CN111371171A - 带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电gprs终端 - Google Patents

带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电gprs终端 Download PDF

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赵贵
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Abstract

本发明公开了一种带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端。本发明带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端，其特征在于，包括：接受市电的充放电板、主工作电源和可充电电池；充放电板是用于主工作电源和可充电电池之间进行动态管理；当市电有电时,充放电板控制主工作电源给可充电电池动态充电,同时为终端提供工作电源；当市电没电时，充放电板控制可充电电池为终端提供工作电源，当可充电电池达到预设放电截止电压时，充放电板控制可充电电池停止对外供电。

Description

带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端
技术领域
本发明涉及物联网领域，具体涉及一种带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端。
背景技术
传统的环境监察分表计电终端通过实时监测排污企业的生产设施和治污设施的用电情况，来掌握在环境雾霾限停产应急响应中，排污企业的限停产任务落实情况。这种技术理论上是可行的，但实际应用中存在缺陷。
传统技术存在以下技术问题：
安装在企业的环境监察分表计电终端一般采用LORA技术，采集分布在企业各个计量模块的数据，绝大多数情况下，LORA模块和采集模块是分离的，且LORA模块一般采用220V供电，当企业给环境监察分表计电终端断电后，在没有后备电池的情况下，环境监察分表计电终端将无法工作，即使有后备电池，由于后备电池是小容量锂电池，也无法为LORA模块提供220V电源，由于LORA模块不工作，因此也无法采集生产设施和治污设施的用电情况。
另外，在带锂离子电池工作的传统设计中，一般情况是采用锂离子电池加充电器的设计方案，在这种没有充放电路径动态管理的工作方式中，由于充电器既要给终端供电，又要给锂离子电池充电，当终端负载频繁变化和锂离子电池充电电流动态变化时，会导致充电电源工作不稳定，会在一定程度上影响终端工作的可靠性。
另外，出于环境监察的需要，很多地方对环境监察分表计电终端的开关门状态也需要实时检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种环境监察分表计电终端，包括：接受市电的充放电板、主工作电源和可充电电池；充放电板是用于主工作电源和可充电电池之间进行动态管理；当市电有电时,充放电板控制主工作电源给可充电电池动态充电,同时为终端提供工作电源；当市电没电时，充放电板控制可充电电池为终端提供工作电源，当可充电电池达到预设放电截止电压时，充放电板控制可充电电池停止对外供电。
在其中一个实施例中，所述终端接受市电后还产生辅助工作电源。
在其中一个实施例中，当市电供电时，辅助工作电源产生工作电压，该工作电压的有无引起终端的控制芯片的第一引脚电平的变化，从而产生市电掉电报警。
在其中一个实施例中，还包括第一光电隔离器；在辅助工作电源工作时，第一光电隔离器的光电发光管导通，第一光电隔离器的光电发光管的晶体管的集电极和发射极导通，控制芯片的第一引脚电平为低电平；在辅助工作电源不工作时，第一光电隔离器的光电发光管截止，第一光电隔离器的光电发光管的晶体管的集电极和发射极截止，控制芯片的第一引脚电平为高电平；控制芯片检测到第一引脚管脚高低电平的变化，从而确定是否断电和上电，产生相应的报警指令。
在其中一个实施例中，还包括触碰开关，当终端的门开和关时导致所述触碰开关的开和关，所述触碰开关的开和关引起终端的控制芯片的第二引脚电平的动态变化，从而产生门开报警。
在其中一个实施例中，还包括第二光电隔离器；当门的触碰导致触碰开关处于吸合状态，第二光电隔离器的光电发光管导通，第二光电隔离器的光电发光管的晶体管的集电极和发射极导通，控制芯片的第二引脚电平为低电平；当门没有触碰时触碰开关处于断开状态，第二光电隔离器的光电发光管截止，第二光电隔离器的光电发光管的晶体管的集电极和发射极截止，控制芯片的第二引脚电平为高电平；控制芯片检测到第二引脚管脚高低电平的变化，从而确定门开和门关事件，产生相应的报警指令。
在其中一个实施例中，所述可充电电池是锂离子电池。
在其中一个实施例中，所述主工作电源是12V/0.9A。
在其中一个实施例中，所述终端同时支持移动和联通sim卡。
在其中一个实施例中，控制芯片通过FLASH存储器里面存储的参数，确定终端需要通过LORA模组采集的产排污设施的监控个数；每个设施对应不同的地址。
本发明的有益效果：
