网通信模组10连接控制器20，窄带物联网通信模组10和控制器20分别连接电池30，电源使能控制电路40连接控制器20，发送控制电路60和比较器50分别连接电源使能控制电路40，发送控制电路60连接控制器20，比较器50连接控制器20，接收电路70连接比较器50，接收电路70和发送控制电路60分别通过传输总线连接对应的远程抄表从机。

具体地，窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。远程抄表采用主叫/应答的方式通信，通过远程抄表主设备可以实现对多个不同远程抄表从机的数据抄读操作，根据远程抄表从机的类型不一致，对应的数据可以为用户用水数据、用电数据以及用气数据等。控制器20作为远程抄表主设备的核心器件，当远程抄表主设备有抄读需求时，控制器20控制电源使能控制电路40对电源进行使能、升压等处理，得到适合比较器50等其它电路的工作电压，从而使远程抄表主设备开启运行。在控制器20输出的高低电平信号以及其它控制信号的作用下，实现发送控制电路60的高低电平转换，通过发送控制电路60以及传输总线向对应的远程抄表从机发送抄读信号。在抄读信号的作用下远程抄表从机将对应的数据(即水电等数据)通过传输总线反馈到接收电路70被远程抄表主设备接收，最终通过远程抄表主设备的窄带物联网通信模组10将抄读得到的数据发送至主站设备，完成远程抄表操作。可以理解，在一个实施例中，传输总线即为MBUS总线。

应当指出的是，控制器20的类型并不是唯一的，由于在本申请中采用电池30对远程抄表主设备进行供电，而电池30存储的电源是有限的，为了避免电能的浪费，提高电池30的使用时间，在一个实施例中可以是采用功耗较低的微控制单元或者单片机等作为控制器。例如，请参阅图2，在一个实施例中，采用HC32L130F8UA型低功耗微控制单元作为控制器。为了便于理解本申请的各个实施例，下面均以控制器20为HC32L130F8UA型低功耗微控制单元进行解释说明。

请参参阅图3，在一个实施例中，电源使能控制电路40包括电源使能电路41和升压电路42，电源使能电路41连接升压电路42，电源使能电路41连接控制器20，发送控制电路60和比较器50分别连接升压电路42。

具体地，电源使能电路41能够对电源进行使能控制，在控制器20输出的不同高低电平的作用下，可以控制是否实现对比较器50等进行供电。升压电路42能够在远程抄表主设备有抄读需求时，将通过电源使能电路41输入的电压升高到适合远程抄表主设备进行工作的电压。

请参阅图4，在一个实施例中，电源使能电路41包括电阻R1、电阻R2和开关管T1，电阻R1的一端连接控制器20，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和开关管T1的控制端，电阻R2的另一端连接电源和开关管T1的第一端，开关管T1的第二端连接升压电路42。

具体地，电阻R1的一端连接控制器20的PWRCTR1引脚，当远程抄表主设备不需要对远程抄表从机进行抄读时，控制器20的PWRCTR1引脚为高电平，在高电平的作用下电源使能电路41关断电源的输出，此时只通过电池30为NB-IoT通信模组和控制器20进行供电，有效地降低系统功耗，从而节约电源。可以理解，当远抄表主设备有抄读需求时，控制器20的PWRCTR1引脚为低电平，此时电源能够流经升压电路42进行升压处理，进而执行对应的抄读操作。

在一个实施例中，升压电路42为SY7302型芯片升压电路42。

具体地，请参阅图5，升压电路42包括SY7302型芯片以及SY7302型芯片的外围电路，SY7302型芯片升压电路42的4引脚(即IN引脚)与电源使能电路41的开关管T1的第二端相连接。通过升压电路42的升压作用之后，能够将对应电压大小的电源输送到各个电路，控制整个远程抄表主设备开始进行工作。

请参阅图3，在一个实施例中，发送控制电路60包括发送电路61和发送使能电路62，发送使能电路62连接发送电路61，控制器20和电源使能控制电路40分别连接发送电路61，发送使能电路62通过传输总线连接对应的远程抄表从机。

具体地，在远程抄表系统中远程抄表从机的数量并不是唯一的，每一个远程抄表主设备均可以对多个不同的远程抄表从机进行抄读需求。因此，在本实施例中通过发送使能电路62的使能控制实现对不同的远程抄表从机的抄读操作。

