CN111147957A - 通讯接口通用的燃气表数据采集装置 - Google Patents

通讯接口通用的燃气表数据采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通讯接口通用的燃气表数据采集装置，包括：所述参数读取单元，用于识别燃气表的通讯接口类型并生成相应的配置参数；所述采集单元，用于与燃气表进行数据交互以采集燃气表的计量模组数据；所述主控单元，包含主控芯片，与参数读取单元、采集单元电连接，用于根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，使采集单元使用相同接口与燃气表进行数据交互；所述电源单元，用于为主控单元、参数配置单元、采集单元供电。本发明可以对不同的燃气表进行数据采集，不同的计量方式共用同一个采样装置，从而解决研发成本高、生产管理不方便、维护不方便的问题。

Description

通讯接口通用的燃气表数据采集装置
技术领域
本发明涉及计量仪表技术领域，尤其涉及一种通讯接口通用的燃气表数据采集装置。
背景技术
随着科技的不断进步和电子式计量方式的不断成熟，在燃气计量领域，传统的皮膜体积计量方式正在逐步被电子式计量方式所取代。
电子式计量方式，主要有热式计量和超声波计量两种计量模组。两种计量模组对供电的要求都是3.3V左右，在供电电压上差别不大。但是，数据传输方式有很大差别，热式计量模组计量数据主要采用IIC总线进行传输，超声波计量模组计量数据主要采用UART串口进行传输。
虽然IIC总线接口和UART串口接口都是两线制通信接口，但是两种计量方式的采样装置相互完全独立没有复用。传统热式计量方式的燃气表，采用装置只能通过IIC总线方式与热式计量模组进行数据交互，采集计量数据，因此需要为热式计量方式的燃气表专门开发一款对外接口为IIC总线的采集装置；传统超声波计量方式的燃气表，采集装置只能通过UART串口方式与超声波计量模组进行数据交互，采集计量数据，因此需要为超声波计量方式的燃气表开发一款对外接口为UART串行接口的采集装置。
因此，在产品开发设计时，往往需要为两种表具分别开发单独的采样装置，很多开发工作需要重复投入，研发成本高而浪费；在生产表具时也要同时管理两种表具的采样装置，生产、管理都不方便，同时成本也高；售后维护也要维护两种表具，维护起来非常不方便。
发明内容
本发明提出一种通讯接口通用的燃气表数据采集装置以解决上述技术问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种通讯接口通用的燃气表数据采集装置，包括：
所述参数读取单元，用于存储和读取通讯接口类型相应的配置参数；
所述采集单元，用于与燃气表进行数据交互以采集燃气表的计量模组数据；
所述主控单元，包含主控芯片，与参数读取单元、采集单元电连接，用于根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，使采集单元使用相同接口与燃气表进行数据交互；
所述电源单元，用于为主控单元、参数配置单元、采集单元供电。
作为优选，所述参数读取单元识别燃气表的通讯接口类型为UART串口时，生成相应配置参数为0；所述参数读取单元识别燃气表的通讯接口类型为IIC总线时，生成相应配置参数为1。
作为一种优选，所述主控单元根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，是指：
主控芯片的发送端包括第一发送管脚，主控芯片的接收端包括第一接收管脚；
主控单元接收到配置参数为0后，按照UART串口规则，配置主控芯片的第一发送管脚为输出管脚，作为UART串口的发送端；配置主控芯片的第一接收管脚为输入管脚，作为UART串口的接收端；
主控单元接收到配置参数为1后，按照IIC总线规则，配置主控芯片的第一发送管脚为输出管脚，作为IIC总线的时钟线；配置主控芯片的第一接收管脚为输入或者输出管脚，作为IIC总线的数据线。
作为另一种优选，所述主控单元根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，是指：
主控芯片的发送端包括第一发送管脚和第二发送管脚，主控芯片的接收端包括第一接收管脚和第二接收管脚；
主控单元接收到配置参数为0后，按照UART串口规则，配置主控芯片的第一发送管脚为输出管脚，作为UART串口的发送端；配置主控芯片的第一接收管脚为输入管脚，作为UART串口的接收端；
主控单元接收到配置参数为1后，按照IIC总线规则，配置主控芯片的第二发送管脚为输出管脚，作为IIC总线的时钟线；配置主控芯片的第二接收管脚为输入或者输出管脚，作为IIC总线的数据线。
作为优选，所述采集单元包括用于连接燃气表的接线端子P2，所述接线端子P2的通信电源端连接供电单元的输出端，接线端子P2的接收端通过电阻R10连接主控芯片的接收端，接线端子P2的发送端通过电阻R11连接主控芯片的发送端，接线端子P2的接地端接地，接线端子P2的接收端和通信电源端之间串联有电阻R7，接线端子P2的发送端和通信电源端之间串联有电阻R6。