采用锂离子电池作为后备电池，采用具有路径动态管理功能的充放电设计。当断电后，产生报警信号给环境监察部门，同时，后备的锂离子电池能够保证环境监察分表计电终端连续工作。还具有终端门开报警功能以防止非法操作终端。
附图说明
图1是本发明带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端的组成框图及板上元件布局图。
图2是本发明带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端的掉电报警功能实现原理图。
图3是本发明带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端的门开报警功能实现原理图。
图4是本发明带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端的门开报警功能S1触碰开关示意图。
图5是本发明带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端的+8.4V带动态路径管理功能的充放电原理图。
图6是本发明带掉电和门开关检测功能的环境监察分表计电GPRS终端的LORA模组与ARM处理器连接原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本专利目的是将LORA模块和采集模块一体化设计，采用+7.4V锂离子电池作为后备电池，采用具有路径动态管理功能的充放电设计。当断电后，首先通过GPRS产生报警信号给环境监察部门，同时，后备的锂离子电池能够保证环境监察分表计电终端连续工作72小时。另外，本专利还具有终端门开报警功能以防止非法操作终端。
如图1所示，为带掉电报警功能的环境监察分表计电终端整机各部分功能框图。
其中，双路隔离开关电源为终端提供一个+12V/0.9A主工作电源和一个+12V/0.1A辅助工作电源，+12V/0.9A主工作电源用于给带路径管理功能的充放电板供电，+12V/0.1A辅助工作电源用于为掉电报警检测和4路DI输入检测提供隔离的工作电源。
如图5所示，为+8.4V带动态路径管理功能的原理图。带路径管理功能的充放电板是用于在+12V/0.9A主工作电源和+7.4V18650锂离子电池之间进行动态管理。当AC220V市电有电时,充放电板控制+12V/0.9A给+7.4V18650锂离子电池动态充电,同时为终端提供工作电源；当AC220V市没电时，充放电板控制+7.4V18650锂离子电池为终端提供工作电源；当+7.4V18650锂离子电池达到放电截止电压时，充放电板控制+7.4V18650锂离子电池停止对外供电。
掉电报警功能的实现原理如图2所示。当市电AC220V供电时，+12V/0.1A会有+12V工作电压，该电压的有无会引起ALARM引脚电平的变化，由于ALARM端的供电可以由电池供电，因此主板上的arm处理器STM32F103RBT6可以检测到ALARM管脚的动态变化，从而产生掉电报警。
门开报警功能的检测，实现原理如图3所示。其中图4的触碰开关为图3中的S1开关的实例。当门开和关时会导致触碰开关的开和关，主板上的arm处理器STM32F103RBT6可以检测到DIG3管脚的动态变化，从而产生门开报警。
主板部分主要由arm处理器STM32F103RBT6、存储、4路隔离DI、1路掉电报警、1路门开报警、RS485接口、RS232接口、LORA模组、MC20 GPRS模组、SIM卡、4-20mA模拟量采集、TFT触摸屏接口、主板LDO电源、MC20模组的LDO电源等组成。
其中LORA模组采用SX1278作为收发器，工作于470MHz，有40个工作频段可供选择。arm处理器STM32F103RBT6通过LORA模组采集分布于企业的配用电参数。arm处理器STM32F103RBT6最多支持64个带地址的产排污设施的配用电监测参数。
其中MC20为GPRS模组，同时支持移动和联通SIM卡，可实现远程数据传输。
其中FLASH存储器用于对LORA采集的参数进行本地实时存储，以防止GPRS网络无法联通时，数据的丢失。当GPRS网络恢复时，可以从FLASH存储器中取出数据进行补发。
TFT触摸屏接口是终端的人机界面接口，用于实时显示LORA采集的数据，以及64个LORA采集设备的工作状态。TFT触摸屏采用工业级DMT32240T035_05WTR触摸屏。
终端的RS485接口、RS232接口、4路-20mA模拟量接口作为其他采集备用接口。
1、掉电报警功能的实施方式
如图1所示，当AC220V市电供电时，双路隔离开关电源的+12V/0.1A的电源端有+12V输出。该+12V为图2所示的掉电报警检测电路供电。在+12V供电状态时，U16光电隔离器右侧的光电发光管导通，因为U16的光电发光管导通，致使U16左侧晶体管的集电极和发射极导通，这时ALARM管脚为低电平。当AC220V市电断电时，双路隔离开关电源的+12V/0.1A的电源端没有+12V输出。这时，U16光电隔离器右侧的光电发光管截止，因为U16的光电发光管截止，致使U16左侧晶体管的集电极和发射极截止，这时ALARM管脚为高电平。arm处理器STM32F103RBT6检测到ALARM管脚高低电平的变化，从而确定是否断电和上电，产生相应的报警指令，把报警指令通过MC20 GPRS模组传输到相关环保部门，并对断电和上电的时刻进行记录，存储于主板上的FLASH数据存储器中。