请参阅图6，在一个实施例中，发送电路61包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、开关管T2、开关管T3、开关管T4、开关管T5、二极管D1和稳压管D2，电阻R3的一端连接控制器20，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端和开关管T2的控制端，电阻R4的另一端连接开关管T2的第一端，开关管T2的第一端接地，开关管T2的第二端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接稳压管D2的第一端，稳压管D2的第二端接地，稳压管D2的第三端连接电阻R6的一端和开关管T3的控制端，电阻R6的另一端连接电源，开关管T3的第一端连接开关管T4的控制端，开关管T3的第二端连接开关管T4的第一端，开关管T4的第二端连接电阻R7的一端和电阻R8的一端，电阻R7的另一端连接稳压管D2的第一端、电阻R9的一端和电阻R10的一端，电阻R9的另一端连接稳压管D2的第二端，电阻R10的另一端连接控制器20，电阻R8的另一端连接开关管T5的控制端和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地，电阻R8的一端连接开关管T5的第一端，开关管T5的第二端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接发送使能电路62。

具体地，控制器20的TXD_MBUS引脚与电阻R3的一端相连接，根据控制器20的TXD_MBUS引脚输出的高低电平信号，以及通过控制器20的ADJ引脚调整稳压管D2的分压电阻，实现24V/36V电平转换，从而实现逻辑0与1。同时在发送电路61与发送使能电路62的连接部分采用二极管D1防止远程抄表MBUS无用信号干扰以及反灌。进一步地，在一个实施例中，稳压管D2的型号为AS431BNTR-E1，二极管D1的型号为B5819WS。

请参阅图7，在一个实施例中，发送使能电路62包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、开关管T6和开关管T7，电阻R12的一端连接开关管T6的第一端和发送电路61，电阻R12的另一端连接电阻R13的一端和开关管T6的控制端，电阻R13的另一端连接开关管T7的第一端，开关管T7的第二端接地，开关管T7的控制端连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接控制器20，开关管T6的第二端连接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接地。

具体地，发送使能电路62的电阻R15的一端(即MBUS1+)与MBUS主线相连接，用以向远程抄表从机发送抄读信号数据。发送使能电路62还与控制器20连接，电阻R14的另一端连接控制器20的SW1引脚，当控制器20的SW1引脚为低电平时，发送关断，控制器20的SW1引脚为高电时，发送通路打开。进一步地，在该电路中使用电阻R15稳定输出，具有电路结构简单以及功耗极低的优点。

应当指出的是，发送使能电路62的数量并不是唯一的，例如，在一个实施例中，发送使能电路62的数量为3个。此时各个发送使能电路62的电路结构基本一致，且分别与控制器20的SW1引脚、SW2引脚和SW3引脚相连接，通过输入各自电路的电平高低，实现电路的开启与关断操作，从而将抄读信号发送至对应的远程抄表从机，最终实现对应远程抄表从机的抄读操作。

进一步地，在一个实施例中，接收电路70的具体结构如图8，其中A点电流通过采样电阻R20与R66，转换为电压信号，反馈到比较器50的N/P两极，比较两端电压变化，输出相应的逻辑电平。且在比较器50的输出端通过三极管反馈到N极，起到正反馈的作用，可以优化输出端波形。利用V17与V11相同的温度特性，提高可靠性，抑制温漂。

上述远程抄表主设备，在远程抄表主设备中设置有电池直接对控制器和窄带物联网通信模组进行通电，不需要通过远程供电，能够适用取电困难的场合。并且通过电源使能控制电路能够对远程抄表主设备中其它器件的供电进行控制，在在远程抄表主设备没有抄读需求时关断电源输出，使得电源只对控制器和窄带物联网通信模组进行供电，有效地降低系统能耗。同时当远程抄表主设备通过控制器、发送控制电路以及接收控制电路等的作用下得到对应远程抄表从机的数据之后，通过窄带物联网通信模组直接将相关数据发送至外部主站设备进行进一步地分析处理，整个系统架构更为简单。与传统的MBUS主设备相比具有工作可靠性强的优点。