作为优选，所述采集单元还包括静电保护电路D20，所述静电保护器电路的三个端口分别连接接线端子P2的接收端、发送端和接地端。
作为优选，所述采集单元还包括滤波电路，所述滤波电路包括电容C220、电容C221和电容C222，所述电容C220的一端连接接线端子P2的通信电源端，电容C221的一端连接接线端子P2的接收端，电容C222的一端连接接线端子P2的发送端，电容C220的另一端、电容C221的另一端和电容C222的另一端均接地。
作为优选，所述采集单元还包括电源开关控制电路，所述电源开关控制电路包括P沟道场效应管Q1，所述P沟道场效应管Q1的栅极通过电阻R4连接主控芯片的放电控制端，P沟道场效应管Q1的栅极通过电容C2接地，P沟道场效应管Q1的源极连接接线端子P2的通信电源端，P沟道场效应管Q1的漏极连接供电单元的输出端。
作为优选，所述采集单元还包括放电电路，所述放电电路包括N沟道场效应管Q3，所述N沟道场效应管Q3的栅极通过电阻R5连接主控芯片的放电控制端，N沟道场效应管Q3的源极接地，N沟道场效应管Q3的漏极通过电阻R2连接接线端子P2的通信电源端，N沟道场效应管Q3的源极和栅极之间连接有电容C3。
作为优选，还包括用于手动配置和查询接口配置信息的人机交互单元，所述人机交互单元与所述主控单元电连接，所述电源单元为人机交互单元供电。
作为优选，所述人机交互单元包括按键和液晶显示器。
作为优选，所述电源单元包括依次电连接的滤波整流电路、降压电路和稳压稳流电流。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1.本发明可以对不同的燃气表进行数据采集，热式计量模组和超声波计量模组两种不同的计量方式可以共用同一个采样装置，主控单元根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，从而解决研发成本高、生产管理不方便、维护不方便的问题；
2.主控单元根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置时，IIC总线与UART串口可以复用主控芯片相同的两个管脚，可以在实现通用采集热式计量模组和超声波计量模组数据的前提下，节约单片机硬件资源，降低单片机程序的复杂度；
3.采集单元包括有电源开关控制电路，对外输出的电源可控，当计量模组出现异常或者需要降低功耗时，可以将对外输出电源切换，终止对外的电源功能，从而达到保护模组降低功耗的效果；
4.采集单元设计有放电电路，当连接的计量模组出现异常需要掉电复位时，可以通过放电电路在很短的时间内实现计量模组电源输入端电容等稳压电子元器件的放电，从而快速的掉电复位；
5.参数读取单元可以存储显示参数的掉电保存，防止掉电后数据丢失；人机交互单元，方便操作人员完成参数的查询和设置。
附图说明
图1为本发明通讯接口通用的燃气表数据采集装置的一种结构框图；
图2为本发明通讯接口通用的燃气表数据采集装置中采集单元的电路图。
图中，1-电源单元，2-主控单元，3-采集单元，4-参数读取单元，5-人机交互单元。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
如图1所示，一种通讯接口通用的燃气表数据采集装置，包括控制板，控制板上设有：
所述参数读取单元4，用于存储和读取通讯接口类型相应的配置参数；
所述采集单元3，用于与燃气表进行数据交互以采集燃气表的计量模组数据；
所述主控单元2，包含主控芯片，与参数读取单元4、采集单元3电连接，用于根据来自参数读取单元4的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，使采集单元使用相同接口与燃气表进行数据交互；
所述电源单元1，用于为主控单元2、参数配置单元4、采集单元3供电。
其中，所述电源单元1可以包括依次电连接的滤波整流电路、降压电路和稳压稳流电流。电源单元1输出的电压可以是3.3V，保证系统正常工作。采集单元3设于控制板上，为与超声计量模组或热式计量模组上的信号板电连接并获取其信号的数据采集模块，可以集成于主控芯片内部或者独立于主控芯片外部。
这里，所述参数读取单元4可以存储多种燃气表的计量方式的通讯协议及相关的参数，向主控单元2提供参考。比如，所连接燃气表的通讯接口类型为UART串口时，参数读取单元可以将相应配置参数设置为0；所连接燃气表的通讯接口类型为IIC总线时，参数读取单元可以将相应配置参数设置为1。
相应的，当IIC总线与UART串口复用主控芯片相同的两个管脚时，所述主控单元2根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，是指：
主控芯片的发送端包括第一发送管脚，主控芯片的接收端包括第一接收管脚；
