CN111351543A

CN111351543A - 一种湿式水表m-bus总线光电直读传感器

Info

Publication number: CN111351543A
Application number: CN201911425612.4A
Authority: CN
Inventors: 吴明星; 钟福文; 李祖斌
Original assignee: Jiangsu Junpu Intelligent Instrument Co ltd
Current assignee: Jiangsu Junpu Intelligent Instrument Co ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2020-06-30

Abstract

一种湿式水表M‑BUS总线光电直读传感器，应用于由M‑BUS总线连接的总线式湿式智能远传水表的抄表系统中，其特征为：采用双单片机系统，一个单片机系统设置湿式水表内，另一个单片机系统设置在湿式水表壳体之外，由设置在湿式水表壳体之内的单片机系统控制和管理设置在湿式水表内的单片机系统，通过减少安装在水环境下的电子器件、以及降低水环境下的电子器件的供电电压、供电时间而实现使用在湿式水表中的光电直读传感器稳定、可靠运行的效果。

Description

一种湿式水表M-BUS总线光电直读传感器

技术领域：

本发明涉及一种湿式水表M-BUS总线光电直读传感器，适用于具备有M-BUS总线接口功能的总线式远传湿式智能水表使用的光电直读传感器，特别是应用于由M-BUS总线连接的总线式湿式智能远传水表的抄表系统中。

背景技术：

随着技术的发展和人民生活水平的提高，智能远程抄表成为了现代社会的需求，远程抄表系统改变了原始的人工抄表模式，给用户和管理部门带来了很大的便利，尤其是智能远传水表的技术得到了快速的发展。

在智能远传水表的发展史上，光电直读水表曾经得到了广泛的应用，水表分为湿式水表和干式水表，干式水表由于比湿式水表多了一级磁传动，而导致其始动流量、以及计量精度比湿式水表都要低很多，所以用户普遍喜欢使用湿式水表，但由于在光电湿式水表中的电子线路板采用密封胶密封后，需要浸泡在水中，由于水环境对电子器件的影响，所以导致了光电直读模块的抗环境干扰的能力、以及电磁干扰的能力大大降低；而符合EN1343-3标准的Meter-BUS总线，简称M-BUS总线网络，由于其通讯只需要两芯导线，无极性输入，以及可以星形连接，其施工简便，能大大降低了施工劳动强度，提高系统的稳定性，使M-BUS总线的通讯网络在远程数字抄表系统、报警监控系统中得到了广泛的应用，所以抄表系统大多采用M-BUS总线作为连接总线，但由于M-BUS总线采用主从式通讯，主机通过两线的M-BUS总线对从机供电，其电压标准为20V以上、42V以下，而很多厂家为了降低施工中的设备成本，主要的手段为增加主机的带载量，这样很多厂家采用提升M-BUS总线电压的方法，所以很多设备的输出电压都很高，一般在35V以上，这样就导致了用于湿式水表的M-BUS总线光电直读传感器将很难解决抗电磁干扰、交流电网的浪涌干扰、雷击干扰等问题，导致了近几年生产和制造的M-BUS总线湿式水表光电直读传感器在不同的使用区域或不同的使用条件下，或多或少地出现了一些莫名其妙的故障，使得M-BUS总线光电直读湿式水表的推广出现了一定的难度。

发明内容：

本发明的设计目的是：提供一种湿式水表M-BUS总线光电直读传感器的设计方法，使得按照此方法和制造的湿式水表M-BUS总线光电直读传感器抗电磁干扰的能力大大增强，特别是能大大增加接入M-BUS总线系统的光电直读湿式远传水表的稳定性、以及工作可靠性。

本发明提供的一种湿式水表M-BUS总线光电直读传感器的设计方法，其基本的设计方法是：采用双单片机系统，一个单片机系统设置湿式水表内，另一个单片机系统设置在湿式水表壳体之外，由设置在湿式水表壳体之内的单片机系统控制和管理设置在湿式水表内的单片机系统，其控制原理与过程如下：

1、首先将M-BUS总线光电直读传感器拆分为两个独立封装的单元模块，一个单元模块为：基本的光电直读数据转换单元模块，以下简称表头读数模块；另一个单元模块为：M-BUS总线通讯接口单元模块，控制表头读数模块供电和与表头读数模块进行数据交换的接口单元模块，以下简称通讯控制模块；其特征为：表头读数模块由第一颗单片机系统、光电转换模组组成，由单片机的IO口直接与通讯控制模块进行数据交换；通讯控制模块由：第二颗单片机系统、电源模组、上行M-BUS总线通讯模组与下行控制与通讯模组组成；其中：上行通行模块完成与抄表系统的通讯与数据交换；下行控制与通讯接口模块完成与表头读数模块通讯与控制表头读数模块供电的功能；光电直读模块的用于身份识别的ID号设置在通讯控制模块内；