请参阅图9，一种远程抄表系统，包括主站设备1、远程抄表从机3和上述的远程抄表主设备2。

具体地，窄带物联网构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。远程抄表采用主叫/应答的方式通信，通过远程抄表主设备2可以实现对多个不同远程抄表从机3的数据抄读操作，根据远程抄表从机3的类型不一致，对应的数据可以为用户用水数据、用电数据以及用气数据等。控制器20作为远程抄表主设备2的核心器件，当远程抄表主设备2有抄读需求时，控制器20控制电源使能控制电路40对电源进行使能、升压等处理，得到适合比较器50等其它电路的工作电压，从而使远程抄表主设备2开启运行。在控制器20输出的高低电平信号以及其它控制信号的作用下，实现发送控制电路60的高低电平转换，通过发送控制电路60以及传输总线向对应的远程抄表从机3发送抄读信号。在抄读信号的作用下远程抄表从机3将对应的数据(即水电等数据)通过传输总线反馈到接收电路70被远程抄表主设备2接收，最终通过远程抄表主设备2的窄带物联网通信模组10将抄读得到的数据发送至主站设备1，完成远程抄表操作。可以理解，请参阅图10，在一个实施例中，远程抄表主设备2可以将抄读得到的数据发送至云端存储，当主站设备1需要利用抄读得到的数据时，直接从云端读取即可。应当指出的是，远程抄表系统中远程抄表主设备2与远程抄表从机3的数量均不是唯一的，具体可以根据实际需求进行多个远程抄表主设备2或多个远程抄表从机3的部署操作。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种远程抄表主设备，其特征在于，所述设备包括：窄带物联网通信模组、控制器、电池、电源使能控制电路、比较器、发送控制电路和接收电路，所述窄带物联网通信模组用于与外部主站设备通信连接，所述窄带物联网通信模组连接所述控制器，所述窄带物联网通信模组和所述控制器分别连接所述电池，所述电源使能控制电路连接所述控制器，所述发送控制电路和所述比较器分别连接所述电源使能控制电路，所述发送控制电路连接所述控制器，所述比较器连接所述控制器，所述接收电路连接所述比较器，所述接收电路和所述发送控制电路分别通过传输总线连接对应的远程抄表从机。

2.根据权利要求1所述的远程抄表主设备，其特征在于，所述电源使能控制电路包括电源使能电路和升压电路，所述电源使能电路连接所述升压电路，所述电源使能电路连接所述控制器，所述发送控制电路和所述比较器分别连接所述升压电路。

3.根据权利要求2所述的远程抄表主设备，其特征在于，所述电源使能电路包括电阻R1、电阻R2和开关管T1，所述电阻R1的一端连接所述控制器，所述电阻R1的另一端连接所述电阻R2的一端和所述开关管T1的控制端，所述电阻R2的另一端连接电源和所述开关管T1的第一端，所述开关管T1的第二端连接所述升压电路。

4.根据权利要求2所述的远程抄表主设备，其特征在于，所述升压电路为SY7302型芯片升压电路。

5.根据权利要求1所述的远程抄表主设备，其特征在于，所述发送控制电路包括发送电路和发送使能电路，所述发送使能电路连接所述发送电路，所述控制器和所述电源使能控制电路分别连接所述发送电路，所述发送使能电路通过传输总线连接对应的远程抄表从机。

6.根据权利要求5所述的远程抄表主设备，其特征在于，所述发送电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、开关管T2、开关管T3、开关管T4、开关管T5、二极管D1和稳压管，所述电阻R3的一端连接所述控制器，所述电阻R3的另一端连接所述电阻R4的一端和所述开关管T2的控制端，所述电阻R4的另一端连接所述开关管T2的第一端，所述开关管T2的第一端接地，所述开关管T2的第二端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接所述稳压管的第一端，所述稳压管的第二端接地，所述稳压管的第三端连接所述电阻R6的一端和所述开关管T3的控制端，所述电阻R6的另一端连接电源，所述开关管T3的第一端连接所述开关管T4的控制端，所述开关管T3的第二端连接所述开关管T4的第一端，所述开关管T4的第二端连接所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端，所述电阻R7的另一端连接所述稳压管的第一端、所述电阻R9的一端和所述电阻R10的一端，所述电阻R9的另一端连接所述稳压管的第二端，所述电阻R10的另一端连接所述控制器，所述电阻R8的另一端连接所述开关管T5的控制端和所述电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R8的一端连接所述开关管T5的第一端，所述开关管T5的第二端连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接所述发送使能电路。

7.根据权利要求5所述的远程抄表主设备，其特征在于，所述发送使能电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、开关管T6和开关管T7，所述电阻R12的一端连接所述开关管T6的第一端和所述发送电路，所述电阻R12的另一端连接所述电阻R13的一端和所述开关管T6的控制端，所述电阻R13的另一端连接所述开关管T7的第一端，所述开关管T7的第二端接地，所述开关管T7的控制端连接所述电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端连接所述控制器，所述开关管T6的第二端连接所述电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端接地。

8.根据权利要求5所述的远程抄表主设备，其特征在于，所述发送使能电路的数量为3个。

9.根据权利要求1所述的远程抄表主设备，其特征在于，所述控制器为HC32L130F8UA型低功耗微控制单元控制器。

10.一种远程抄表系统，其特征在于，包括主站设备、远程抄表从机和权利要求1-9任一项所述的远程抄表主设备，所述远程抄表主设备通过窄带物联网技术与所述主站设备连接，所述远程抄表主设备通过传输总线分别连接各所述远程抄表从机。