主控单元2接收到配置参数为0后，按照UART串口规则，配置主控芯片的第一发送管脚为输出管脚，作为UART串口的发送端；配置主控芯片的第一接收管脚为输入管脚，作为UART串口的接收端；
主控单元2接收到配置参数为1后，按照IIC总线规则，配置主控芯片的第一发送管脚为输出管脚，作为IIC总线的时钟线；配置主控芯片的第一接收管脚为输入或者输出管脚，作为IIC总线的数据线。
此时，IIC总线与UART串口复用单片机相同的两个管脚，可以在实现通用采集热式计量模组和超声波计量模组数据的前提下，节约单片机硬件资源，降低单片机程序的复杂度。
而当IIC总线与UART串口分别独立使用主控芯片的两个管脚时，所述主控单元根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，是指：
主控芯片的发送端包括第一发送管脚和第二发送管脚，主控芯片的接收端包括第一接收管脚和第二接收管脚；
主控单元2接收到配置参数为0后，按照UART串口规则，配置主控芯片的第一发送管脚为输出管脚，作为UART串口的发送端；配置主控芯片的第一接收管脚为输入管脚，作为UART串口的接收端；
主控单元2接收到配置参数为1后，按照IIC总线规则，配置主控芯片的第二发送管脚为输出管脚，作为IIC总线的时钟线；配置主控芯片的第二接收管脚为输入或者输出管脚，作为IIC总线的数据线。
此时，IIC总线和UART串口采用两个独立的电路，由主控单元2通过开关切换选择。配置成IIC总线的两个管脚只用作IIC总线通信，配置成UART串口的两个管脚只用作UART串口通信，主控芯片不需要复用两个管脚，从而不用频繁更改接口。
由此，主控模块2可以根据参数读取单元4提供的配置参数，将采集单元3的对外接口配置成IIC总线或者UART串行接口，从而与热式计量方式的基表或者超声波方式计量的基表连接，采集计量数据。
其中，如图2所示，采集单元3可以采用如下的电路结构：包括用于连接燃气表计量模组的接线端子P2，所述接线端子P2的通信电源端(ULTRA-PWR)连接供电单元的输出端，接线端子P2的接收端(ULTRA-RXD1)通过电阻R10连接主控芯片的接收端(ULTRA-RXD)，接线端子P2的发送端(ULTRA-TXD1)通过电阻R11连接主控芯片的发送端(ULTRA-TXD)，接线端子P2的接地端(GND)接地，接线端子P2的接收端和通信电源端之间串联有电阻R7，接线端子P2的发送端和通信电源端之间串联有电阻R6。
为了静电保护，所述采集单元3还可以包括静电保护电路D20，所述静电保护器电路D20的三个端口分别连接接线端子P2的接收端、发送端和接地端。
为了数据交互时信号稳定，所述采集单元3还可以包括滤波电路，所述滤波电路包括电容C220、电容C221和电容C222，所述电容C220的一端连接接线端子P2的通信电源端，电容C221的一端连接接线端子P2的接收端，电容C222的一端连接接线端子P2的发送端，电容C220的另一端、电容C221的另一端和电容C222的另一端均接地。
采集单元3可以包括电源开关控制电路，所述电源开关控制电路包括P沟道场效应管Q1，所述P沟道场效应管Q1的栅极通过电阻R4连接主控芯片的放电控制端(ULTRA-PWR-CTRL)，P沟道场效应管Q1的栅极通过电容C2接地，P沟道场效应管Q1的源极连接接线端子P2的通信电源端，P沟道场效应管Q1的漏极连接供电单元的输出端。通过电源开关控制电路，可以使对外输出的电源(如3.3V)可控，当计量模组出现异常或者需要降低功耗时，可以将对外输出电源切换，终止对外的电源功能，从而达到保护模组降低功耗的效果。
为了使电源切断后，可以保证所连接的计量模组快速完全的放电，所述采集单元3还可以包括放电电路，所述放电电路包括N沟道场效应管Q3，所述N沟道场效应管Q3的栅极通过电阻R5连接主控芯片的放电控制端(ULTRA-PWR-CTRL)，N沟道场效应管Q3的源极接地，N沟道场效应管Q3的漏极通过电阻R2连接接线端子P2的通信电源端，N沟道场效应管Q3的源极和栅极之间连接有电容C3。当连接的计量模组出现异常需要掉电复位时，由于计量模组电源输入端有电容等稳压电子元器件，短时间很难实现复位；但是通过放电电路可以在很短的时间内将电容的电放光，从而让计量模组现实快速的掉电复位。
为了使配置过程和结果可视化，还可以包括用于手动配置和查询接口配置信息的人机交互单元5，所述人机交互单元5与所述主控单元2电连接，所述电源单元1为人机交互单元5供电。操作人员可以通过人机交互单元5，查询和配置参数，查询和配置通用采集装置采集的是热式计量模组数据还是超声波计量模组数据。其中，人机交互单元5可以由按键和液晶显示器组成，还可以是触摸屏。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，包括：
所述参数读取单元，用于存储和读取通讯接口类型相应的配置参数；
所述采集单元，用于与燃气表进行数据交互以采集燃气表的计量模组数据；