2、将M-BUS总线光电直读传感器分为表头读数模块与通讯控制模块后，其特征是：表头读数模块与通讯控制模块独立设计、生产与封装，其中表头读数模块通过密封胶密封后，安装在湿式水表内的计数器字轮盒内，即密封后的湿式水表表头读数模块安装在水环境中；通讯控制模块安装在水表表壳外，不接触水环境；

3、M-BUS总线光电直读传感器中的表头读数模块的供电由通讯控制模块控制，具备有如下特征：A、低压供电：采用5V以下的直流供电；B、由通讯控制模块控制供电时间：即M-BUS总线光电直读传感器中安装于水环境中的表头读数模块的供电由安装在湿式水表外的、不接触水环境的通讯控制模块控制；首先：通过通讯控制模块将与之连接的系统总线的输入的高压降低到5V以下的低压；其次：通过通讯控制模块控制，即使在通讯控制模块将与之连接的系统总线供电的情况下，也只有当抄表系统需要读取该湿式水表的数据时，即ID号一致时才给表头读数模块短暂供电，当读完数据后立即切断供电电源，这样供电时间大大的缩短了；通过此方法降低了输入到表头的电压以及降低了供电的时间，同时将封装在水环境下的表头读数模块与抄表总线不直接连接，也降低了封装在水环境下的表头读数模块遭电涌以及雷电干扰的影响。

4、M-BUS总线光电直读传感器中的通讯控制模块与表头读数模块采用三线连接，此三线分别为：1条为电源+，定义为VCC，1条为电源地，定义为GND，1条为通讯线，定义为TX/RX，即通过一个I/O口实现双向数据传输。

5、因为水表中的流体为水，每年的冬天由于气候问题，有些水表会存在冰冻的现象，而导致封装在水环境中的光电直读模块中的电子器件受到挤压而出现故障，导致光电直读模块的损坏，通过采用将M-BUS总线光电直读传感器拆分为两个部分后，能大大的提高其抗冰冻的能力，其特征为：将原M-BUS总线光电直读传感器中的容易受压变形断裂的器件，尽可能的移到与水不接触的通讯控制模块板上，如瓷片电容等等器件，封装于水环境中的表头读数模块的电子器件尽可能的减少，仅仅保留其必要的功能器件；对于断裂后的失效模式为短路或者阻抗降低的器件，采用串联备份的方式。

本发明的优点：

1、通过采用将M-BUS总线光电直读传感器分为两个功能模块，即湿式水表内的表头读数模块与湿式水表表壳外的通讯控制模块两个部件，而实现了湿式水表的光电直读模块的稳定性与可靠性，降低了其维护难度。

2、通过将安装于水环境中的表头读数模块的供电电压降低和供电时间缩短，而实现了光电直读模块的抗电磁干扰能力的大大增强。

附图说明：

图1：本发明实施例M-BUS总线光电直读传感器原理框图。

图2：本发明实施例M-BUS总线光电直读传感器之表头读数模块原理框图。

图3：本发明实施例M-BUS总线光电直读传感器之通讯控制模块原理框图。

具体实施方式：

本发明通过非限制性地提供一个具体实施例，说明本发明的实施方案：

结合图1、图2与图3：可以清晰的看到：将湿式水表M-BUS总线光电直读传感器分为了两个独立工作的模块单元；安装在湿式水表表壳内的表头读数模块需要发送读取的数据和接收基本的测试与控制命令，通常将采用串行通讯模式，以及对外发送数据的TX连接端口与接收数据的RX端口，在本实施例中，为了减少导线的使用，降低从表壳内出线时带来的导线划伤、破皮、断线等风险，采用一条导线做双向数据传输使用，即通讯控制模块与表头读数模块采用三线连接，此三线分别为：1条为电源+，定义为VCC，1条为电源地，定义为GND，1条为通讯线，定义为TX/RX，通讯控制模块与M-BUS抄表总线相连接；由图2与图3可以看到：通讯控制模块与表头读数模块各自带有单片机系统，两个模块均具有独立的功能，其中从抄表系统设备发出的M-BUS抄表总线只与通讯控制模块连接，通讯控制模块将M-BUS抄表总线的高压经电路处理后，得到适合的低压给本身的单片机系统供电，以及给表头读数模块供电；湿式水表在抄表系统内预先分配有一个唯一的电子标签码，即ID码，该ID码设置且保存在通讯控制模块中，当抄表系统设备启动抄表工作时，抄表系统设备通过M-BUS总线对通讯控制模块供电，通讯控制模块将根据抄表系统预置的程序需求决定是否对表头读数模块的供电，只有当需要读取与该通讯控制模块相连接的表头模块的数据时，或者通讯控制模块接受到了其他的需要操作该表头读数模块的指令时，才开始给表头读数模块供电，当任务完成后，马上切断供电，这样，使得平时即使在M-BUS总线光电直读传感器的通讯控制模块供电的情况下，封装在表体内的表头读数模块也不是同时上电，表头读数模块的供电时间短、供电电压也很低，所以大大提高了其抗电磁干扰的能力。