2、门开报警功能的实施方式
如图3和图4所示，终端门关的时候，由于门的触碰导致S1出于吸合状态，这时，U15光电隔离器右侧的光电发光管导通，因为U15的光电发光管导通，致使U15左侧晶体管的集电极和发射极导通，这时DIG3管脚为低电平。终端门打开时，由于门不触碰S1，导致S1出于断开状态，这时，U15光电隔离器右侧的光电发光管截止，因为U15的光电发光管截止，致使U15左侧晶体管的集电极和发射极截止，这时DIG3管脚为高电平。
arm处理器STM32F103RBT6检测到DIG3管脚高低电平的变化，从而确定门开和门关事件，产生相应的报警指令，把报警指令通过MC20 GPRS模组传输到相关环保部门，并对门开和门关事件进行记录，存储于主板上的FLASH数据存储器中。
3、分表计电终端数据采集实施方式
如图1所示，arm处理器STM32F103RBT6通过FLASH存储器里面存储的参数，确定本分表计电终端需要通过LORA模组采集的产排污设施的监控个数。每个设施对应不同的地址。arm处理器STM32F103RBT6还需要通过FLASH存储器里面存储的参数，来确定需要控制LORA模组工作的频率，当附近有相同的频率时，可以修改为不同的频率，以避免相互干扰。
如图6所示，在确定以上工作参数后，arm处理器STM32F103RBT6把带有不同地址的采集指令通过SPI接口发给LORA模组，LORA模组将采集指令以设定的工作频率发射出去。分布在企业的不同产排污设施的配电监测模块收到LORA模组发射的LORA采集指令后，对该采集指令的地址进行识别，在确定与本机指令相同后，配电监测模块通过自己的LORA模组将监测的数据发射出去，分表计电终端的LORA模组收到LORA数据后，会产生中断信号通知arm处理器STM32F103RBT6，arm处理器STM32F103RBT6收到中断信号后，通过SPI接口，将接收到的数据读出来。然后arm处理器STM32F103RBT6再继续采集下一个产排污设施的监测数据，直到最后一个采集完成，再开始新一轮采集。
每一轮采集结束，arm处理器STM32F103RBT6都会对采集的数据进行存储，并把数据传输到环境保护相关部门。
在上述的循环采集传输过程中，arm处理器STM32F103RBT6同时动态检测掉电上电报警和门开关报警事件。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种环境监察分表计电终端，其特征在于，包括：接受市电的充放电板、主工作电源和可充电电池；所述充放电板是用于主工作电源和可充电电池之间进行动态管理；当市电有电时,所述充放电板控制主工作电源给可充电电池动态充电,同时为终端提供工作电源；当市电没电时，所述充放电板控制可充电电池为终端提供工作电源，当可充电电池达到预设放电截止电压时，充放电板控制可充电电池停止对外供电。
2.如权利要求1所述的环境监察分表计电终端，其特征在于，所述终端接受市电后还产生辅助工作电源。
3.如权利要求2所述的环境监察分表计电终端，其特征在于，当市电供电时，辅助工作电源产生工作电压，该工作电压的有无引起终端的控制芯片的第一引脚电平的变化，从而产生市电掉电报警。
4.如权利要求3所述的环境监察分表计电终端，其特征在于，还包括第一光电隔离器；在辅助工作电源工作时，第一光电隔离器的光电发光管导通，第一光电隔离器的光电发光管的晶体管的集电极和发射极导通，控制芯片的第一引脚电平为低电平；在辅助工作电源不工作时，第一光电隔离器的光电发光管截止，第一光电隔离器的光电发光管的晶体管的集电极和发射极截止，控制芯片的第一引脚电平为高电平；控制芯片检测到第一引脚管脚高低电平的变化，从而确定是否断电和上电，产生相应的报警指令。
5.如权利要求2所述的环境监察分表计电终端，其特征在于，还包括触碰开关，当终端的门开和关时导致所述触碰开关的开和关，所述触碰开关的开和关引起终端的控制芯片的第二引脚电平的动态变化，从而产生门开报警。
6.如权利要求5所述的环境监察分表计电终端，其特征在于，还包括第二光电隔离器；当门的触碰导致触碰开关处于吸合状态，第二光电隔离器的光电发光管导通，第二光电隔离器的光电发光管的晶体管的集电极和发射极导通，控制芯片的第二引脚电平为低电平；当门没有触碰时触碰开关处于断开状态，第二光电隔离器的光电发光管截止，第二光电隔离器的光电发光管的晶体管的集电极和发射极截止，控制芯片的第二引脚电平为高电平；控制芯片检测到第二引脚管脚高低电平的变化，从而确定门开和门关事件，产生相应的报警指令。
7.如权利要求1所述的环境监察分表计电终端，其特征在于，所述可充电电池是锂离子电池。
8.如权利要求1所述的环境监察分表计电终端，其特征在于，所述主工作电源是12V/0.9A。
9.如权利要求1所述的环境监察分表计电终端，其特征在于，所述终端同时支持移动和联通sim卡。
10.如权利要求1所述的环境监察分表计电终端，其特征在于，控制芯片通过FLASH存储器里面存储的参数，确定终端需要通过LORA模组采集的产排污设施的监控个数；每个设施对应不同的地址。
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