所述主控单元，包含主控芯片，与参数读取单元、采集单元电连接，用于根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，使采集单元使用相同接口与燃气表进行数据交互；
所述电源单元，用于为主控单元、参数配置单元、采集单元供电。
2.根据权利要求1所述的通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，所述参数读取单元识别燃气表的通讯接口类型为UART串口时，生成相应配置参数为0；所述参数读取单元识别燃气表的通讯接口类型为IIC总线时，生成相应配置参数为1。
3.根据权利要求2所述的通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，所述主控单元根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，是指：
主控芯片的发送端包括第一发送管脚，主控芯片的接收端包括第一接收管脚；
主控单元接收到配置参数为0后，按照UART串口规则，配置主控芯片的第一发送管脚为输出管脚，作为UART串口的发送端；配置主控芯片的第一接收管脚为输入管脚，作为UART串口的接收端；
主控单元接收到配置参数为1后，按照IIC总线规则，配置主控芯片的第一发送管脚为输出管脚，作为IIC总线的时钟线；配置主控芯片的第一接收管脚为输入或者输出管脚，作为IIC总线的数据线。
4.根据权利要求2所述的通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，所述主控单元根据来自参数读取单元的配置参数，按与配置参数对应的通讯接口类型对通讯接口进行匹配配置，是指：
主控芯片的发送端包括第一发送管脚和第二发送管脚，主控芯片的接收端包括第一接收管脚和第二接收管脚；
主控单元接收到配置参数为0后，按照UART串口规则，配置主控芯片的第一发送管脚为输出管脚，作为UART串口的发送端；配置主控芯片的第一接收管脚为输入管脚，作为UART串口的接收端；
主控单元接收到配置参数为1后，按照IIC总线规则，配置主控芯片的第二发送管脚为输出管脚，作为IIC总线的时钟线；配置主控芯片的第二接收管脚为输入或者输出管脚，作为IIC总线的数据线。
5.根据权利要求3或4所述的通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，所述采集单元包括用于连接燃气表的接线端子P2，所述接线端子P2的通信电源端连接供电单元的输出端，接线端子P2的接收端通过电阻R10连接主控芯片的接收端，接线端子P2的发送端通过电阻R11连接主控芯片的发送端，接线端子P2的接地端接地，接线端子P2的接收端和通信电源端之间串联有电阻R7，接线端子P2的发送端和通信电源端之间串联有电阻R6。
6.根据权利要求5所述的通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，所述采集单元还包括静电保护电路D20，所述静电保护器电路的三个端口分别连接接线端子P2的接收端、发送端和接地端。
7.根据权利要求5所述的通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，所述采集单元还包括滤波电路，所述滤波电路包括电容C220、电容C221和电容C222，所述电容C220的一端连接接线端子P2的通信电源端，电容C221的一端连接接线端子P2的接收端，电容C222的一端连接接线端子P2的发送端，电容C220的另一端、电容C221的另一端和电容C222的另一端均接地。
8.根据权利要求5所述的通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，所述采集单元还包括电源开关控制电路，所述电源开关控制电路包括P沟道场效应管Q1，所述P沟道场效应管Q1的栅极通过电阻R4连接主控芯片的放电控制端，P沟道场效应管Q1的栅极通过电容C2接地，P沟道场效应管Q1的源极连接接线端子P2的通信电源端，P沟道场效应管Q1的漏极连接供电单元的输出端。
9.根据权利要求5所述的通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，所述采集单元还包括放电电路，所述放电电路包括N沟道场效应管Q3，所述N沟道场效应管Q3的栅极通过电阻R5连接主控芯片的放电控制端，N沟道场效应管Q3的源极接地，N沟道场效应管Q3的漏极通过电阻R2连接接线端子P2的通信电源端，N沟道场效应管Q3的源极和栅极之间连接有电容C3。
10.根据权利要求1至4任意一项所述的通讯接口通用的燃气表数据采集装置，其特征在于，还包括用于手动配置和查询接口配置信息的人机交互单元，所述人机交互单元与所述主控单元电连接，所述电源单元为人机交互单元供电。
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