因为：表头读数模块封装在水环境下，即水表中的流体为水，每年的冬天由于气候问题，有些水表会存在冰冻的现象，而导致封装在水环境中的光电直读模块中的电子器件受到挤压而出现故障，导致光电直读模块的损坏，通过采用将M-BUS总线光电直读传感器拆分为两个部分后，能大大的提高其抗冰冻的能力，在产品设计时，将原M-BUS总线光电直读传感器中的容易受压变形断裂的器件，尽可能的移到与水不接触的通讯控制模块板上，如瓷片电容等等器件，封装于水环境中的表头读数模块的电子器件尽可能的减少，仅仅保留其必要的功能器件；对于断裂后的失效模式为短路或者阻抗降低的器件，采用串联备份的方式，如瓷片电容，采用串联的方式，完成器件的备份，达到防止单一器件受压开裂后，阻抗降低的故障发生。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，如两个模块之间的通讯线采用两条，即：接收信号与发送信号采用两条独立的导线和独立的单片机端口等等、但凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明权利要求的保护范围内；特别是对于RS-485等总线式抄表系统，仅仅改变了使用的环境，也将落在本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种湿式水表M-BUS总线光电直读传感器，适用于由M-BUS总线连接的总线式湿式智能远传水表，其特征在于：光电直读传感器由两个单片机系统组成，封装为两个独立的单元模块，一个单元模块为：基本的光电直读数据转换单元模块，以下简称表头读数模块；另一个单元模块为：M-BUS总线通讯接口单元模块，控制表头读数模块供电和与表头读数模块进行数据交换的接口单元模块，以下简称通讯控制模块；其中：表头读数模块由第一颗单片机系统、光电转换模组组成，由单片机的IO口直接与通讯控制模块进行数据交换；通讯控制模块由：第二颗单片机系统、电源模组、上行M-BUS总线通讯模组与下行控制与通讯模组组成；其中：上行通行模块完成与抄表系统的通讯与数据交换；下行控制与通讯接口模块完成与表头读数模块通讯与控制表头读数模块供电的功能；光电直读模块的用于身份识别的ID号设置在通讯控制模块内。

2.根据权利要求1所述的湿式水表M-BUS总线光电直读传感器，其特征在于：表头读数模块与通讯控制模块独立设计、生产与封装，其中表头读数模块通过密封胶密封后，安装在湿式水表内的计数器字轮盒内，即密封后的湿式水表表头读数模块安装在水环境中；通讯控制模块安装在水表表壳外。

3.根据权利要求1所述的湿式水表M-BUS总线光电直读传感器，其特征在于：表头读数模块的供电由通讯控制模块控制，具备有如下特征：A、低压供电：采用5V以下的直流供电；B、由通讯控制模块控制供电时间：即M-BUS总线光电直读传感器中安装于水环境中的表头读数模块的供电由安装在湿式水表外的、不接触水环境的通讯控制模块控制；首先：通过通讯控制模块将与之连接的系统总线的输入的高压降低到5V以下的低压；其次：通过通讯控制模块控制，即使在通讯控制模块将与之连接的系统总线供电的情况下，也只有当抄表系统需要读取该湿式水表的数据时，即ID号一致时才给表头读数模块供电，当读完数据后立即切断供电电源。

4.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3所述的湿式水表M-BUS总线光电直读传感器，其特征为：通讯控制模块与表头读数模块采用三线连接，此三线分别为：1条为电源+，定义为VCC，1条为电源地，定义为GND，1条为通讯线，定义为TX/RX，即通过一个I/O口实现双向数据传输。